ओटो चक्र: Difference between revisions
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{{short description|Thermodynamic cycle for spark ignition piston engines}} | {{short description|Thermodynamic cycle for spark ignition piston engines}} | ||
{{See also| | {{See also|ओटो इंजन|फोर स्ट्रोक इंजन}} | ||
{{thermodynamics|cTopic=Processes and Cycles}} | {{thermodynamics|cTopic=Processes and Cycles}} | ||
[[File:P-V Otto cycle.svg|thumb|right|300px|दबाव-मात्रा आरेख]] | [[File:P-V Otto cycle.svg|thumb|right|300px|दबाव-मात्रा आरेख]] | ||
[[File:OttoCycleTSDiagram.svg|thumb|right|300px|तापमान-एन्ट्रॉपी आरेख<br /> | [[File:OttoCycleTSDiagram.svg|thumb|right|300px|तापमान-एन्ट्रॉपी आरेख<br /> | ||
फोर-स्ट्रोक ओटो साइकिल प्रेशर वॉल्यूम आरेख के आदर्श आरेख: सेवन (ए और रंगीन हरा) स्ट्रोक [[आइसोबैरिक प्रक्रिया]] विस्तार द्वारा किया जाता है, इसके | फोर-स्ट्रोक ओटो साइकिल प्रेशर वॉल्यूम आरेख के आदर्श आरेख: सेवन (ए और रंगीन हरा) स्ट्रोक [[आइसोबैरिक प्रक्रिया]] विस्तार द्वारा किया जाता है, इसके पश्चात [[एडियाबेटिक प्रक्रिया]] संपीड़न (बी और रंगीन नारंगी) स्ट्रोक होता है। ईंधन के दहन के माध्यम से, स्थिर आयतन ([[आइसोकोरिक प्रक्रिया]]) प्रक्रिया में गर्मी जोड़ी जाती है, जिसके पश्चात एडियाबेटिक विस्तार प्रक्रिया शक्ति (अक्षर सी और रंगीन लाल) स्ट्रोक होता है। चक्र निकास (अक्षर डी और रंगीन नीला) स्ट्रोक द्वारा बंद किया जाता है, जो आइसोकोरिक कूलिंग और आइसोबैरिक संपीड़न प्रक्रियाओं द्वारा विशेषता है।]]ओटो चक्र आदर्श [[थर्मोडायनामिक चक्र]] है जो विशिष्ट [[स्पार्क इग्निशन इंजन]] [[पिस्टन इंजन]] के कामकाज का वर्णन करता है। यह ऑटोमोबाइल इंजनों में सबसे अधिक पाया जाने वाला थर्मोडायनामिक चक्र है।<ref>Wu, Chih.'' [https://books.google.com.ph/books/about/Thermodynamic_Cycles.html?id=2kr26tu9MaMC&redir_esc=y Thermodynamic Cycles: Computer-aided Design and Optimization]''. New York: M. Dekker, 2004. page 99</ref> | ||
ओटो चक्र वर्णन है कि गैस के साथ क्या होता है क्योंकि यह दबाव, तापमान, मात्रा, गर्मी के अतिरिक्त और गर्मी को हटाने के परिवर्तन के अधीन होता है। उन परिवर्तनों के अधीन आने वाली गैस को सिस्टम कहा जाता है। सिस्टम, इस | ओटो चक्र वर्णन है कि गैस के साथ क्या होता है क्योंकि यह दबाव, तापमान, मात्रा, गर्मी के अतिरिक्त और गर्मी को हटाने के परिवर्तन के अधीन होता है। उन परिवर्तनों के अधीन आने वाली गैस को सिस्टम कहा जाता है। सिस्टम, इस स्थिति में, सिलेंडर के भीतर द्रव (गैस) के रूप में परिभाषित किया गया है। सिस्टम के भीतर होने वाले परिवर्तनों का वर्णन करके, यह उलटा भी वर्णन करेगा, पर्यावरण पर सिस्टम का प्रभाव। ओटो चक्र के स्थिति में, प्रभाव यह होगा कि सिस्टम से पर्याप्त शुद्ध कार्य का उत्पादन किया जाए जिससे कि पर्यावरण में ऑटोमोबाइल और उसके रहने वालों को प्रेरित किया जा सके। | ||
ओटो चक्र का निर्माण होता है: | ओटो चक्र का निर्माण होता है: | ||
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:पाश के बाएँ और दाएँ पक्ष: समानांतर आइसोकोरिक प्रक्रियाओं (स्थिर आयतन) की जोड़ी। | :पाश के बाएँ और दाएँ पक्ष: समानांतर आइसोकोरिक प्रक्रियाओं (स्थिर आयतन) की जोड़ी। | ||
संपीड़न या विस्तार की आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया का अर्थ है कि कोई अक्षमता (यांत्रिक ऊर्जा की हानि) नहीं होगी, और उस प्रक्रिया के | संपीड़न या विस्तार की आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया का अर्थ है कि कोई अक्षमता (यांत्रिक ऊर्जा की हानि) नहीं होगी, और उस प्रक्रिया के समय सिस्टम में या बाहर गर्मी का कोई हस्तांतरण नहीं होगा। उस समय के समय सिलेंडर और पिस्टन को गर्मी के लिए अभेद्य माना जाता है। निचली आइसेंट्रोपिक संपीड़न प्रक्रिया के समय सिस्टम पर कार्य किया जाता है। बायीं दबाव प्रक्रिया के माध्यम से ओटो चक्र में गर्मी प्रवाहित होती है और इसमें से कुछ दाएं अवसादन प्रक्रिया के माध्यम से वापस बहती है। सिस्टम में जोड़े गए कार्य का योग प्लस जोड़ा गया ताप माइनस निकाला गया ताप सिस्टम द्वारा उत्पन्न शुद्ध यांत्रिक कार्य उत्पन्न करता है। | ||
== प्रक्रियाएं == | == प्रक्रियाएं == | ||
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* प्रक्रिया 0-1 लगातार दबाव पर पिस्टन/सिलेंडर व्यवस्था में हवा का द्रव्यमान खींचा जाता है। | * प्रक्रिया 0-1 लगातार दबाव पर पिस्टन/सिलेंडर व्यवस्था में हवा का द्रव्यमान खींचा जाता है। | ||
*प्रक्रिया 1–2 आवेश का रुद्धोष्म (आइसेंट्रोपिक) संपीडन है, क्योंकि पिस्टन बॉटम डेड सेंटर (इंजीनियरिंग) (बीडीसी) से टॉप डेड सेंटर (टीडीसी) की ओर बढ़ता है। | *प्रक्रिया 1–2 आवेश का रुद्धोष्म (आइसेंट्रोपिक) संपीडन है, क्योंकि पिस्टन बॉटम डेड सेंटर (इंजीनियरिंग) (बीडीसी) से टॉप डेड सेंटर (टीडीसी) की ओर बढ़ता है। | ||
*प्रक्रिया 2–3 बाहरी स्रोत से काम कर रहे गैस के लिए निरंतर मात्रा में गर्मी हस्तांतरण है, जबकि पिस्टन शीर्ष मृत केंद्र पर है। इस प्रक्रिया का उद्देश्य ईंधन-वायु मिश्रण के प्रज्वलन और | *प्रक्रिया 2–3 बाहरी स्रोत से काम कर रहे गैस के लिए निरंतर मात्रा में गर्मी हस्तांतरण है, जबकि पिस्टन शीर्ष मृत केंद्र पर है। इस प्रक्रिया का उद्देश्य ईंधन-वायु मिश्रण के प्रज्वलन और पश्चात में तेजी से जलने का प्रतिनिधित्व करना है। | ||
*प्रक्रिया 3-4 रुद्धोष्म (आइसेंट्रोपिक) विस्तार (पावर स्ट्रोक) है। | *प्रक्रिया 3-4 रुद्धोष्म (आइसेंट्रोपिक) विस्तार (पावर स्ट्रोक) है। | ||
* प्रक्रिया 4-1 स्थिर-आयतन प्रक्रिया द्वारा चक्र को पूरा करती है जिसमें पिस्टन नीचे के मृत केंद्र पर होने पर हवा से गर्मी को खारिज कर दिया जाता है। | * प्रक्रिया 4-1 स्थिर-आयतन प्रक्रिया द्वारा चक्र को पूरा करती है जिसमें पिस्टन नीचे के मृत केंद्र पर होने पर हवा से गर्मी को खारिज कर दिया जाता है। | ||
*प्रक्रिया 1–0 हवा का द्रव्यमान स्थिर दबाव प्रक्रिया में वायुमंडल में छोड़ा जाता है। | *प्रक्रिया 1–0 हवा का द्रव्यमान स्थिर दबाव प्रक्रिया में वायुमंडल में छोड़ा जाता है। | ||
ओटो चक्र में आइसेंट्रोपिक संपीड़न, निरंतर मात्रा में गर्मी का जोड़, आइसेंट्रोपिक विस्तार और निरंतर मात्रा में गर्मी की अस्वीकृति | ओटो चक्र में आइसेंट्रोपिक संपीड़न, निरंतर मात्रा में गर्मी का जोड़, आइसेंट्रोपिक विस्तार और निरंतर मात्रा में गर्मी की अस्वीकृति सम्मलित है। चार-स्ट्रोक ओटो चक्र के स्थिति में, तकनीकी रूप से दो अतिरिक्त प्रक्रियाएं होती हैं: लगातार दबाव (आइसोबैरिक) पर अपशिष्ट गर्मी और दहन उत्पादों के निकास के लिए, और ठंडी ऑक्सीजन युक्त हवा के सेवन के लिए भी निरंतर दबाव पर ; चूंकि, इन्हें अधिकांशतः सरलीकृत विश्लेषण में छोड़ दिया जाता है। भले ही वे दो प्रक्रियाएं वास्तविक इंजन के कामकाज के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिसमें ऊष्मागतिकीय चक्र के सरलीकृत विश्लेषण के लिए गर्मी हस्तांतरण और दहन रसायन विज्ञान के विवरण प्रासंगिक हैं, यह मान लेना अधिक सुविधाजनक है कि सभी अपशिष्ट-गर्मी है एकल वॉल्यूम परिवर्तन के समय हटा दिया गया। | ||
== इतिहास == | == इतिहास == | ||
चार-स्ट्रोक इंजन को पहली बार 1861 में [[अल्फोंस ब्यू डे रोचास]] द्वारा पेटेंट कराया गया था।<ref>{{cite journal|journal=Sport Aviation|title=150 साल पुरानी तकनीक|author=Mike Busch|page=26}}</ref> इससे पहले, लगभग 1854-57 में, दो इटालियंस ([[यूजेनियो बरसांती]] और [[फेलिस मैटटुची]]) ने इंजन का आविष्कार किया था, जिसके बारे में अफवाह थी कि यह बहुत समान है, लेकिन पेटेंट खो गया था। | चार-स्ट्रोक इंजन को पहली बार 1861 में [[अल्फोंस ब्यू डे रोचास]] द्वारा पेटेंट कराया गया था।<ref>{{cite journal|journal=Sport Aviation|title=150 साल पुरानी तकनीक|author=Mike Busch|page=26}}</ref> इससे पहले, लगभग 1854-57 में, दो इटालियंस ([[यूजेनियो बरसांती]] और [[फेलिस मैटटुची]]) ने इंजन का आविष्कार किया था, जिसके बारे में अफवाह थी कि यह बहुत समान है, लेकिन पेटेंट खो गया था। | ||
ईंधन (एक [[गैस से चलनेवाला इंजन]]) के लिए कोयला गैस-वायु मिश्रण का उपयोग करके स्थिर चार-स्ट्रोक इंजन, स्थिर इंजन बनाने वाला पहला व्यक्ति [[जर्मनी]] का इंजीनियर [[निकोलस ओटो]] था।<ref>{{cite book |title= पिस्टन एयरो इंजन का विकास|last= Gunston |first= Bill |edition=2 |year=1999|publisher= Patrick Stephens Ltd|location= Sparkford, UK|isbn=978-0-7509-4478-6|page=21 }}</ref> यही कारण है कि चार-स्ट्रोक सिद्धांत को आज | ईंधन (एक [[गैस से चलनेवाला इंजन]]) के लिए कोयला गैस-वायु मिश्रण का उपयोग करके स्थिर चार-स्ट्रोक इंजन, स्थिर इंजन बनाने वाला पहला व्यक्ति [[जर्मनी]] का इंजीनियर [[निकोलस ओटो]] था।<ref>{{cite book |title= पिस्टन एयरो इंजन का विकास|last= Gunston |first= Bill |edition=2 |year=1999|publisher= Patrick Stephens Ltd|location= Sparkford, UK|isbn=978-0-7509-4478-6|page=21 }}</ref> यही कारण है कि चार-स्ट्रोक सिद्धांत को आज सामान्यतः ओटो चक्र के रूप में जाना जाता है और [[स्पार्क प्लग]] का उपयोग करने वाले चार-स्ट्रोक इंजन को अधिकांशतः ओटो इंजन कहा जाता है। | ||
== प्रक्रियाएं == | == प्रक्रियाएं == | ||
प्रणाली को हवा के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है जो वायुमंडल से सिलेंडर में खींची जाती है, पिस्टन द्वारा संपीड़ित होती है, अतिरिक्त ईंधन की चिंगारी के प्रज्वलन से गर्म होती है, इसे पिस्टन पर धक्का देने पर विस्तार करने की अनुमति मिलती है, और अंत में वापस सिलेंडर में समाप्त हो जाती है। वायुमंडल। विभिन्न थर्मोडायनामिक चरणों के | प्रणाली को हवा के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है जो वायुमंडल से सिलेंडर में खींची जाती है, पिस्टन द्वारा संपीड़ित होती है, अतिरिक्त ईंधन की चिंगारी के प्रज्वलन से गर्म होती है, इसे पिस्टन पर धक्का देने पर विस्तार करने की अनुमति मिलती है, और अंत में वापस सिलेंडर में समाप्त हो जाती है। वायुमंडल। विभिन्न थर्मोडायनामिक चरणों के समय वायु के द्रव्यमान का उसके आयतन, दबाव और तापमान परिवर्तन के रूप में अनुसरण किया जाता है। चूंकि पिस्टन सिलेंडर के साथ चलने में सक्षम है, हवा की मात्रा सिलेंडर में अपनी स्थिति के साथ बदलती है। पिस्टन के संचलन द्वारा गैस पर प्रेरित संपीड़न और विस्तार प्रक्रियाओं को प्रतिवर्ती के रूप में आदर्श बनाया जाता है, अर्थात, अशांति या घर्षण के माध्यम से कोई उपयोगी कार्य नहीं खोता है और उन दो प्रक्रियाओं के समय गैस से या गैस से कोई गर्मी स्थानांतरित नहीं होती है। ईंधन के दहन से हवा में ऊर्जा जुड़ती है। सिलेण्डर में गैस को फुलाकर उपयोगी कार्य निकाला जाता है। सिलेंडर में विस्तार पूरा होने के पश्चात बची हुई गर्मी निकाली जाती है और अंत में गैस पर्यावरण को समाप्त कर दी जाती है। विस्तार प्रक्रिया के समय उपयोगी यांत्रिक कार्य उत्पन्न होते हैं और उनमें से कुछ अगले चक्र के वायु द्रव्यमान को संपीड़ित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। संपीड़न प्रक्रिया के लिए उपयोग किए जाने वाले उपयोगी यांत्रिक कार्य से प्राप्त शुद्ध कार्य प्राप्त होता है और इसका उपयोग प्रणोदन या अन्य मशीनों को चलाने के लिए किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से प्राप्त उपयोगी कार्य जोड़ा गया ताप और हटाई गई ऊष्मा के बीच का अंतर है। | ||
[[File:OTTO_CYCLE.png|right|600px|ओटो साइकिल]] | [[File:OTTO_CYCLE.png|right|600px|ओटो साइकिल]] | ||
=== प्रक्रिया 0-1 इंटेक स्ट्रोक (नीली छाया) === | === प्रक्रिया 0-1 इंटेक स्ट्रोक (नीली छाया) === | ||
खुले इनटेक वाल्व के माध्यम से वायुमंडलीय दबाव (निरंतर दबाव) पर 0 से 1 तक हवा का द्रव्यमान (कार्यशील द्रव) सिलेंडर में खींचा जाता है, जबकि इस प्रक्रिया के | खुले इनटेक वाल्व के माध्यम से वायुमंडलीय दबाव (निरंतर दबाव) पर 0 से 1 तक हवा का द्रव्यमान (कार्यशील द्रव) सिलेंडर में खींचा जाता है, जबकि इस प्रक्रिया के समय निकास वाल्व बंद हो जाता है। सेवन वाल्व बिंदु 1 पर बंद हो जाता है। | ||
=== प्रक्रिया 1-2 संपीड़न स्ट्रोक (आरेखों पर बी) === | === प्रक्रिया 1-2 संपीड़न स्ट्रोक (आरेखों पर बी) === | ||
पिस्टन क्रैंक एंड (बीडीसी, बॉटम डेड सेंटर और मैक्सिमम वॉल्यूम) से सिलेंडर हेड एंड (टीडीसी, टॉप डेड सेंटर और न्यूनतम वॉल्यूम) तक जाता है, क्योंकि प्रारंभिक अवस्था 1 के साथ काम करने वाली गैस को संपीड़न अनुपात के माध्यम से बिंदु 2 पर आइसेंट्रोपिक रूप से संपीड़ित किया जाता है। {{math|(''V''<sub>1</sub>/''V''<sub>2</sub>)}}. यंत्रवत् यह सिलेंडर में वायु/ईंधन मिश्रण का आइसेंट्रोपिक संपीड़न है, जिसे संपीड़न स्ट्रोक के रूप में भी जाना जाता है। यह आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया मानती है कि घर्षण के कारण कोई यांत्रिक ऊर्जा नष्ट नहीं होती है और गैस से या गैस में कोई गर्मी स्थानांतरित नहीं होती है, इसलिए यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। संपीड़न प्रक्रिया के लिए आवश्यक है कि यांत्रिक कार्य को कार्यशील गैस में जोड़ा जाए। | पिस्टन क्रैंक एंड (बीडीसी, बॉटम डेड सेंटर और मैक्सिमम वॉल्यूम) से सिलेंडर हेड एंड (टीडीसी, टॉप डेड सेंटर और न्यूनतम वॉल्यूम) तक जाता है, क्योंकि प्रारंभिक अवस्था 1 के साथ काम करने वाली गैस को संपीड़न अनुपात के माध्यम से बिंदु 2 पर आइसेंट्रोपिक रूप से संपीड़ित किया जाता है। {{math|(''V''<sub>1</sub>/''V''<sub>2</sub>)}}. यंत्रवत् यह सिलेंडर में वायु/ईंधन मिश्रण का आइसेंट्रोपिक संपीड़न है, जिसे संपीड़न स्ट्रोक के रूप में भी जाना जाता है। यह आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया मानती है कि घर्षण के कारण कोई यांत्रिक ऊर्जा नष्ट नहीं होती है और गैस से या गैस में कोई गर्मी स्थानांतरित नहीं होती है, इसलिए यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। संपीड़न प्रक्रिया के लिए आवश्यक है कि यांत्रिक कार्य को कार्यशील गैस में जोड़ा जाए। सामान्यतः संपीड़न अनुपात लगभग 9–10:1 होता है {{math|(''V''<sub>1</sub>:''V''<sub>2</sub>)}} सामान्य इंजन के लिए।<ref name="Electropaedia">{{cite web|url=http://www.mpoweruk.com/heat_engines.htm |title=ऊष्मा चक्र - इलेक्ट्रोपीडिया|publisher=Woodbank Communications Ltd |access-date=2011-04-11}}</ref> | ||
===प्रक्रिया 2–3 प्रज्वलन चरण (आरेखों पर C)=== | ===प्रक्रिया 2–3 प्रज्वलन चरण (आरेखों पर C)=== | ||
पिस्टन क्षण भर के लिए TDC पर स्थिर है। इस क्षण के | पिस्टन क्षण भर के लिए TDC पर स्थिर है। इस क्षण के समय, जिसे प्रज्वलन चरण के रूप में जाना जाता है, संपीड़न स्ट्रोक के शीर्ष पर हवा/ईंधन मिश्रण छोटी मात्रा में रहता है। इंजेक्ट किए गए ईंधन के दहन से काम कर रहे तरल पदार्थ में गर्मी को जोड़ा जाता है, जिसकी मात्रा अनिवार्य रूप से स्थिर होती है। दबाव बढ़ जाता है और अनुपात <math>(P_3/P_2)</math> विस्फोट अनुपात कहा जाता है। | ||
===प्रक्रिया 3–4 विस्तार स्ट्रोक (आरेखों पर डी)=== | ===प्रक्रिया 3–4 विस्तार स्ट्रोक (आरेखों पर डी)=== | ||
| Line 47: | Line 47: | ||
=== प्रक्रिया 4-1 आदर्श ताप अस्वीकृति (आरेखों पर ए) === | === प्रक्रिया 4-1 आदर्श ताप अस्वीकृति (आरेखों पर ए) === | ||
पिस्टन क्षण भर के लिए बीडीसी में आराम पर है। स्थिर आयतन प्रक्रिया के | पिस्टन क्षण भर के लिए बीडीसी में आराम पर है। स्थिर आयतन प्रक्रिया के समय काम कर रहे गैस का दबाव तुरंत बिंदु 4 से बिंदु 1 तक गिर जाता है क्योंकि गर्मी को आदर्श बाहरी सिंक में हटा दिया जाता है जिसे सिलेंडर सिर के संपर्क में लाया जाता है। आधुनिक आंतरिक दहन इंजनों में, हीट-सिंक आसपास की हवा (कम शक्ति वाले इंजनों के लिए), या शीतलक जैसे परिसंचारी द्रव हो सकता है। गैस राज्य 1 में वापस आ गई है। | ||
===प्रक्रिया 1–0 निकास स्ट्रोक=== | ===प्रक्रिया 1–0 निकास स्ट्रोक=== | ||
| Line 53: | Line 53: | ||
== चक्र विश्लेषण == | == चक्र विश्लेषण == | ||
1-2 की प्रक्रिया में पिस्टन गैस पर काम करता है और 3-4 की प्रक्रिया में गैस पिस्टन पर काम करती है, क्रमशः उन आइसेंट्रोपिक संपीड़न और विस्तार प्रक्रियाओं के | 1-2 की प्रक्रिया में पिस्टन गैस पर काम करता है और 3-4 की प्रक्रिया में गैस पिस्टन पर काम करती है, क्रमशः उन आइसेंट्रोपिक संपीड़न और विस्तार प्रक्रियाओं के समय। प्रक्रियाएं 2-3 और 4-1 आइसोकोरिक प्रक्रियाएं हैं; गर्मी को 2-3 से सिस्टम में और सिस्टम से 4-1 से स्थानांतरित किया जाता है लेकिन सिस्टम पर कोई काम नहीं किया जाता है या उन प्रक्रियाओं के समय सिस्टम से निकाला नहीं जाता है। आइसोकोरिक (स्थिर मात्रा) प्रक्रिया के समय कोई काम नहीं किया जाता है क्योंकि सिस्टम से काम को जोड़ने या हटाने के लिए सिस्टम की सीमाओं के आंदोलन की आवश्यकता होती है; इसलिए, चूंकि सिलेंडर की मात्रा नहीं बदलती है, सिस्टम से कोई शाफ्ट कार्य जोड़ा या हटाया नहीं जाता है। | ||
उन चार प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए चार अलग-अलग समीकरणों का उपयोग किया जाता है। सिस्टम (गैस के द्रव्यमान) में होने वाले गतिज और संभावित ऊर्जा के परिवर्तनों को उपेक्षित करके सरलीकरण किया जाता है और फिर थर्मोडायनामिक्स (ऊर्जा संरक्षण) के पहले नियम को गैस के द्रव्यमान में लागू किया जाता है क्योंकि यह विशेषता के रूप में बदलता है गैस के तापमान, दबाव और आयतन द्वारा।<ref name="Shapiro">Moran, Michael J., and Howard N. Shapiro. ''Fundamentals of Engineering Thermodynamics''. 6th ed. Hoboken, N.J. : Chichester: Wiley ; John Wiley, 2008. Print.</ref>{{page needed|date=July 2017}}<ref name="Fundamentals">Gupta, H. N. ''Fundamentals of Internal Combustion''. New Delhi: Prentice-Hall, 2006. Print.</ref>{{page needed|date=July 2017}} | उन चार प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए चार अलग-अलग समीकरणों का उपयोग किया जाता है। सिस्टम (गैस के द्रव्यमान) में होने वाले गतिज और संभावित ऊर्जा के परिवर्तनों को उपेक्षित करके सरलीकरण किया जाता है और फिर थर्मोडायनामिक्स (ऊर्जा संरक्षण) के पहले नियम को गैस के द्रव्यमान में लागू किया जाता है क्योंकि यह विशेषता के रूप में बदलता है गैस के तापमान, दबाव और आयतन द्वारा।<ref name="Shapiro">Moran, Michael J., and Howard N. Shapiro. ''Fundamentals of Engineering Thermodynamics''. 6th ed. Hoboken, N.J. : Chichester: Wiley ; John Wiley, 2008. Print.</ref>{{page needed|date=July 2017}}<ref name="Fundamentals">Gupta, H. N. ''Fundamentals of Internal Combustion''. New Delhi: Prentice-Hall, 2006. Print.</ref>{{page needed|date=July 2017}} | ||
एक पूर्ण चक्र के | एक पूर्ण चक्र के समय, गैस अपने तापमान, दबाव और आयतन की मूल स्थिति में लौट आती है, इसलिए सिस्टम (गैस) का शुद्ध आंतरिक ऊर्जा परिवर्तन शून्य होता है। परिणामस्वरूप, सिस्टम में जोड़ी गई ऊर्जा (गर्मी या काम) को ऊर्जा (गर्मी या काम) द्वारा ऑफसेट किया जाना चाहिए जो सिस्टम को छोड़ देता है। ऊष्मप्रवैगिकी प्रणालियों के विश्लेषण में, परिपाटी उस ऊर्जा को ध्यान में रखना है जो प्रणाली में सकारात्मक के रूप में प्रवेश करती है और ऊर्जा जो प्रणाली को छोड़ती है उसे नकारात्मक के रूप में माना जाता है। | ||
{{anchor |Equation 1a}} | {{anchor |Equation 1a}} | ||
समीकरण 1ए। | समीकरण 1ए। | ||
एक पूर्ण चक्र के | एक पूर्ण चक्र के समय, सिस्टम की ऊर्जा का शुद्ध परिवर्तन शून्य होता है: | ||
:<math>\Delta E = E_\text{in} - E_\text{out} = 0</math> | :<math>\Delta E = E_\text{in} - E_\text{out} = 0</math> | ||
ऊपर कहा गया है कि सिस्टम (गैस का द्रव्यमान) चक्र की | ऊपर कहा गया है कि सिस्टम (गैस का द्रव्यमान) चक्र की प्रारंभ में मूल थर्मोडायनामिक स्थिति में वापस आ जाता है। | ||
कहां <math>E_\text{in}</math>1–2–3 से सिस्टम में ऊर्जा जोड़ी जाती है और <math>E_\text{out}</math> 3–4–1 से सिस्टम से निकाली गई ऊर्जा है। सिस्टम में जोड़े गए काम और गर्मी के संदर्भ में | कहां <math>E_\text{in}</math>1–2–3 से सिस्टम में ऊर्जा जोड़ी जाती है और <math>E_\text{out}</math> 3–4–1 से सिस्टम से निकाली गई ऊर्जा है। सिस्टम में जोड़े गए काम और गर्मी के संदर्भ में | ||
| Line 88: | Line 88: | ||
ये मूल्य मनमाने ढंग से लेकिन तर्कसंगत रूप से हैं {{dubious|date=August 2022}} गिने चुने। काम और गर्मी की शर्तों की गणना तब की जा सकती है। | ये मूल्य मनमाने ढंग से लेकिन तर्कसंगत रूप से हैं {{dubious|date=August 2022}} गिने चुने। काम और गर्मी की शर्तों की गणना तब की जा सकती है। | ||
1 से 2 तक संपीडन के | 1 से 2 तक संपीडन के समय कार्य के रूप में प्रणाली में जोड़ी गई ऊर्जा है | ||
:<math>\left(U_2 - U_1\right) = \left(5 - 1\right) = 4</math> | :<math>\left(U_2 - U_1\right) = \left(5 - 1\right) = 4</math> | ||
| Line 94: | Line 94: | ||
:<math>\left({U_3 - U_2}\right) = \left(9 - 5\right) = 4</math> | :<math>\left({U_3 - U_2}\right) = \left(9 - 5\right) = 4</math> | ||
3 से 4 तक विस्तार के | 3 से 4 तक विस्तार के समय कार्य के रूप में सिस्टम से निकाली गई ऊर्जा है | ||
:<math>\left(U_4 - U_3\right) = \left(4 - 9\right) = -5</math> | :<math>\left(U_4 - U_3\right) = \left(4 - 9\right) = -5</math> | ||
| Line 128: | Line 128: | ||
<math>\eta=1+\frac{1-4}{9-5}=1+\frac{-3}{4}=0.25</math> | <math>\eta=1+\frac{1-4}{9-5}=1+\frac{-3}{4}=0.25</math> | ||
ओटो चक्र में, प्रक्रिया 1-2 और 3-4 के | ओटो चक्र में, प्रक्रिया 1-2 और 3-4 के समय कोई गर्मी हस्तांतरण नहीं होता है क्योंकि वे आइसेंट्रोपिक प्रक्रियाएं हैं। स्थिर आयतन प्रक्रियाओं 2-3 के समय ही ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है और स्थिर आयतन प्रक्रियाओं 4-1 के समय ही ऊष्मा को खारिज कर दिया जाता है। | ||
{{anchor |The above values}} | {{anchor |The above values}} | ||
| Line 151: | Line 151: | ||
समीकरण 2: | समीकरण 2: | ||
:<math>\eta = 1-\left(\frac{T_1}{T_2}\right)</math> | :<math>\eta = 1-\left(\frac{T_1}{T_2}\right)</math> | ||
चूंकि ओटो चक्र संपीड़न (प्रक्रिया 1 से 2) और विस्तार (प्रक्रिया 3 से 4) के | चूंकि ओटो चक्र संपीड़न (प्रक्रिया 1 से 2) और विस्तार (प्रक्रिया 3 से 4) के समय आइसेंट्रोपिक प्रक्रियाओं का उपयोग करता है, इसलिए आदर्श गैसों की आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया और निरंतर दबाव/आयतन संबंधों का उपयोग समीकरण 3 और 4 प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।<ref name=Reynolds>{{cite book|last=Reynolds & Perkins|title=इंजीनियरिंग ऊष्मप्रवैगिकी|url=https://archive.org/details/engineeringtherm00reyn|url-access=registration|year=1977|publisher=McGraw-Hill|isbn=978-0-07-052046-2|pages=[https://archive.org/details/engineeringtherm00reyn/page/249 249]}}</ref> | ||
{{anchor |Equation 3}} | {{anchor |Equation 3}} | ||
| Line 181: | Line 181: | ||
समीकरण 6: | समीकरण 6: | ||
:<math>\eta = 1 - \left(\frac{1}{r^{(\gamma-1)}}\right)</math> | :<math>\eta = 1 - \left(\frac{1}{r^{(\gamma-1)}}\right)</math> | ||
समीकरण 6 का विश्लेषण करने से यह स्पष्ट होता है कि ओटो चक्र दक्षता सीधे संपीड़न अनुपात पर निर्भर करती है <math>r</math>. के | समीकरण 6 का विश्लेषण करने से यह स्पष्ट होता है कि ओटो चक्र दक्षता सीधे संपीड़न अनुपात पर निर्भर करती है <math>r</math>. के पश्चात से <math>\gamma</math> हवा के लिए 1.4 है, में वृद्धि <math>r</math> में वृद्धि करेगा <math>\eta</math>. चूंकि <math>\gamma </math> ईंधन/वायु मिश्रण के दहन उत्पादों के लिए अधिकांशतः लगभग 1.3 लिया जाता है। | ||
पूर्वगामी चर्चा का अर्थ है कि उच्च संपीड़न अनुपात होना अधिक कुशल है। विशिष्ट ऑटोमोबाइल के लिए मानक अनुपात लगभग 10:1 है। | पूर्वगामी चर्चा का अर्थ है कि उच्च संपीड़न अनुपात होना अधिक कुशल है। विशिष्ट ऑटोमोबाइल के लिए मानक अनुपात लगभग 10:1 है। सामान्यतः यह ऑटोइग्निशन, या इंजन के खटखटाने की संभावना के कारण बहुत अधिक नहीं बढ़ता है, जो संपीड़न अनुपात पर ऊपरी सीमा रखता है।<ref name="Shapiro" />{{page needed|date=July 2017}} संपीड़न प्रक्रिया के समय 1-2 तापमान बढ़ता है, इसलिए संपीड़न अनुपात में वृद्धि से तापमान में वृद्धि होती है। स्वत: प्रज्वलन तब होता है जब ईंधन/हवा के मिश्रण का तापमान आग की लपटों से प्रज्वलित होने से पहले बहुत अधिक हो जाता है। कम्प्रेशन स्ट्रोक का उद्देश्य मिश्रण को प्रज्वलित करने से पहले उत्पादों को संपीड़ित करना है। यदि संपीड़न अनुपात बढ़ाया जाता है, तो संपीड़न स्ट्रोक पूरा होने से पहले मिश्रण स्वत: प्रज्वलित हो सकता है, जिससे इंजन दस्तक दे सकता है। यह इंजन के घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है और इंजन के ब्रेक हॉर्सपावर को कम करेगा। | ||
== शक्ति == | == शक्ति == | ||
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== बढ़ती शक्ति और दक्षता == | == बढ़ती शक्ति और दक्षता == | ||
निकास और सेवन दबाव और तापमान के बीच अंतर का मतलब है कि [[टर्बोचार्जर]] के उपयोग से दक्षता में कुछ वृद्धि प्राप्त की जा सकती है, निकास प्रवाह से शेष ऊर्जा के कुछ हिस्से को हटाकर सेवन दबाव को बढ़ाने के लिए सेवन प्रवाह में स्थानांतरित किया जा सकता है। गैस टर्बाइन निकास प्रवाह से उपयोगी कार्य ऊर्जा निकाल सकता है और इसका उपयोग अंतर्ग्रहण वायु पर दबाव डालने के लिए किया जा सकता है। निकास गैसों का दबाव और तापमान कम हो जाएगा क्योंकि वे गैस टर्बाइन के माध्यम से विस्तार करते हैं और उस काम को तब सेवन गैस प्रवाह पर लागू किया जाता है, जिससे इसका दबाव और तापमान बढ़ जाता है। दक्षता में सुधार के लिए ऊर्जा मात्रा का हस्तांतरण और इंजन के परिणामी शक्ति घनत्व में भी सुधार हुआ है। इनटेक एयर को | निकास और सेवन दबाव और तापमान के बीच अंतर का मतलब है कि [[टर्बोचार्जर]] के उपयोग से दक्षता में कुछ वृद्धि प्राप्त की जा सकती है, निकास प्रवाह से शेष ऊर्जा के कुछ हिस्से को हटाकर सेवन दबाव को बढ़ाने के लिए सेवन प्रवाह में स्थानांतरित किया जा सकता है। गैस टर्बाइन निकास प्रवाह से उपयोगी कार्य ऊर्जा निकाल सकता है और इसका उपयोग अंतर्ग्रहण वायु पर दबाव डालने के लिए किया जा सकता है। निकास गैसों का दबाव और तापमान कम हो जाएगा क्योंकि वे गैस टर्बाइन के माध्यम से विस्तार करते हैं और उस काम को तब सेवन गैस प्रवाह पर लागू किया जाता है, जिससे इसका दबाव और तापमान बढ़ जाता है। दक्षता में सुधार के लिए ऊर्जा मात्रा का हस्तांतरण और इंजन के परिणामी शक्ति घनत्व में भी सुधार हुआ है। इनटेक एयर को सामान्यतः ठंडा किया जाता है जिससे कि इसकी मात्रा कम हो सके क्योंकि प्रति स्ट्रोक उत्पन्न कार्य सिलेंडर में लिए गए द्रव्यमान की मात्रा का प्रत्यक्ष कार्य है; सघन वायु प्रति चक्र अधिक कार्य उत्पन्न करेगी। व्यावहारिक रूप से पेट्रोल ईंधन वाले इंजन में समय से पहले प्रज्वलन को रोकने के लिए अंतर्ग्रहण वायु द्रव्यमान तापमान को भी कम किया जाना चाहिए; इसलिए, कुछ ऊर्जा को गर्मी के रूप में निकालने के लिए [[intercooler]] का उपयोग किया जाता है और इसलिए सेवन तापमान को कम करता है। इस तरह की योजना इंजन की क्षमता और शक्ति दोनों को बढ़ाती है। | ||
क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित सुपरचार्जर के आवेदन से बिजली उत्पादन (पावर घनत्व) में वृद्धि होती है, लेकिन दक्षता में वृद्धि नहीं होती है क्योंकि यह इंटेक हवा पर दबाव डालने के लिए इंजन द्वारा उत्पादित कुछ शुद्ध कार्य का उपयोग करता है और अन्यथा व्यर्थ ऊर्जा को निकालने में विफल रहता है। उच्च तापमान पर निकास का प्रवाह और परिवेश पर दबाव। | क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित सुपरचार्जर के आवेदन से बिजली उत्पादन (पावर घनत्व) में वृद्धि होती है, लेकिन दक्षता में वृद्धि नहीं होती है क्योंकि यह इंटेक हवा पर दबाव डालने के लिए इंजन द्वारा उत्पादित कुछ शुद्ध कार्य का उपयोग करता है और अन्यथा व्यर्थ ऊर्जा को निकालने में विफल रहता है। उच्च तापमान पर निकास का प्रवाह और परिवेश पर दबाव। | ||