ओटो चक्र और डीजल चक्र क्या है और उन्हें कैसे परिभाषित किया जाता है?

दोनों सैद्धांतिक मॉडल का गठन करते हैं जिनका उपयोग गैस थर्मोडायनामिक चक्रों का वर्णन करने के लिए किया जाता है। चिंगारी प्रज्वलन और आत्म-प्रज्वलन के साथ चार-स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजनों में किया जाता है क्रमश।

ओटो चक्र का नाम इस तथ्य के कारण है कि यह जर्मन इंजीनियर निकोलस ओटो था जिसने 1876 में इसे विकसित किया था। स्पार्क इग्निशन फोर-स्ट्रोक इंजन, 1862 में ब्यू डे द्वारा प्रस्तावित मॉडल पर आधारित है रोचास। यह इंजन दो यांत्रिक चक्रों में चार थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं को निष्पादित करता है। इसके हिस्से के लिए, जर्मनी में रूडोल्फ डीजल द्वारा 1890 और 1897 के बीच परिवहन कंपनी MAN के लिए डीजल चक्र विकसित किया गया था, जिसमें उच्च पेशकश करने वाले अन्य ईंधनों से भाप इंजनों की तुलना में उच्च प्रदर्शन वाले इंजनों का निर्माण करने का इरादा क्षमता। इस रचना को तब से परिष्कृत किया गया है, और उदाहरण के लिए, 1927 में BOSH कंपनी ने एक पंप लॉन्च किया डीजल के लिए इंजेक्शन जो ईंधन की खपत को कम करने में मदद करता है, जो की तुलना में अधिक किफायती है गैसोलीन।

छवि सबसे अधिक प्रतिनिधि तत्वों वाली एक योजना दिखाती है जो एक ओटो चक्र का वर्णन करती है

डीजल चक्र सैद्धांतिक रूप से ईसीओएम इंजन (संपीड़न प्रज्वलन इंजन) के संचालन का वर्णन करते हैं। आरेख इस चक्र की कुछ विशेषताओं को दर्शाता है।

आंतरिक दहन इंजनों की थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं

व्यवहार में सामान्य, चार-स्ट्रोक प्रत्यागामी इंजन, चार प्रक्रियाओं से बने होते हैं: सेवन, संपीड़न, विस्तार और निकास।

स्पार्क इग्निशन इंजन और डीजल इंजन दोनों में, सेवन प्रक्रिया के दौरान, हवा को प्रवेश करने की अनुमति देने के लिए सेवन वाल्व सिलेंडर में खुलता है (डीजल इंजन के मामले में)। डीजल इंजन) और वायु और ईंधन (स्पार्क इग्निशन इंजन में), जो वायुमंडलीय दबाव पर होता है (इसके लिए सिलेंडर के अंदर एक दबाव की आवश्यकता होती है) निचला)। सिलेंडर में इस मात्रा का प्रवेश पिस्टन को नीचे के मृत केंद्र (BDC) की ओर ले जाता है, जब तक कि अधिकतम मात्रा तक नहीं पहुंच जाता है, जहां सेवन वाल्व बंद हो जाता है।

संपीड़न प्रक्रिया के दौरान, सेवन और निकास वाल्व बंद रहते हैं और पिस्टन चलता रहता है ऊपरी मृत बिंदु (टीडीसी) की ओर, मात्रा तक पहुंचने तक कक्ष की सामग्री को संपीड़ित करना न्यूनतम। स्पार्क इग्निशन इंजन के विपरीत, जहां संपीड़न अनुपात लगभग होता है 11 से अधिक, डीजल इंजन के सिलेंडरों में यह अनुपात लगभग अधिक होना आवश्यक है 18. यह लंबा रास्ता निम्नलिखित प्रक्रिया में ईंधन के स्वत: प्रज्वलन की गारंटी के लिए उच्च तापमान तक पहुंचने की अनुमति देता है, अर्थात, का तापमान संपीड़न प्रक्रिया के अंत में हवा, ईंधन के स्व-प्रज्वलन में दी गई तुलना में अधिक होनी चाहिए ताकि संपीड़न कक्ष में प्रवेश करते समय यह प्रज्वलित हो सके। दहन।

डीजल चक्रों को गैसोलीन या गैस इंजनों की तुलना में बड़े सिलेंडरों की आवश्यकता होती है, इसलिए दोनों आमतौर पर ट्रकों या परिवहन के बड़े साधनों के साथ-साथ में भी उपयोग किए जाते हैं कृषि उद्योग।

इसके बाद की प्रक्रिया विस्तार या पावर स्ट्रोक की होती है, और यह तब शुरू होती है जब पिस्टन शीर्ष मृत केंद्र पर पहुंच जाता है। चिंगारी प्रज्वलन इंजनों में, दहन व्यावहारिक रूप से तात्क्षणिक होता है और इसके माध्यम से होता है स्पार्क प्लग द्वारा उत्पन्न एक चिंगारी का प्रज्वलन, जो हवा के मिश्रण के दहन का कारण बनता है और ईंधन। ECOM इंजन के मामले में, प्रक्रिया थोड़ी धीमी होती है, जब पिस्टन TDC पर होता है और इंजेक्टर कक्ष में ईंधन का छिड़काव करते हैं। जब डीजल या गैस का तेल उच्च तापमान पर हवा के संपर्क में आता है, तो यह मिश्रण प्रज्वलित होता है और पिस्टन को बीडीसी की ओर ड्राइव करता है जो दहन गैसों का विस्तार करता है और इंजन क्रैंकशाफ्ट को घुमाने का कारण बनता है। इंजन।

छवि एक आंतरिक दहन इंजन का एक सिलेंडर दिखाती है। आप वाल्व और पिस्टन देख सकते हैं।

अंत में, निकास वाल्व का उद्घाटन होता है जिससे पिस्टन ऊपर उठता है और दहन गैसों को विस्थापित करता है और चक्र फिर से शुरू होता है।

डीजल इंजनों में, स्पार्क प्लग का उपयोग गैसोलीन इंजनों की तरह नहीं किया जाता है, क्योंकि दहन प्रक्रिया होती है इंजेक्शन के क्षण में दहन कक्ष में दबाव और तापमान की स्थिति के लिए धन्यवाद ईंधन।

के इंजनों के सिलेंडरों के अंदर गणना और थर्मोडायनामिक विश्लेषण को सरल बनाने के लिए आंतरिक दहन, कुछ धारणाएँ बनाई जाती हैं, जैसे कि मानक वायु विचार और यह कि प्रक्रियाएँ हैं प्रतिवर्ती। इन परिसरों के माध्यम से, ओटो और डीजल चक्रों को चार प्रक्रियाओं के निर्माण के लिए विकसित किया गया है, जैसा कि निम्नलिखित छवि में दिखाया गया है:

चार-स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजन की चार प्रक्रियाएँ।

1-2: आइसेंट्रोपिक संपीड़न
2-3: गर्मी का जोड़। ओटो चक्रों में, इस प्रक्रिया को स्थिर आयतन (आइसोकोर) पर माना जाता है और डीजल चक्रों में यह निरंतर दबाव (आइसोबैरिक) पर एक तक पहुंचता है।
3-4: आइसेंट्रोपिक विस्तार
4-1: लगातार वॉल्यूम हीट रिजेक्शन (आइसोकोरल)

बाईं ओर का आरेख स्पार्क इग्निशन इंजन में होने वाली प्रक्रियाओं को दिखाता है। व्यवहार में, यह एक खुली प्रक्रिया है जिसके लिए बाहरी हवा के सेवन और पर्यावरण में निकास गैसों के निष्कासन की आवश्यकता होती है। दाईं ओर, इस मॉडल के सरलीकरण को दो आइसेंट्रोपिक प्रक्रियाओं और दो समद्विबाहुओं द्वारा गठित एक बंद चक्र के रूप में देखा जाता है।

डीजल चक्र में, सेवन और निकास प्रक्रियाओं को निरंतर दबाव ताप जोड़ और निरंतर आयतन ताप अस्वीकृति द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इसके अलावा, संपीड़न और विस्तार प्रक्रियाओं को आइसेंट्रोपिक माना जाता है।

चार-स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजन न केवल परिवहन उद्योग में उपयोग किए जाते हैं। उनके पास आवासीय और औद्योगिक स्तर पर कुछ अनुप्रयोग भी हैं, उदाहरण के लिए, कोजेनरेशन लागू करने के लिए, और बिजली (या यांत्रिक ऊर्जा) प्राप्त करें, और एक प्राथमिक स्रोत से गर्मी प्राप्त करें, जो कि ईंधन होगा इस्तेमाल किया गया। हालांकि, सह-उत्पादन प्रयोजनों के लिए, ओटो चक्र और गैस टर्बाइन अधिक सामान्य हैं।

चार स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता

सभी थर्मोडायनामिक चक्रों की तरह, गैस चक्र थर्मल दक्षता (η) के आधार पर उनके प्रदर्शन का एक माप प्रदान करते हैं_टेर), जो गर्मी इनपुट qent द्वारा विभाजित शुद्ध कार्य wneto के बीच संबंध दिखाता है:

\(_{Ter =}\frac{{{w_{net}}}}{{{q_{ent}}}} = \frac{{{q_{ent}} – {q_{sal}}}}}{ {{q_{in}}}} = 1 – \frac{{{q_{salt}}}}{{{q_{in}}}}})

कहाँ:
क्या_नमक एक आइसोकोरिक तरीके से खारिज की गई गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है।

एकसवाल_नमक यह उन राज्यों के बीच आंतरिक ऊर्जा (यू) में परिवर्तन से निर्धारित होता है जहां गर्मी अस्वीकृति प्रक्रिया होती है, यानी 4 और 1 राज्य। इन मात्राओं को भाप तालिकाओं से लिया जाता है, और मूल्यों का पता लगाने के लिए, राज्य के बारे में जानकारी के दो टुकड़ों को जानना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, तापमान और दबाव। इसके अतिरिक्त, राज्य के समीकरण (P.v = R.T), और दबावों, मात्राओं, या दबावों/सापेक्ष आयतन के संबंध को लागू करना आवश्यक है जो कि आइसेंट्रोपिक प्रक्रियाओं के बीच होता है।

ओटो चक्रों में, ऊष्मा जोड़ने की प्रक्रिया स्थिर आयतन पर की जाती है, इसलिए इनपुट ऊष्मा q होती है_में राज्यों 2 और 3, यानी यू के बीच आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन से निर्धारित होता है₃ - या₂:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{u_3} – {u_2}}}\)

डीजल चक्रों के लिए ऊष्मा जोड़ने की प्रक्रिया के मामले में, इसे निरंतर दबाव और इनपुट ऊष्मा q पर माना जाता है_में, उन राज्यों के बीच थैलेपी चेंज (एच) से गणना की जाती है जहां यह प्रक्रिया होती है, यानी राज्यों 3 और 2 के बीच। इन विचारों के साथ, एक डीजल चक्र की दक्षता अभिव्यक्ति का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है:

\(_{Ter = } = 1 – \frac{{{u_4} – {u_1}}}{{{h_3} – {h_2}}}\)

यह आरेख ओटो चक्र और डीजल चक्र के बीच कुछ अंतर दिखाता है। यदि दोनों इंजन एक ही संपीड़न अनुपात (आर) पर काम कर सकते हैं, तो ओटो चक्र अधिक कुशल होंगे, हालांकि व्यवहार में, डीजल इंजनों में उच्च संपीड़न अनुपात होता है।

संपीड़न अनुपात (आर) और सेवन कटऑफ (आर_सी)

यह आयाम रहित मान गैस चक्रों में एक पैरामीटर है, और इसे उस लिंक के रूप में व्यक्त किया जाता है जो सिलेंडर की अधिकतम और न्यूनतम मात्रा में होता है:

\(आर = \frac{{{V_{अधिकतम}}}}}{{V_{मिनट}}}}})

ओटो और डीजल दोनों चक्रों में, अधिकतम मात्रा 1 या 4 राज्यों में प्राप्त होती है। ओटो चक्र में न्यूनतम आयतन 2 और 3 अवस्थाओं में होता है, लेकिन डीजल में यह केवल अवस्था 2 में होता है।

विशिष्ट हीट्स "के" के आयामहीन स्थिरांक को भी परिभाषित किया गया है, और निरंतर दबाव (सी) पर विशिष्ट गर्मी के चर के संबंध में पहचाने गए संबंध का प्रतिनिधित्व करता है_पी) और स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा (C_वि):

\(के = \frac{{{C_p}}}{{{C_v}}}\)

इसके अतिरिक्त, डीजल चक्रों में कटऑफ अनुपात या इनटेक क्लोजर का उपयोग किया जाता है, जो है ऊष्मा जोड़ने की प्रक्रिया के दौरान अधिकतम आयतन को न्यूनतम आयतन से विभाजित करके गणना की जाती है, अर्थात कहना:

\({r_c} = {\बायाँ( {\frac{{{V_{अधिकतम}}}}}}} {{{V_{मिनट}}}}} \दाहिना) n\;का\;गर्मी}} = \frac{ {{V_3}}}{{{V_2}}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}})

निरंतर विशिष्ट ऊष्मा अनुमानों का उपयोग करते हुए आंतरिक दहन इंजनों की दक्षता

एक गैस चक्र में, कभी-कभी यह माना जा सकता है कि यह विशिष्ट तापों की धारणाओं के तहत काम करता है जो तापमान के साथ भिन्न नहीं होते हैं, जिन्हें ठंडी हवा भी कहा जाता है। मानक, (हालांकि व्यवहार में अगर भिन्नता है), और इस विचार के तहत, प्रत्येक चक्र की तापीय दक्षता निम्नलिखित के साथ निर्धारित की जाती है भाव:

ओटो चक्र के लिए

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\)

बाईं ओर का आरेख स्पार्क इग्निशन इंजन के लिए संपीड़न अनुपात के लिए मूल्यों की विशेषता श्रेणी दिखाता है। दाईं ओर, के के विभिन्न मूल्यों के लिए, एक ओटो चक्र की दक्षता में भिन्नता को संपीड़न अनुपात (आर) के एक समारोह के रूप में देखा जाता है।

डीजल चक्र के लिए

\(_{Ter = } = 1 – \frac{1}{{{r^{k – 1}}}}\बाएँ [ {\frac{{{r_c}^k – 1}}{{k\बाएँ ( {{r_c} – 1} \right)}}} \right]\)

कहाँ_वि स्थिर आयतन पर हवा की विशिष्ट ऊष्मा है (सी।_वि = 0.718kJ/किग्रा। क।), और सी।_पी निरंतर दबाव पर विशिष्ट ऊष्मा, जो परिवेशी परिस्थितियों में हवा के लिए C है_पी = 1.005kJ/किग्रा। क।

आरेख डीजल इंजनों के साथ-साथ संपीड़न अनुपात (आर) की सामान्य श्रेणी दिखाता है इनटेक कट अनुपात के विभिन्न मूल्यों के लिए चक्र की थर्मल दक्षता की भिन्नता (आर_सी).