आंतरिक दहन इंजन एक बिजली उत्पादन तंत्र है जिसने परिवहन और मशीनरी में क्रांति ला दी है। यह गैसोलीन या डीजल जैसे ईंधन के दहन के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के सिद्धांत पर काम करता है।
प्रमुख घटक: मूलतः, आंतरिक दहन इंजन में एक सिलेंडर, एक पिस्टन, वाल्व, एक क्रैंकशाफ्ट और एक स्पार्क प्लग (गैसोलीन इंजन में) या ईंधन इंजेक्टर (डीजल इंजन में) होते हैं।
चार स्ट्रोक चक्र: अधिकांश आंतरिक दहन इंजनों का संचालन चार स्ट्रोक चक्र पर आधारित होता है। ये स्ट्रोक सेवन, संपीड़न, शक्ति (या दहन), और निकास हैं।
ऊर्जा रूपांतरण: सिलेंडर में दहन की प्रक्रिया से उच्च दबाव वाली गैस बनती है, जो पिस्टन पर बल लगाती है। यह रैखिक बल क्रैंकशाफ्ट द्वारा घूर्णी गति में परिवर्तित हो जाता है, जो तब वाहन के पहियों या अन्य मशीनरी को चला सकता है।
आंतरिक दहन इंजनों को उनके ईंधन के प्रकार, स्ट्रोक की संख्या, या वायु और ईंधन को तैयार करने और दहन कक्ष में डालने के तरीके के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है।
ईंधन के प्रकार: आंतरिक दहन इंजन गैसोलीन, डीजल, बायो-डीजल, इथेनॉल और यहां तक कि हाइड्रोजन सहित विभिन्न प्रकार के ईंधन पर चल सकते हैं। ईंधन का चुनाव इंजन के डिजाइन, दक्षता और उत्सर्जन को प्रभावित करता है।
दहन प्रक्रिया: दहन प्रक्रिया गर्मी उत्पन्न करती है और सिलेंडर के अंदर गैसों को फैलाती है, जिससे पिस्टन पर दबाव बनता है। आदर्श प्रक्रिया को गैसोलीन इंजन के लिए ओटो चक्र और डीजल इंजन के लिए डीजल चक्र द्वारा वर्णित किया गया है।
ओटो चक्र: सैद्धांतिक ओटो चक्र को चार-स्ट्रोक इंजन के समान चार चरणों में वर्णित किया जा सकता है, लेकिन ऊष्मागतिकी अर्थ में - ऊष्मा संयोजन और निष्कासन के लिए दो आइसोकोरिक प्रक्रियाओं (स्थिर आयतन) और संपीड़न और विस्तार के लिए दो आइसेंट्रोपिक प्रक्रियाओं (एडियाबेटिक प्रतिवर्ती) के साथ।
डीजल चक्र: डीजल चक्र मुख्य रूप से स्थिर दबाव पर होने वाली ऊष्मा संवर्धन प्रक्रिया और उच्च संपीड़न अनुपात में भिन्न होता है, जो दहन के क्षण तक ईंधन और वायु को मिश्रित नहीं करता है।
आंतरिक दहन इंजन की दक्षता इस बात का माप है कि यह ईंधन में रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में कितनी अच्छी तरह से परिवर्तित करता है। दक्षता को प्रभावित करने वाले कारकों में इंजन का डिज़ाइन, ईंधन का प्रकार और ईंधन का पूरी तरह से जलना शामिल है।
आंतरिक दहन इंजन से निकलने वाले उत्सर्जन में कार्बन डाइऑक्साइड (CO \(_2\) ), कार्बन मोनोऑक्साइड (CO), नाइट्रोजन ऑक्साइड (NO \(_x\) ), और बिना जले हाइड्रोकार्बन शामिल हैं। ये उत्सर्जन वायु प्रदूषण और ग्लोबल वार्मिंग में योगदान करते हैं। ईंधन इंजेक्शन प्रणाली, उत्प्रेरक कन्वर्टर्स और वैकल्पिक ईंधन जैसी प्रौद्योगिकी में प्रगति का उद्देश्य दक्षता में सुधार करना और हानिकारक उत्सर्जन को कम करना है।
बढ़ती पर्यावरणीय चिंताओं और संधारणीय ऊर्जा की ओर बढ़ते कदम के साथ, आंतरिक दहन इंजनों की दक्षता में सुधार और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने पर केंद्रित महत्वपूर्ण शोध हो रहा है। नवाचारों में हाइब्रिड इंजन शामिल हैं जो आंतरिक दहन इंजनों को इलेक्ट्रिक मोटरों, परिवर्तनीय वाल्व टाइमिंग और कई ईंधन प्रकारों या जैव ईंधन पर चलने में सक्षम इंजनों के साथ जोड़ते हैं।
इसके अलावा, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का विकास पारंपरिक आंतरिक दहन इंजनों के लिए एक संभावित भविष्य का विकल्प प्रस्तुत करता है, जो नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से उत्पादित हाइड्रोजन का उपयोग करते समय उत्सर्जन-मुक्त परिवहन का वादा करता है।
आंतरिक दहन इंजन के कामकाज को दर्शाने के लिए एक उदाहरण चार-स्ट्रोक इंजन मॉडल का एक सरल प्रयोगात्मक सेटअप हो सकता है। ऐसे मॉडल अक्सर शैक्षिक सेटिंग्स में सेवन, संपीड़न, शक्ति और निकास स्ट्रोक को स्पष्ट और व्यावहारिक तरीके से प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिससे शिक्षार्थियों को इंजन की आंतरिक प्रक्रियाओं की कल्पना करने में मदद मिलती है।
जबकि वास्तविक इंजन अधिक जटिल होते हैं, जिनमें अनेक अतिरिक्त घटक और प्रणालियां (जैसे शीतलन, स्नेहन और ईंधन वितरण प्रणालियां) शामिल होती हैं, मूलभूत सिद्धांत समान रहता है और इन बुनियादी मॉडलों के माध्यम से समझा जा सकता है।
आंतरिक दहन इंजन आधुनिक समाज में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, वाहनों, मशीनरी और जनरेटर को शक्ति प्रदान करता है। नवीकरणीय ऊर्जा और इलेक्ट्रिक वाहनों की ओर बढ़ते दबाव के बावजूद, आंतरिक दहन इंजन निकट भविष्य में भी प्रासंगिक बने रहेंगे, क्योंकि उनकी दक्षता में सुधार और उनके पारिस्थितिक पदचिह्न को कम करने के उद्देश्य से चल रही प्रगति के कारण ऐसा हो रहा है। इन इंजनों के मूल सिद्धांतों, प्रकारों और संचालन को समझना ऑटोमोटिव प्रौद्योगिकी और उससे आगे की जटिलताओं और नवाचारों की सराहना करने के लिए एक आधार प्रदान करता है।
