UPPSC 2022 प्रारंभिक प्रश्नपत्र-I · प्रश्न 142 / 150

सही उत्तर — (d) पेट्रोल इंजन। काबुरेटर एक ऐसी युक्ति है जो वायु खींचती है, वेण्चूरी के आर-पार दाब में गिरावट का उपयोग कर उस वायु-धारा में पेट्रोल खींचती है, और संपीडन स्ट्रोक से पहले सिलिण्डर में एक ज्वलनशील वायु-ईंधन मिश्रण पहुँचाती है। यह पूर्व-मिश्रण केवल एक स्पार्क-इग्निशन इंजन में ही सम्भव है, जो कि पेट्रोल इंजन है: मिश्रण को अपेक्षाकृत सामान्य अनुपात में संपीडित किया जाता है और फिर सही क्षण पर स्पार्क प्लग द्वारा प्रज्वलित किया जाता है। काबुरेटर का सम्पूर्ण कार्य — प्रवेश से पहले वायु में ईंधन की मात्रा नापना — इसी चक्र से सम्बन्धित है और किसी अन्य से नहीं। ऐतिहासिक रूप से हर पेट्रोल कार और मोटरसाइकिल में इसका प्रयोग होता था; संयुक्त राज्य में 1980 के दशक के अन्त से तथा अन्यत्र व्यापक रूप से 1990 के दशक से, इलेक्ट्रॉनिक ईंधन अन्तःक्षेपण (fuel injection) ने कारों और ट्रकों में काबुरेटर का स्थान ले लिया है, अतः आज सही कथन यह है कि काबुरेटर एक शास्त्रीय पेट्रोल-इंजन युक्ति है और मुख्यतः लॉनमोवर, जनरेटर, पम्प तथा कुछ मोटरसाइकिलों जैसे छोटे इंजनों में जीवित है।

• (a)भाप इंजन — भाप इंजन एक बाह्य-दहन इंजन है। ईंधन को सिलिण्डर के बाहर एक भट्ठी में जलाकर पानी उबाला जाता है, और जो सिलिण्डर में प्रवेश करता है वह भाप है, वायु-ईंधन मिश्रण नहीं। कार्यशील सिलिण्डर में ईंधन और वायु का कोई प्रवेश ही नहीं होता, अतः काबुरेटर के लिए यहाँ कुछ करने को नहीं है।
• (b)डीजल इंजन — डीजल एक संपीडन-इग्निशन इंजन है। यह केवल वायु को खींचता और संपीडित करता है, लगभग 14:1 से 23:1 के उच्च अनुपात तक, जब तक कि वायु इतनी गर्म न हो जाए कि संपीडन स्ट्रोक के अन्त के निकट एक इंजेक्टर द्वारा उसमें छिड़का गया ईंधन प्रज्वलित हो जाए। प्रवेशी वायु के साथ ईंधन को पूर्व-मिश्रित करने से ऊपरी मृत बिन्दु से बहुत पहले अनियंत्रित पूर्व-प्रज्वलन हो जाएगा, अतः डीजल में काबुरेटर केवल अनुपयोगी ही नहीं है — यह सिद्धान्ततः असम्भव है। डीजल इंजनों में आरम्भ से ही ईंधन अन्तःक्षेपण का प्रयोग होता रहा है।
• (c)दोनों डीजल तथा पेट्रोल इंजन — यह लुभावना मध्यम विकल्प है, और यह ठीक उसी कारण असफल होता है जिस कारण (b) असफल होता है। यह तभी सही होता जब कोई डीजल पूर्व-मिश्रित आवेश ले सके, जिसे उसका संपीडन-इग्निशन चक्र निषिद्ध करता है। इस युग्म का केवल पेट्रोल वाला आधा भाग सत्य है, और आंशिक रूप से सत्य विकल्प एक ग़लत विकल्प है।

ऊष्मा इंजन पहले बाह्य-दहन प्रकारों में विभाजित होते हैं, जहाँ ईंधन कार्यशील सिलिण्डर के बाहर जलता है (भाप इंजन), तथा आन्तरिक-दहन प्रकारों में, जहाँ यह भीतर जलता है। आन्तरिक-दहन इंजन फिर इस आधार पर विभाजित होते हैं कि आवेश कैसे प्रज्वलित होता है। स्पार्क-इग्निशन इंजन — पेट्रोल इंजन, जो ओटो चक्र पर चलता है — वायु और ईंधन वाष्प का एक पूर्व-मिश्रित आवेश लेता है, इसे सामान्य रूप से संपीडित करता है, और नियन्त्रित क्षण पर एक स्पार्क प्लग से इसे प्रज्वलित करता है; मिश्रण-युक्ति काबुरेटर होती है, या आधुनिक इंजनों में एक ईंधन इंजेक्टर। संपीडन-इग्निशन इंजन — डीजल, जो डीजल चक्र पर चलता है — केवल वायु लेता है, इसे इतनी दृढ़ता से संपीडित करता है कि इसका तापमान ईंधन के स्व-प्रज्वलन बिन्दु से अधिक हो जाए, और उस स्ट्रोक के अन्त में ईंधन का अन्तःक्षेपण करता है, अतः दहन उसी क्षण आरम्भ होता है जब ईंधन गर्म वायु से मिलता है। अतः काबुरेटर इन दोनों वर्गों में से ठीक एक का ही है।

अभ्यर्थी इस प्रश्न में इसलिए हार जाते हैं क्योंकि वे काबुरेटर को इंजन का एक सामान्य 'ईंधन-भाग' मानकर सुरक्षित दिखने वाला विकल्प (c) 'दोनों' चुन लेते हैं। उत्तर को स्थिर करने का तरीक़ा यह है कि ईंधन के बजाय प्रज्वलन से तर्क करें: पूछें कि आवेश को कौन प्रज्वलित करता है। यदि स्पार्क प्लग करता है, तो आवेश पहले से ही एक मिश्रण होना चाहिए, अतः किसी ने उसे मिश्रित किया होगा — काबुरेटर। यदि संपीडन की ऊष्मा करती है, तो सिलिण्डर में अन्तिम क्षण तक केवल वायु होनी चाहिए, अतः ईंधन को अन्तःक्षेपण द्वारा आना होगा और पहले से मिश्रण चक्र को बिगाड़ देगा। यही एक परीक्षण उन सम्बद्ध तथ्यों की भी व्याख्या करता है जो परीक्षक पसन्द करते हैं — डीजल को कहीं अधिक ऊँचे संपीडन अनुपात की आवश्यकता क्यों होती है, डीजल ईंधन को सीटेन संख्या (स्व-प्रज्वलन की सुगमता) से क्यों रेट किया जाता है जबकि पेट्रोल को ऑक्टेन संख्या (स्व-प्रज्वलन के प्रति प्रतिरोध, अर्थात् नॉकिंग के प्रति प्रतिरोध) से, तथा पेट्रोल इंजन में स्पार्क प्लग क्यों पाया जाता है जबकि डीजल में केवल शीत-आरम्भ के लिए प्रयुक्त ग्लो प्लग।

• काबुरेटर वेण्चूरी प्रभाव का प्रयोग करता है: संकुचन से गुज़रती हुई त्वरित वायु फ़्लोट-कक्ष से पेट्रोल खींचती है और उसे वायु-धारा में परमाणुकृत करती है, जिससे संपीडन से पहले एक ज्वलनशील मिश्रण मिलता है।
• पेट्रोल इंजन स्पार्क-इग्निशन होते हैं और अपेक्षाकृत निम्न संपीडन अनुपात का प्रयोग करते हैं; डीजल इंजन संपीडन-इग्निशन होते हैं, केवल वायु को लगभग 14:1 से 23:1 तक संपीडित करते हैं जब तक कि यह अन्तःक्षेपित ईंधन को प्रज्वलित करने योग्य गर्म न हो जाए।
• डीजल इंजनों में आरम्भ से ही ईंधन अन्तःक्षेपण का प्रयोग होता रहा है — काबुरेटर को केवल डिज़ाइन प्राथमिकता से नहीं, बल्कि स्वयं चक्र द्वारा बाहर रखा जाता है।
• भाप इंजन एक बाह्य-दहन इंजन है: दहन भट्ठी में होता है, और सिलिण्डर में केवल भाप प्रवेश करती है, अतः कोई वायु-ईंधन प्रवेश-युक्ति अस्तित्व में ही नहीं है।
• कारों और ट्रकों में काबुरेटर का स्थान संयुक्त राज्य में 1980 के दशक के अन्त से तथा अन्यत्र 1990 के दशक से इलेक्ट्रॉनिक ईंधन अन्तःक्षेपण ने ले लिया, परन्तु यह लॉनमोवर, जनरेटर तथा कुछ मोटरसाइकिलों जैसे छोटे इंजनों में जीवित है।

• 'दोनों डीजल तथा पेट्रोल इंजन' चुनना क्योंकि काबुरेटर एक सामान्य इंजन-घटक जैसा प्रतीत होता है। यह स्पार्क-इग्निशन इंजनों के लिए विशिष्ट है।
• स्पार्क प्लग तथा ग्लो प्लग को गड्ड-मड्ड कर देना। पेट्रोल इंजन अपने आवेश को स्पार्क प्लग से प्रज्वलित करता है; डीजल केवल शीत-आरम्भ सहायता के रूप में ग्लो प्लग का प्रयोग करता है, और दहन अब भी संपीडन-ऊष्मा से आरम्भ होता है।
• यह मान लेना कि काबुरेटर अब भी कारों में मानक है। आधुनिक वाहनों में इसका स्थान इलेक्ट्रॉनिक ईंधन अन्तःक्षेपण ने ले लिया है, अतः 'प्रयोग किया जाता है' को शास्त्रीय पेट्रोल-इंजन व्यवस्था के रूप में पढ़ना सर्वोत्तम है।

दोनों परीक्षाएँ इसे दैनन्दिन विज्ञान स्मरण के रूप में मानती हैं — कौन-सा इंजन कौन-सी युक्ति प्रयोग करता है, कौन-सा इंजन बाह्य-दहन है, कौन-सा ईंधन ऑक्टेन से रेट होता है और कौन-सा सीटेन से। UPPSC एकल-तथ्य वाले 'किस प्रकार के इंजन में X प्रयोग होता है' को प्राथमिकता देता है; UPSC वही भौतिकी प्रायः ईंधन, उत्सर्जन अथवा वैकल्पिक-ईंधन प्रौद्योगिकी सम्बन्धी कथन-समुच्चय के भीतर गूँथ देता है।

इस प्रश्न से सीधे संबंधित कोई पूर्व PYQ उपलब्ध नहीं।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  निम्नलिखित में से कौन-सा एक बाह्य दहन इंजन है ?

  • (a)पेट्रोल इंजन
  • (b)डीजल इंजन
  • (c)भाप इंजन
  • (d)गैस टर्बाइन

  उत्तर(c) भाप इंजन — ईंधन कार्यशील सिलिण्डर के बाहर एक भट्ठी में जलता है, जो केवल भाप प्राप्त करती है; अन्य तीनों कार्यशील कक्ष के भीतर ईंधन जलाते हैं।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  डीजल इंजन में, ईंधन का प्रज्वलन किस कारण होता है ?

  • (a)स्पार्क प्लग द्वारा उत्पन्न एक स्फुलिंग
  • (b)संपीडन द्वारा उत्पन्न वायु का उच्च तापमान
  • (c)सम्पूर्ण चक्र में ग्लो प्लग की उत्प्रेरक क्रिया
  • (d)इंजेक्टर नोज़ल के आर-पार विद्युत आर्क

  उत्तर(b) संपीडन द्वारा उत्पन्न वायु का उच्च तापमान — डीजल एक संपीडन-इग्निशन इंजन है, तथा ग्लो प्लग केवल शीत-आरम्भ में सहायता करता है।