विस्तार कक्ष: Difference between revisions

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[[File:Scooter exhaust.jpg|right|thumb|upright=1.35|विस्तार कक्ष एवं साइलेंसर के साथ [[स्कूटर (मोटरसाइकिल)]] का निकास]][[दो स्ट्रोक इंजन]] पर, '''विस्तार कक्ष''' या ट्यून्ड पाइप निकास प्रणाली है जिसका उपयोग वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में सुधार करके इसके [[शक्ति (भौतिकी)|पावर (भौतिकी)]] आउटपुट को विस्तृत करने के लिए किया जाता है।
{{Redirect|ट्यून किया हुआ पाइप}}[[File:Scooter exhaust.jpg|right|thumb|upright=1.35|विस्तार कक्ष एवं साइलेंसर के साथ [[स्कूटर (मोटरसाइकिल)]] का निकास]][[दो स्ट्रोक इंजन]] पर, विस्तार कक्ष या ट्यूनेड पाइप ट्यूनेड निकास प्रणाली है जिसका उपयोग इसकी वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में सुधार करके इसकी [[शक्ति (भौतिकी)]] आउटपुट को बढ़ाने के लिए किया जाता है।


== इतिहास ==
== इतिहास ==
[[File:Studio scarico 2T (compato).svg|thumb|दो-स्ट्रोक इंजन के लिए विभिन्न प्रकार के निकास के बीच प्रत्यक्ष तुलना, बाईं ओर आप इंजन एवं उसके निकास को देख सकते हैं, केंद्र में दबावों की प्रगति घटता है (वायुमंडल में प्रभावी दबाव) निकास बंदरगाह (पहचान क्षेत्र में हाइलाइट किया गया) लाल), दाईं ओर विभिन्न नालियों के पावर कर्व्स।<br/>
[[File:Studio scarico 2T (compato).svg|thumb|दो-स्ट्रोक इंजन के लिए विभिन्न प्रकार के निकास के मध्य प्रत्यक्ष तुलना, बाईं ओर आप इंजन एवं उसके निकास को देख सकते हैं, निकास पोर्ट पर (प्रमाण क्षेत्र लाल रंग में हाइलाइट किया गया) दबावों की प्रगति वक्र है (वायुमंडल में प्रभावी दबाव), दाईं ओर विभिन्न ड्रेंस के शक्ति वक्र हैं।<br/>(A) निरंतर खंड के साथ पारंपरिक निर्वहन(B) डाइवर्जेंट खंड के साथ डिस्चार्ज
) निरंतर अनुभाग <br/> के साथ पारंपरिक निर्वहन
बी) डाइवर्जेंट सेक्शन <br/> के साथ डिस्चार्ज
सी) विस्तार कक्ष के साथ गुंजयमान विस्तार कक्ष, पावर ग्राफ में निकास बैक प्रेशर वाल्व के प्रभाव पर भी प्रकाश डाला गया है]]1938 में दो स्ट्रोक इंजनों में ईंधन को अर्घ्य करने के लिए, जर्मन इंजीनियर, लिम्बाच द्वारा विस्तार कक्षों का आविष्कार एवं सफलतापूर्वक निर्माण किया गया था। जर्मनी में पेट्रोल की कमी हो रही थी, जो उस चरण में कोयले एवं सीवेज परिवर्तन का उपयोग करके उत्पादित किया गया था। अप्रत्याशित बोनस यह था कि ट्यून्ड निकास का उपयोग करने वाले दो स्ट्रोक इंजन सामान्य साइलेंसर के साथ चलने की तुलना में कहीं अधिक शक्ति का उत्पादन करते थे।
द्वितीय विश्व युद्ध की समाप्ति के बाद, [[शीत युद्ध]] के दौरान [[पूर्वी जर्मन]] [[वाल्टर काडेन]] द्वारा अवधारणा को फिर से विकसित करने से पहले कुछ समय बीत गया। 1961 में स्वीडिश ग्रैंड प्रिक्स में [[MZ Motorrad- und Zweiradwerk GmbH]] के लिए रेसिंग करते हुए पूर्वी जर्मन मोटरसाइकिल रेसर [[अर्नेस्ट डेग्नर]] के पश्चिम में चले जाने के बाद वे पहली बार जापानी मोटरसाइकिलों पर पश्चिम में दिखाई दिए। बाद में उन्होंने अपना ज्ञान जापान की [[सुज़ुकी]] को दे दिया।<ref>{{cite web |url=http://www.motorcycle.com/manufacturer/history-suzuki-motorcycle.html |title=Suzuki Motorcycle History: History of Suzuki |website=Motorcycle.com |archive-url=https://web.archive.org/web/20110310092314/http://www.motorcycle.com/manufacturer/history-suzuki-motorcycle.html |url-status=live |archive-date=2011-03-10}}</ref><ref>{{Citation |title=Stealing Speed: The Biggest Spy Scandal in Motorsport History |first=Mat |last=Oxley |publisher=[[Haynes Publishing Group]] |year=2010 |isbn=978-1-84425-975-5}}</ref>


(C) पावर ग्राफ में विस्तार कक्ष के साथ गुंजयमान विस्तार कक्ष, निकास बैक प्रेशर वाल्व के प्रभाव पर भी प्रकाश डाला गया है।]]1938 में दो स्ट्रोक इंजनों में ईंधन को अर्घ्य करने के लिए, जर्मन इंजीनियर, लिम्बाच द्वारा विस्तार कक्षों का आविष्कार एवं सफलतापूर्वक निर्माण किया गया था। जर्मनी में पेट्रोल का अभाव हो रहा था, जो उस चरण में कोयले एवं सीवेज परिवर्तन का उपयोग करके उत्पादित किया गया था। अप्रत्याशित बोनस यह था कि ट्यून्ड निकास का उपयोग करने वाले दो स्ट्रोक इंजन सामान्य साइलेंसर के साथ चलने की तुलना में अधिक शक्ति का उत्पादन करते थे।
द्वितीय विश्व युद्ध की समाप्ति के पश्चात, [[शीत युद्ध|कोल्ड वॉर]] के समय [[पूर्वी जर्मन]] [[वाल्टर काडेन]] द्वारा अवधारणा को विकसित करने से पूर्व कुछ समय हो गया। 1961 में  [[MZ Motorrad- und Zweiradwerk GmbH|स्वीडिश ग्रैंड प्रिक्स में एमजेड (MZ)]] के लिए रेसिंग करते हुए पूर्वी जर्मन मोटरसाइकिल रेसर [[अर्नेस्ट डेग्नर]] के पश्चिम में चले जाने के पश्चात वे सर्वप्रथम जापानी मोटरसाइकिलों पर पश्चिम में दिखाई दिए। तत्पश्चात उन्होंने स्वयं का ज्ञान जापान की [[सुज़ुकी]] को दे दिया।<ref>{{cite web |url=http://www.motorcycle.com/manufacturer/history-suzuki-motorcycle.html |title=Suzuki Motorcycle History: History of Suzuki |website=Motorcycle.com |archive-url=https://web.archive.org/web/20110310092314/http://www.motorcycle.com/manufacturer/history-suzuki-motorcycle.html |url-status=live |archive-date=2011-03-10}}</ref><ref>{{Citation |title=Stealing Speed: The Biggest Spy Scandal in Motorsport History |first=Mat |last=Oxley |publisher=[[Haynes Publishing Group]] |year=2010 |isbn=978-1-84425-975-5}}</ref>


== यह कैसे काम करता है ==
सिलेंडर से निकलने वाली उच्च [[दबाव]] वाली गैस शुरू में तरंग के रूप में बहती है जैसा कि तरल पदार्थों में सभी गड़बड़ी होती है। [[निकास गैस]] पाइप में अपना रास्ता धकेलती है जो पहले से ही पिछले चक्रों से गैस द्वारा कब्जा कर लिया गया है, उस गैस को आगे धकेलता है एवं एक तरंग का कारण बनता है। एक बार जब गैस का प्रवाह बंद हो जाता है, तो तरंग जारी रहती है, ऊर्जा को अगली गैस डाउन स्ट्रीम एवं इसी तरह पाइप के अंत तक पहुंचाती है। यदि यह [[लहर]] [[क्रॉस सेक्शन (ज्यामिति)]] या [[तापमान]] में किसी भी परिवर्तन का सामना करती है तो यह अपनी ताकत के एक हिस्से को अपनी यात्रा के विपरीत दिशा में प्रतिबिंबित करेगी। उदाहरण के लिए, क्षेत्र में वृद्धि का सामना करने वाली एक मजबूत ध्वनिक लहर विपरीत दिशा में कमजोर ध्वनिक लहर को प्रतिबिंबित करेगी। क्षेत्र में कमी का सामना करने वाली एक मजबूत ध्वनिक लहर विपरीत दिशा में एक मजबूत ध्वनिक लहर को प्रतिबिंबित करेगी। मूल सिद्धांत को सिलेंडर हेड पोर्टिंग#वेव डायनेमिक्स में वर्णित किया गया है।
एक विस्तार कक्ष इस घटना का उपयोग अपने व्यास (क्रॉस सेक्शन) एवं लंबाई को अलग-अलग करके चक्र में वांछित समय पर सिलेंडर पर वापस आने के लिए करता है।


== यह कैसे कार्य करता है ==
सिलेंडर से निकलने वाली उच्च [[दबाव]] वाली गैस प्रारम्भ में तरंग के रूप में प्रवाहित होती है, जैसा कि तरल पदार्थों में विक्षोभ होता है। [[निकास गैस]] पाइप में मार्ग बनाती है जो पूर्व चक्रों से गैस द्वारा अधिकृत कर लिया गया है, उस गैस को आगे प्रवाहित करता है एवं तरंग का कारण बनता है। जब गैस का प्रवाह संवृत हो जाता है, तो तरंग निरंतर रहती है, ऊर्जा को आगामी गैस अनुप्रवाह एवं इसी प्रकार पाइप के अंत तक पहुंचाती है। यदि यह [[लहर|तरंग]] [[क्रॉस सेक्शन (ज्यामिति)|क्रॉस अनुभाग (ज्यामिति)]] या [[तापमान]] में किसी भी परिवर्तन का सामना करती है तो यह स्वयं शक्ति के भाग के विपरीत दिशा में प्रतिबिंबित करेगी। उदाहरण के लिए, क्षेत्र में वृद्धि करने वाली शक्तिशाली ध्वनिक तरंग विपरीत दिशा में शक्तिहीन ध्वनिक तरंग को प्रतिबिंबित करेगी। क्षेत्र में अभाव का सामना करने वाली ध्वनिक तरंग विपरीत दिशा में शक्तिशाली ध्वनिक तरंग को प्रतिबिंबित करेगी। मूल सिद्धांत को सिलेंडर हेड पोर्टिंग तरंग डायनेमिक्स में वर्णित किया गया है। विस्तार कक्ष इस घटना का उपयोग व्यास (क्रॉस अनुभाग) एवं लंबाई को भिन्न-भिन्न करके चक्र में वांछित समय पर सिलेंडर पर पुनः आने के लिए करता है।


विस्तार चक्र के तीन मुख्य भाग हैं।
विस्तार चक्र के तीन मुख्य भाग हैं।
 
=== प्रहार करना ===
=== झटका ===
जब अवरोही [[पिस्टन]] सर्वप्रथम सिलेंडर की दीवार पर निकास पोर्ट को उजागर करता है, तो इसके दबाव (विस्तार कक्ष से सहायता के बिना) के कारण निकास शक्तिशाली रूप से बाहर निकलता है, इसलिए पाइप के प्रथम भाग की लंबाई पर व्यास/क्षेत्र निरंतर या निकट होता है, 0 से 2 डिग्री के विचलन के साथ जो तरंग ऊर्जा को संरक्षित करता है। प्रणाली के इस खंड को हेडर पाइप कहा जाता है (निकास पोर्ट की लंबाई को माप उद्देश्यों के लिए हेडर पाइप का भाग माना जाता है)। हेडर पाइप के व्यास को स्थिर रखते हुए, तरंग में ऊर्जा को संरक्षित रखा जाता है क्योंकि चक्र में पश्चात तक विस्तार की आवश्यकता नहीं होती है। अधिकांश प्रहार प्रक्रिया के समय सिलेंडर त्यागने वाला प्रवाह ध्वनि या सुपरसोनिक होता है, एवं इसलिए कोई भी तरंग उस प्रवाह के विपरीत सिलेंडर में पुनः नहीं जा सकती है।
जब अवरोही [[पिस्टन]] पहले सिलेंडर की दीवार पर निकास बंदरगाह को उजागर करता है, तो इसके दबाव (विस्तार कक्ष से सहायता के बिना) के कारण निकास शक्तिशाली रूप से बाहर निकलता है, इसलिए पाइप के पहले भाग की लंबाई पर व्यास/क्षेत्र निरंतर या निकट होता है 0 से 2 डिग्री के विचलन के साथ स्थिर जो तरंग ऊर्जा को संरक्षित करता है। सिस्टम के इस खंड को हेडर पाइप कहा जाता है (निकास बंदरगाह की लंबाई को माप उद्देश्यों के लिए हेडर पाइप का हिस्सा माना जाता है)। हेडर पाइप के व्यास को स्थिर रखते हुए, तरंग में ऊर्जा को संरक्षित रखा जाता है क्योंकि चक्र में बाद तक विस्तार की आवश्यकता नहीं होती है। अधिकांश ब्लोडाउन प्रक्रिया के दौरान सिलेंडर छोड़ने वाला प्रवाह ध्वनि या सुपरसोनिक होता है, एवं इसलिए कोई भी तरंग उस प्रवाह के विपरीत सिलेंडर में वापस नहीं जा सकती है।
 
=== स्थानांतरण ===
=== स्थानांतरण ===
एक बार निकास दबाव लगभग वायुमंडलीय स्तर तक गिर जाने के बाद, पिस्टन स्थानांतरण बंदरगाहों को खोल देता है। इस बिंदु पर विस्तार कक्ष से ऊर्जा का उपयोग सिलेंडर में ताजा मिश्रण के प्रवाह में सहायता के लिए किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, विस्तार कक्ष व्यास में बढ़ जाता है ताकि बाहर जाने वाली ध्वनिक तरंग (दहन प्रक्रिया द्वारा बनाई गई) एक परावर्तित वैक्यूम (नकारात्मक दबाव) तरंग बनाती है जो सिलेंडर पर लौटती है। चैम्बर के इस भाग को डाइवर्जेंट (या डिफ्यूज़र) सेक्शन कहा जाता है एवं यह 7 से 9 डिग्री पर डायवर्ज होता है। यह आवश्यकताओं के आधार पर एक से अधिक डायवर्जिंग कोन से बना हो सकता है। स्थानांतरण चक्र के दौरान वैक्यूम तरंग सिलेंडर में आती है एवं क्रैंककेस से सिलेंडर में ताजा मिश्रण को चूसने में मदद करती है, एवं/या क्रैंककेस में निकास गैसों की सक्शन को रोकती है (क्रैंककेस वैक्यूम के कारण)।<ref>{{cite web |url=http://www.dragonfly75.com/motorbike/ECtheory.html |first=Michael |last=Forrest |title=कैसे एक विस्तार कक्ष काम करता है|access-date=2016-06-07}}</ref> हालांकि, तरंग विस्तार कक्ष के शीर्षलेख में निकास बंदरगाह से ताजा मिश्रण भी खींच सकती है। पोर्ट-ब्लॉकिंग वेव द्वारा इस प्रभाव को कम किया जाता है।
निकास दबाव लगभग वायुमंडलीय स्तर तक गिर जाने के पश्चात, पिस्टन स्थानांतरण पोर्टों को विवृत कर देता है। इस बिंदु पर विस्तार कक्ष से ऊर्जा का उपयोग सिलेंडर में स्वच्छ मिश्रण के प्रवाह में सहायता के लिए किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, विस्तार कक्ष व्यास में बढ़ जाता है, जिससे बाहर जाने वाली ध्वनिक तरंग (दहन प्रक्रिया द्वारा बनाई गई) परावर्तित शून्यक (नकारात्मक दबाव) तरंग बनाती है जो सिलेंडर पर लौटती है। कक्ष के इस भाग को डाइवर्जेंट (या डिफ्यूज़र) खंड कहा जाता है और यह 7 से 9 डिग्री पर डायवर्ज होता है। यह आवश्यकताओं के आधार पर अधिक विचलन कोण बना सकता है। स्थानांतरण चक्र के समय वैक्यूम तरंग सिलेंडर में आती है एवं क्रैंककेस से सिलेंडर में स्वच्छ मिश्रण को सोखने में सहायता करती है, या क्रैंककेस में निकास गैसों की मद्यपान को बाधित करती है (क्रैंककेस शून्यक के कारण)।<ref>{{cite web |url=http://www.dragonfly75.com/motorbike/ECtheory.html |first=Michael |last=Forrest |title=कैसे एक विस्तार कक्ष काम करता है|access-date=2016-06-07}}</ref> चूंकि, तरंग विस्तार कक्ष के शीर्षलेख में निकास पोर्ट से स्वच्छ मिश्रण को भी विस्थापित कर सकती है। पोर्ट-ब्लॉकिंग तरंग द्वारा इस प्रभाव को अर्घ्य किया जाता है।
 
=== पोर्ट ब्लॉकिंग ===
=== पोर्ट ब्लॉकिंग ===
जब स्थानांतरण पूरा हो जाता है, तो पिस्टन संपीड़न स्ट्रोक पर होता है लेकिन निकास बंदरगाह अभी भी खुला रहता है, दो स्ट्रोक पिस्टन पोर्ट डिज़ाइन के साथ एक अपरिहार्य समस्या है। पिस्टन को ताजा मिश्रण को खुले निकास बंदरगाह से बाहर धकेलने से रोकने में मदद करने के लिए विस्तार कक्ष से मजबूत ध्वनिक तरंग (दहन द्वारा उत्पादित) संपीड़न स्ट्रोक की शुरुआत के दौरान आने के लिए समयबद्ध है। चैम्बर के व्यास को कम करके पोर्ट ब्लॉकिंग वेव बनाया जाता है। इसे अभिसारी खंड (या बफल कोन) कहा जाता है। निवर्तमान ध्वनिक तरंग संकरे अभिसरण खंड से टकराती है एवं ध्वनिक दालों की एक मजबूत श्रृंखला को सिलेंडर में वापस दर्शाती है। वे निकास बंदरगाह को अवरुद्ध करने के लिए समय पर पहुंचते हैं, फिर भी संपीड़न स्ट्रोक की शुरुआत के दौरान खुले होते हैं एवं विस्तार कक्ष के शीर्षलेख में निकाले गए किसी भी ताजा मिश्रण को सिलेंडर में वापस धकेलते हैं। आवश्यकताओं के आधार पर अभिसरण खंड को 16 से 25 डिग्री पर अभिसरण करने के लिए बनाया गया है।
जब स्थानांतरण पूर्ण हो जाता है, तो पिस्टन संपीड़न स्ट्रोक पर होता है किन्तु निकास पोर्ट अभी भी विवृत रहता है, दो स्ट्रोक पिस्टन पोर्ट चित्र के साथ अपरिहार्य समस्या है। पिस्टन के स्वच्छ मिश्रण को विवृत निकास पोर्ट से बाहर निकलने से बाधित करने में सहायता करने के लिए विस्तार कक्ष से शक्तिशाली ध्वनिक तरंग (दहन द्वारा उत्पादित) संपीड़न स्ट्रोक के प्रारम्भ के समय आने के लिए समयबद्ध होती है। कक्ष के व्यास को अर्घ्य करके पोर्ट ब्लॉकिंग तरंग बनाई जाती है। इसे अभिसारी खंड कहा जाता है। निवर्तमान ध्वनिक तरंग संकीर्ण अभिसारी खंड से टकराती है एवं ध्वनिक पल्स की दृंढ श्रृंखला को सिलेंडर में पुनः दर्शाती है। वे निकास पोर्ट को अवरुद्ध करने के लिए समय पर पहुंचते हैं, तत्पश्चात संपीड़न स्ट्रोक के प्रारम्भ के समय विवृत होते हैं एवं विस्तार कक्ष के हेडर में निकाले गए किसी भी स्वच्छ मिश्रण को सिलेंडर में पुनः धकेलते हैं। आवश्यकताओं के आधार पर अभिसारी खंड को 16 से 25 डिग्री पर अभिसरण करने के लिए बनाया गया है।
 
ध्वनिक तरंग के साथ संयुक्त कक्ष में दबाव में सामान्य वृद्धि होती है, जो स्टिंगर नामक एक छोटी ट्यूब के साथ आउटलेट को जानबूझकर प्रतिबंधित करने के कारण होता है, जो ब्लीडर के रूप में कार्य करता है, संपीड़न/पावर स्ट्रोक के दौरान कक्ष को खाली करने के लिए इसे तैयार करने के लिए तैयार करता है। अगला चक्र। स्टिंगर की लंबाई एवं अंदर का व्यास 0.59 से 0.63x हेडर पाइप व्यास पर आधारित होता है एवं इसकी लंबाई इसके व्यास के 12 गुना के बराबर होती है, जो प्राप्त किए जाने वाले परिणामों पर निर्भर करता है। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए निकास प्रणाली में, दबाव में कुल वृद्धि किसी भी मामले में मफलर द्वारा उत्पादित की तुलना में बहुत कम होती है। स्टिंगर का एक गलत आकार खराब प्रदर्शन (बहुत बड़ा या बहुत छोटा) या अत्यधिक गर्मी (बहुत छोटा या बहुत लंबा) का कारण बनेगा जो इंजन को नुकसान पहुंचाएगा।


ध्वनिक तरंग के साथ संयुक्त कक्ष में दबाव में सामान्य वृद्धि होती है, जो स्टिंगर नामक छोटी ट्यूब के साथ निर्गम मार्ग को प्रतिबंधित करने के कारण होता है, जो आगामी चक्र को प्रस्तुत करने के लिए संपीड़न/पावर स्ट्रोक के समय कक्ष को रिक्त करने वाले ब्लीडर के रूप में कार्य करता है। स्टिंगर की लंबाई एवं व्यास 0.59 से 0.63x हेडर पाइप व्यास पर आधारित होता है एवं इसकी लंबाई इसके व्यास के 12 गुना के समान होती है, जो प्राप्त किए जाने वाले परिणामों पर निर्भर करती है। उचित रूप से डिज़ाइन किए गए निकास प्रणाली में, दबाव में कुल वृद्धि किसी भी विषय में मफलर द्वारा उत्पादित दबाव से कम होती है। स्टिंगर का अनुचित आकार निकृष्ट प्रदर्शन या अत्यधिक ऊष्मा का कारण बनेगा जो इंजन को हानि पहुंचाएगा।
=== जटिल कारक ===
=== जटिल कारक ===
व्यवहार में विस्तार कक्षों का विस्तृत संचालन उतना सीधा नहीं है जितना कि ऊपर वर्णित मूलभूत प्रक्रिया। पाइप में बैक अप यात्रा करने वाली तरंगें डायवर्जेंट सेक्शन को रिवर्स में सामना करती हैं एवं अपनी ऊर्जा के एक हिस्से को वापस दर्शाती हैं। पाइप के विभिन्न भागों में तापमान भिन्नताएं प्रतिबिंब एवं ध्वनि की स्थानीय गति में परिवर्तन का कारण बनती हैं। कभी-कभी ये द्वितीयक तरंग प्रतिबिंब अधिक शक्ति के वांछित लक्ष्य को बाधित कर सकते हैं।
व्यवहार में विस्तार कक्षों का विस्तृत संचालन उतना साधारण नहीं है जितना कि ऊपर वर्णित मूलभूत प्रक्रिया में होता है। पाइप में समर्थन यात्रा करने वाली तरंगें विभिन्न अनुभाग का उत्क्रम में सामना करती हैं एवं स्वयं ऊर्जा के भाग को पुनः दर्शाती हैं। पाइप के विभिन्न भागों में तापमान भिन्नताएं प्रतिबिंब एवं ध्वनि की स्थानीय गति में परिवर्तन का कारण बनती हैं। कभी-कभी ये द्वितीयक तरंग प्रतिबिंब अधिक शक्ति के वांछित लक्ष्य को बाधित कर सकती हैं।


यह ध्यान रखना उपयोगी है कि यद्यपि तरंगें प्रत्येक चक्र में पूरे विस्तार कक्ष को पार करती हैं, लेकिन किसी विशेष चक्र के दौरान सिलेंडर छोड़ने वाली वास्तविक गैसें नहीं होती हैं। गैस बहती है एवं आंतरायिक रूप से रुक जाती है एवं तरंग पाइप के अंत तक जारी रहती है। बंदरगाह छोड़ने वाली गर्म गैसें एक स्लग बनाती हैं जो हेडर पाइप भरती है एवं उस चक्र की अवधि के लिए वहां रहती है। यह हेड पाइप में एक उच्च तापमान क्षेत्र का कारण बनता है जो हमेशा सबसे हालिया एवं सबसे गर्म गैस से भरा होता है। क्योंकि यह क्षेत्र अधिक गर्म है, [[ध्वनि की गति]] एवं इस प्रकार इससे गुजरने वाली तरंगों की गति बढ़ जाती है। अगले चक्र के दौरान गैस के स्लग को अगले स्लग द्वारा अगले जोन पर कब्जा करने के लिए पाइप से नीचे धकेल दिया जाएगा एवं इसी तरह। थ्रॉटल की स्थिति एवं इंजन की गति के अनुसार इस स्लग की मात्रा लगातार बदलती रहती है। यह केवल तरंग ऊर्जा ही है जो एक चक्र के दौरान पूरे पाइप को पार करती है। किसी विशेष चक्र के दौरान पाइप छोड़ने वाली वास्तविक गैस दो या तीन चक्र पहले बनाई गई थी। यही कारण है कि दो स्ट्रोक इंजनों पर निकास गैस का नमूना निकास बंदरगाह में एक विशेष वाल्व के साथ किया जाता है। स्टिंगर से निकलने वाली गैस में बहुत अधिक निवासी समय होता है एवं अन्य चक्रों से गैस के साथ मिलने से विश्लेषण में त्रुटियां होती हैं।
यह ध्यान रखना उपयोगी है कि यद्यपि तरंगें प्रत्येक चक्र में पूर्ण विस्तार कक्ष को ज्ञात करती हैं, किन्तु किसी विशेष चक्र के समय सिलेंडर त्यागने वाली वास्तविक गैसें नहीं होती हैं। गैस प्रवाहित होती है एवं आंतरायिक रूप से रुक जाती है एवं तरंग पाइप के अंत तक निरंतर रहती है। पोर्ट से निकलने वाली गर्म गैसें स्लग बनाती हैं जो हेडर पाइप में जाती है एवं उस चक्र की अवधि के लिए वहां रहती है। यह हेड पाइप में उच्च तापमान क्षेत्र का कारण बनता है जो सदैव सबसे गर्म गैस से भरा होता है। क्योंकि यह क्षेत्र अधिक गर्म है, [[ध्वनि की गति]] एवं इस प्रकार इससे निकलने वाली तरंगों की गति बढ़ जाती है। आगामी चक्र के समय गैस के स्लग को आगामी स्लग द्वारा आगामी जोन पर अधिकार करने के लिए पाइप से नीचे धकेल दिया जाएगा। थ्रॉटल की स्थिति एवं इंजन की गति के अनुसार इस स्लग की मात्रा परिवर्तित होती रहती है। यह केवल तरंग ऊर्जा ही है जो चक्र के समय सम्पूर्ण पाइप को ज्ञात करती है। किसी विशेष चक्र के समय पाइप से निकलने वाली गैस दो या तीन चक्र पूर्व बनाई गई थी। यही कारण है कि दो स्ट्रोक इंजनों पर निकास गैस का प्रतिरूप निकास पोर्ट में विशेष वाल्व के साथ किया जाता है। स्टिंगर से निकलने वाली गैस में अधिक निवासी समय होता है एवं अन्य चक्रों से गैस के साथ मिश्रित होने से विश्लेषण में त्रुटियां होती हैं।


विस्तार कक्षों में इंजन बे के भीतर अपने फिट को समायोजित करने के लिए लगभग हमेशा मोड़ एवं वक्र होते हैं। मुड़ने पर गैसें एवं तरंगें समान व्यवहार नहीं करती हैं। तरंगें परावर्तित एवं गोलाकार विकिरण द्वारा यात्रा करती हैं। मोड़ लहर रूपों के तीखेपन में नुकसान का कारण बनता है एवं इसलिए अप्रत्याशित नुकसान से बचने के लिए इसे न्यूनतम रखा जाना चाहिए।
विस्तार कक्षों में इंजन बे के भीतर स्वयं को योग्य समायोजित करने के लिए लगभग सदैव झुकाव एवं वक्र होते हैं। मुड़ने पर गैसें एवं तरंगें समान व्यवहार नहीं करती हैं। तरंगें परावर्तित एवं वृत्ताकार विकिरण द्वारा यात्रा करती हैं। घुमाव तरंग रूपों की तीक्ष्णता में हानि का कारण बनता है एवं इसलिए अप्रत्याशित हानि से बचने के लिए इसे न्यूनतम रखा जाना चाहिए।


विस्तार कक्षों को डिजाइन करने के लिए उपयोग की जाने वाली गणना केवल प्राथमिक तरंग क्रियाओं को ध्यान में रखती है। यह आमतौर पर काफी करीब होता है लेकिन इन जटिल कारकों के कारण त्रुटियां हो सकती हैं।
विस्तार कक्षों को चित्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली गणना केवल प्राथमिक तरंग क्रियाओं को ध्यान में रखती है। यह सामान्यतः अत्यधिक निकट होता है किन्तु इन जटिल कारकों के कारण त्रुटियां हो सकती हैं।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
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Latest revision as of 15:37, 30 October 2023

विस्तार कक्ष एवं साइलेंसर के साथ स्कूटर (मोटरसाइकिल) का निकास

दो स्ट्रोक इंजन पर, विस्तार कक्ष या ट्यून्ड पाइप निकास प्रणाली है जिसका उपयोग वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में सुधार करके इसके पावर (भौतिकी) आउटपुट को विस्तृत करने के लिए किया जाता है।

इतिहास

दो-स्ट्रोक इंजन के लिए विभिन्न प्रकार के निकास के मध्य प्रत्यक्ष तुलना, बाईं ओर आप इंजन एवं उसके निकास को देख सकते हैं, निकास पोर्ट पर (प्रमाण क्षेत्र लाल रंग में हाइलाइट किया गया) दबावों की प्रगति वक्र है (वायुमंडल में प्रभावी दबाव), दाईं ओर विभिन्न ड्रेंस के शक्ति वक्र हैं।
(A) निरंतर खंड के साथ पारंपरिक निर्वहन(B) डाइवर्जेंट खंड के साथ डिस्चार्ज (C) पावर ग्राफ में विस्तार कक्ष के साथ गुंजयमान विस्तार कक्ष, निकास बैक प्रेशर वाल्व के प्रभाव पर भी प्रकाश डाला गया है।

1938 में दो स्ट्रोक इंजनों में ईंधन को अर्घ्य करने के लिए, जर्मन इंजीनियर, लिम्बाच द्वारा विस्तार कक्षों का आविष्कार एवं सफलतापूर्वक निर्माण किया गया था। जर्मनी में पेट्रोल का अभाव हो रहा था, जो उस चरण में कोयले एवं सीवेज परिवर्तन का उपयोग करके उत्पादित किया गया था। अप्रत्याशित बोनस यह था कि ट्यून्ड निकास का उपयोग करने वाले दो स्ट्रोक इंजन सामान्य साइलेंसर के साथ चलने की तुलना में अधिक शक्ति का उत्पादन करते थे।

द्वितीय विश्व युद्ध की समाप्ति के पश्चात, कोल्ड वॉर के समय पूर्वी जर्मन वाल्टर काडेन द्वारा अवधारणा को विकसित करने से पूर्व कुछ समय हो गया। 1961 में स्वीडिश ग्रैंड प्रिक्स में एमजेड (MZ) के लिए रेसिंग करते हुए पूर्वी जर्मन मोटरसाइकिल रेसर अर्नेस्ट डेग्नर के पश्चिम में चले जाने के पश्चात वे सर्वप्रथम जापानी मोटरसाइकिलों पर पश्चिम में दिखाई दिए। तत्पश्चात उन्होंने स्वयं का ज्ञान जापान की सुज़ुकी को दे दिया।[1][2]


यह कैसे कार्य करता है

सिलेंडर से निकलने वाली उच्च दबाव वाली गैस प्रारम्भ में तरंग के रूप में प्रवाहित होती है, जैसा कि तरल पदार्थों में विक्षोभ होता है। निकास गैस पाइप में मार्ग बनाती है जो पूर्व चक्रों से गैस द्वारा अधिकृत कर लिया गया है, उस गैस को आगे प्रवाहित करता है एवं तरंग का कारण बनता है। जब गैस का प्रवाह संवृत हो जाता है, तो तरंग निरंतर रहती है, ऊर्जा को आगामी गैस अनुप्रवाह एवं इसी प्रकार पाइप के अंत तक पहुंचाती है। यदि यह तरंग क्रॉस अनुभाग (ज्यामिति) या तापमान में किसी भी परिवर्तन का सामना करती है तो यह स्वयं शक्ति के भाग के विपरीत दिशा में प्रतिबिंबित करेगी। उदाहरण के लिए, क्षेत्र में वृद्धि करने वाली शक्तिशाली ध्वनिक तरंग विपरीत दिशा में शक्तिहीन ध्वनिक तरंग को प्रतिबिंबित करेगी। क्षेत्र में अभाव का सामना करने वाली ध्वनिक तरंग विपरीत दिशा में शक्तिशाली ध्वनिक तरंग को प्रतिबिंबित करेगी। मूल सिद्धांत को सिलेंडर हेड पोर्टिंग तरंग डायनेमिक्स में वर्णित किया गया है। विस्तार कक्ष इस घटना का उपयोग व्यास (क्रॉस अनुभाग) एवं लंबाई को भिन्न-भिन्न करके चक्र में वांछित समय पर सिलेंडर पर पुनः आने के लिए करता है।

विस्तार चक्र के तीन मुख्य भाग हैं।

प्रहार करना

जब अवरोही पिस्टन सर्वप्रथम सिलेंडर की दीवार पर निकास पोर्ट को उजागर करता है, तो इसके दबाव (विस्तार कक्ष से सहायता के बिना) के कारण निकास शक्तिशाली रूप से बाहर निकलता है, इसलिए पाइप के प्रथम भाग की लंबाई पर व्यास/क्षेत्र निरंतर या निकट होता है, 0 से 2 डिग्री के विचलन के साथ जो तरंग ऊर्जा को संरक्षित करता है। प्रणाली के इस खंड को हेडर पाइप कहा जाता है (निकास पोर्ट की लंबाई को माप उद्देश्यों के लिए हेडर पाइप का भाग माना जाता है)। हेडर पाइप के व्यास को स्थिर रखते हुए, तरंग में ऊर्जा को संरक्षित रखा जाता है क्योंकि चक्र में पश्चात तक विस्तार की आवश्यकता नहीं होती है। अधिकांश प्रहार प्रक्रिया के समय सिलेंडर त्यागने वाला प्रवाह ध्वनि या सुपरसोनिक होता है, एवं इसलिए कोई भी तरंग उस प्रवाह के विपरीत सिलेंडर में पुनः नहीं जा सकती है।

स्थानांतरण

निकास दबाव लगभग वायुमंडलीय स्तर तक गिर जाने के पश्चात, पिस्टन स्थानांतरण पोर्टों को विवृत कर देता है। इस बिंदु पर विस्तार कक्ष से ऊर्जा का उपयोग सिलेंडर में स्वच्छ मिश्रण के प्रवाह में सहायता के लिए किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, विस्तार कक्ष व्यास में बढ़ जाता है, जिससे बाहर जाने वाली ध्वनिक तरंग (दहन प्रक्रिया द्वारा बनाई गई) परावर्तित शून्यक (नकारात्मक दबाव) तरंग बनाती है जो सिलेंडर पर लौटती है। कक्ष के इस भाग को डाइवर्जेंट (या डिफ्यूज़र) खंड कहा जाता है और यह 7 से 9 डिग्री पर डायवर्ज होता है। यह आवश्यकताओं के आधार पर अधिक विचलन कोण बना सकता है। स्थानांतरण चक्र के समय वैक्यूम तरंग सिलेंडर में आती है एवं क्रैंककेस से सिलेंडर में स्वच्छ मिश्रण को सोखने में सहायता करती है, या क्रैंककेस में निकास गैसों की मद्यपान को बाधित करती है (क्रैंककेस शून्यक के कारण)।[3] चूंकि, तरंग विस्तार कक्ष के शीर्षलेख में निकास पोर्ट से स्वच्छ मिश्रण को भी विस्थापित कर सकती है। पोर्ट-ब्लॉकिंग तरंग द्वारा इस प्रभाव को अर्घ्य किया जाता है।

पोर्ट ब्लॉकिंग

जब स्थानांतरण पूर्ण हो जाता है, तो पिस्टन संपीड़न स्ट्रोक पर होता है किन्तु निकास पोर्ट अभी भी विवृत रहता है, दो स्ट्रोक पिस्टन पोर्ट चित्र के साथ अपरिहार्य समस्या है। पिस्टन के स्वच्छ मिश्रण को विवृत निकास पोर्ट से बाहर निकलने से बाधित करने में सहायता करने के लिए विस्तार कक्ष से शक्तिशाली ध्वनिक तरंग (दहन द्वारा उत्पादित) संपीड़न स्ट्रोक के प्रारम्भ के समय आने के लिए समयबद्ध होती है। कक्ष के व्यास को अर्घ्य करके पोर्ट ब्लॉकिंग तरंग बनाई जाती है। इसे अभिसारी खंड कहा जाता है। निवर्तमान ध्वनिक तरंग संकीर्ण अभिसारी खंड से टकराती है एवं ध्वनिक पल्स की दृंढ श्रृंखला को सिलेंडर में पुनः दर्शाती है। वे निकास पोर्ट को अवरुद्ध करने के लिए समय पर पहुंचते हैं, तत्पश्चात संपीड़न स्ट्रोक के प्रारम्भ के समय विवृत होते हैं एवं विस्तार कक्ष के हेडर में निकाले गए किसी भी स्वच्छ मिश्रण को सिलेंडर में पुनः धकेलते हैं। आवश्यकताओं के आधार पर अभिसारी खंड को 16 से 25 डिग्री पर अभिसरण करने के लिए बनाया गया है।

ध्वनिक तरंग के साथ संयुक्त कक्ष में दबाव में सामान्य वृद्धि होती है, जो स्टिंगर नामक छोटी ट्यूब के साथ निर्गम मार्ग को प्रतिबंधित करने के कारण होता है, जो आगामी चक्र को प्रस्तुत करने के लिए संपीड़न/पावर स्ट्रोक के समय कक्ष को रिक्त करने वाले ब्लीडर के रूप में कार्य करता है। स्टिंगर की लंबाई एवं व्यास 0.59 से 0.63x हेडर पाइप व्यास पर आधारित होता है एवं इसकी लंबाई इसके व्यास के 12 गुना के समान होती है, जो प्राप्त किए जाने वाले परिणामों पर निर्भर करती है। उचित रूप से डिज़ाइन किए गए निकास प्रणाली में, दबाव में कुल वृद्धि किसी भी विषय में मफलर द्वारा उत्पादित दबाव से कम होती है। स्टिंगर का अनुचित आकार निकृष्ट प्रदर्शन या अत्यधिक ऊष्मा का कारण बनेगा जो इंजन को हानि पहुंचाएगा।

जटिल कारक

व्यवहार में विस्तार कक्षों का विस्तृत संचालन उतना साधारण नहीं है जितना कि ऊपर वर्णित मूलभूत प्रक्रिया में होता है। पाइप में समर्थन यात्रा करने वाली तरंगें विभिन्न अनुभाग का उत्क्रम में सामना करती हैं एवं स्वयं ऊर्जा के भाग को पुनः दर्शाती हैं। पाइप के विभिन्न भागों में तापमान भिन्नताएं प्रतिबिंब एवं ध्वनि की स्थानीय गति में परिवर्तन का कारण बनती हैं। कभी-कभी ये द्वितीयक तरंग प्रतिबिंब अधिक शक्ति के वांछित लक्ष्य को बाधित कर सकती हैं।

यह ध्यान रखना उपयोगी है कि यद्यपि तरंगें प्रत्येक चक्र में पूर्ण विस्तार कक्ष को ज्ञात करती हैं, किन्तु किसी विशेष चक्र के समय सिलेंडर त्यागने वाली वास्तविक गैसें नहीं होती हैं। गैस प्रवाहित होती है एवं आंतरायिक रूप से रुक जाती है एवं तरंग पाइप के अंत तक निरंतर रहती है। पोर्ट से निकलने वाली गर्म गैसें स्लग बनाती हैं जो हेडर पाइप में जाती है एवं उस चक्र की अवधि के लिए वहां रहती है। यह हेड पाइप में उच्च तापमान क्षेत्र का कारण बनता है जो सदैव सबसे गर्म गैस से भरा होता है। क्योंकि यह क्षेत्र अधिक गर्म है, ध्वनि की गति एवं इस प्रकार इससे निकलने वाली तरंगों की गति बढ़ जाती है। आगामी चक्र के समय गैस के स्लग को आगामी स्लग द्वारा आगामी जोन पर अधिकार करने के लिए पाइप से नीचे धकेल दिया जाएगा। थ्रॉटल की स्थिति एवं इंजन की गति के अनुसार इस स्लग की मात्रा परिवर्तित होती रहती है। यह केवल तरंग ऊर्जा ही है जो चक्र के समय सम्पूर्ण पाइप को ज्ञात करती है। किसी विशेष चक्र के समय पाइप से निकलने वाली गैस दो या तीन चक्र पूर्व बनाई गई थी। यही कारण है कि दो स्ट्रोक इंजनों पर निकास गैस का प्रतिरूप निकास पोर्ट में विशेष वाल्व के साथ किया जाता है। स्टिंगर से निकलने वाली गैस में अधिक निवासी समय होता है एवं अन्य चक्रों से गैस के साथ मिश्रित होने से विश्लेषण में त्रुटियां होती हैं।

विस्तार कक्षों में इंजन बे के भीतर स्वयं को योग्य समायोजित करने के लिए लगभग सदैव झुकाव एवं वक्र होते हैं। मुड़ने पर गैसें एवं तरंगें समान व्यवहार नहीं करती हैं। तरंगें परावर्तित एवं वृत्ताकार विकिरण द्वारा यात्रा करती हैं। घुमाव तरंग रूपों की तीक्ष्णता में हानि का कारण बनता है एवं इसलिए अप्रत्याशित हानि से बचने के लिए इसे न्यूनतम रखा जाना चाहिए।

विस्तार कक्षों को चित्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली गणना केवल प्राथमिक तरंग क्रियाओं को ध्यान में रखती है। यह सामान्यतः अत्यधिक निकट होता है किन्तु इन जटिल कारकों के कारण त्रुटियां हो सकती हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. "Suzuki Motorcycle History: History of Suzuki". Motorcycle.com. Archived from the original on 2011-03-10.
  2. Oxley, Mat (2010), Stealing Speed: The Biggest Spy Scandal in Motorsport History, Haynes Publishing Group, ISBN 978-1-84425-975-5
  3. Forrest, Michael. "कैसे एक विस्तार कक्ष काम करता है". Retrieved 2016-06-07.