विस्तार कक्ष

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
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 पश्चात, शीत युद्ध के समय पूर्वी जर्मन वाल्टर काडेन द्वारा अवधारणा को विकसित करने से पूर्व कुछ समय हो गया। 1961 में स्वीडिश ग्रैंड प्रिक्स में स्वीडिश ग्रैंड प्रिक्स में MZ के लिए रेसिंग करते हुए पूर्वी जर्मन मोटरसाइकिल रेसर अर्नेस्ट डेग्नर के पश्चिम में चले जाने के पश्चात वे प्रथम बार जापानी मोटरसाइकिलों पर पश्चिम में दिखाई दिए। पश्चात में उन्होंने स्वयं का ज्ञान जापान की सुज़ुकी को दे दिया।

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।

विस्तार चक्र के तीन मुख्य भाग हैं।

झटका
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 पश्चात 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
एक बार निकास दबाव लगभग वायुमंडलीय स्तर तक गिर जाने के पश्चात, 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)। 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।

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।

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।

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।

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।

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 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।

यह भी देखें

 * कडेनसी प्रभाव
 * ट्यून्ड निकास