डेस्मोड्रोमिक वाल्व


 * सामान्य यांत्रिक शब्दों में, 'डेस्मोड्रोमिक' शब्द का प्रयोग उन तंत्रों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जिनके भिन्न-भिन्न दिशाओं में उनके क्रियान्वयन के लिए भिन्न-भिन्न नियंत्रण होते हैं।

डिस्मोड्रोमिक वाल्व पारस्परिक इंजन पॉपपेट वॉल्व है जो अधिक पारंपरिक वसंत के अतिरिक्त कैम और लीवरेज प्रणाली द्वारा सकारात्मक रूप से संवृत होता है।

विशिष्ट चार स्ट्रोक इंजन में वाल्व चक्र के प्रारम्भ में वायु/ईंधन मिश्रण को सिलेंडर और चक्र के अंत में व्यय की गई गैसों को निकालने की अनुमति देते हैं। पारंपरिक चार-स्ट्रोक इंजन में, वाल्व कैम द्वारा खोले जाते हैं और रिटर्न स्प्रिंग द्वारा संवृत कर दिए जाते हैं। डिस्मोड्रोमिक वाल्व का उपयोग करने वाले इंजन में दो कैम और दो एक्ट्यूएटर होते हैं, जिनमें से प्रत्येक रिटर्न स्प्रिंग के बिना सकारात्मक उद्घाटन और समापन के लिए होता है।

व्युत्पत्ति
यह शब्द ग्रीक भाषा के शब्द डेस्मोस (δεσμός, बंधन या गाँठ के रूप में अनुवादित) और ड्रोमोस (δρόμος, ट्रैक या मार्ग) से आया है। यह कैंषफ़्ट के लिए निरंतर होने वाले वाल्वों की प्रमुख विशेषता को दर्शाता है।

योजना
सामान्य वाल्व स्प्रिंग प्रणाली पारंपरिक बड़े स्तर पर उत्पादित इंजनों के लिए संतोषजनक है जो अत्यधिक गति नहीं करते हैं और ऐसे डिज़ाइन के होते हैं जिन्हें अल्प संरक्षण की आवश्यकता होती है। प्रारंभिक डिस्मोड्रोमिक विकास की अवधि में, वाल्व स्प्रिंग्स इंजन के प्रदर्शन पर प्रमुख सीमा थी क्योंकि वे धातु की थकान से विभक्त हो जाते थे। 1950 के दशक में नई वैक्यूम मेल्ट प्रक्रियाओं ने वाल्व स्प्रिंग्स में धातु से अशुद्धियों को दूर करने में सहायता की, जिससे उनके जीवन और दक्षता में अधिक वृद्धि हुई। चूँकि, 8000 आरपीएम से ऊपर के निरंतर संचालन में अनेक स्प्रिंग अभी भी विफल होंगे। वसंत की आवश्यकता को प्रत्येक प्रकार से विस्थापित करके इस समस्या का समाधान करने के लिए डेस्मोड्रोमिक प्रणाली प्रस्तुत की गयी थी। इसके अतिरिक्त, जैसे ही अधिकतम आरपीएम बढ़ता है, वाल्व फ्लोट को रोकने के लिए उच्च स्प्रिंग बल की आवश्यकता होती है, जिससे बड़े स्प्रिंग्स (बढ़े हुए स्प्रिंग द्रव्यमान के साथ, और इस प्रकार अधिक जड़ता के साथ), कैम ड्रैग (चूंकि वाल्व स्प्रिंग्स को संपीड़ित करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इंजन की शक्ति को लूटता है) ), और सभी गति पर भागों पर उच्च घिसाव, डेस्मोड्रोमिक तंत्र द्वारा संबोधित की जाने वाली समस्याएं होती है।

डिजाइन और इतिहास
इंजन के विकास के प्रारंभिक दिनों में प्रत्येक प्रकार से नियंत्रित वाल्व आंदोलन की कल्पना की गई थी, किन्तु ऐसी प्रणाली प्रस्तुत करना जो स्थिरता से कार्य करे और अत्यधिक जटिल न हो, उसमें लंबा समय लगा। डेस्मोड्रोमिक वाल्व प्रणाली का प्रथम बार 1896 में गुस्ताव मीस द्वारा पेटेंट में उल्लेख किया गया है। 1910 के ऑस्टिन के समुद्री इंजन ने 300 बीएचपी का उत्पादन किया और इरीन नामक स्पीडबोट में स्थापित किया गया; इसके ऑल-एल्युमीनियम, ट्विन-ओवरहेड-वाल्व इंजन में ट्विन मैग्नेटोस, ट्विन कार्बोरेटर और डेस्मोड्रोमिक वाल्व थे। 1914 ग्रैंड प्रिक्स विलंब और नागेंट (पोमेरॉय ग्रैंड प्रिक्स कार देखें) ने डेस्मोड्रोमिक वाल्व प्रणाली का उपयोग किया (वर्तमान डुकाटी मोटर होल्डिंग प्रणाली के विपरीत)। 1933 से 1934 तक अल्पकालिक इतालवी निर्माता अज़्ज़ैरिटी ने 173 सीसी और 348 सीसी ट्विन-सिलेंडर इंजन का उत्पादन किया, जिनमें से कुछ में डेस्मोड्रोमिक वाल्व गियर था, जिसमें वाल्व भिन्न कैंषफ़्ट द्वारा संवृत किया गया था।

1954-1955 की मर्सिडीज-बेंज W196 फार्मूला वन रेसिंग कार और 1955 की मर्सिडीज-बेंज 300SLR स्पोर्ट्स रेसिंग कार दोनों में डेस्मोड्रोमिक वाल्व एक्चुएशन था।

1956 में, डुकाटी इंजीनियर फैबियो टैग्लियोनी ने डुकाटी 125 ग्रैंड प्रिक्स के लिए डेस्मोड्रोमिक वाल्व प्रणाली विकसित किया, जिससे डुकाटी 125 डेस्मो का निर्माण हुआ।

उन्हें उद्धृत किया गया था:

"डेस्मोड्रोमिक प्रणाली का विशिष्ट उद्देश्य वाल्वों को यथासंभव समय आरेख के अनुपालन के लिए बाध्य करना है। इस प्रकार, कोई भी खोई हुई ऊर्जा नगण्य होती है, प्रदर्शन वक्र अधिक समान होते हैं और निर्भरता उत्तम होती है।"

उसके पश्चात आने वाले इंजीनियरों ने उस विकास को निरंतर रखा, और डुकाटी के निकट डेस्मोड्रोमिक्स से संबंधित अनेक पेटेंट थे। डेस्मोड्रोमिक वाल्व एक्चुएशन को वाइडकेस मार्क 3 एकल सिलिंडर के प्रारम्भ के साथ, 1968 से डुकाटी मोटरसाइकिलों के शीर्ष-ऑफ-द-रेंज उत्पादन पर प्रारम्भ किया गया है।

1959 में मासेराती ब्रदर्स ने अपने अंतिम डिजाइनों में से प्रस्तुत किया: डेस्मोड्रोमिक चार-सिलेंडर, 2000 सीसी इंजन उनके अंतिम ओएससीए के लिए बरचेट्टा है।

पारंपरिक वाल्वट्रेन्स के साथ तुलना
आधुनिक इंजनों में, उच्च आरपीएम पर वॉल्व स्प्रिंग की विफलता को अधिकतर ठीक कर दिया गया है। डेस्मोड्रोमिक प्रणाली का मुख्य लाभ उच्च आरपीएम पर वाल्व फ्लोट की रोकथाम है।

पारंपरिक स्प्रिंग-वाल्व एक्चुएशन में, जैसे-जैसे इंजन की गति बढ़ती है, वाल्व की जड़ता अंततः पिस्टन के शीर्ष मृत केंद्र (टीडीसी) तक पहुँचने से पूर्व इसे प्रत्येक प्रकार से संवृत करने की स्प्रिंग की क्षमता को पार कर जाएगी। इससे अनेक समस्याएं हो सकती हैं। सबसे प्रथम, दहन प्रारंभ होने से पूर्व वाल्व प्रत्येक प्रकार से अपनी सीट पर वापस नहीं आता है। यह दहन गैसों को समय से पूर्व निकलने की अनुमति देता है, जिससे सिलेंडर दबाव में अल्पता आती है जिससे इंजन के प्रदर्शन में बड़ी अल्पता आती है। यह वाल्व को अधिक गरम कर सकता है, संभवतः इसे विकृत कर सकता है और भयावह विफलता का कारण बन सकता है। दूसरा, और सबसे हानिकारक, पिस्टन वाल्व से टकराता है और दोनों नष्ट हो जाते हैं। वसंत-वाल्व इंजनों में वाल्व फ्लोट के लिए पारंपरिक उपाय स्प्रिंग्स को कड़ा करना है। यह वाल्व के सीट दबाव को बढ़ाता है (स्थैतिक दबाव जो वाल्व को संवृत रखता है)। उपरोक्त वाल्व फ्लोट में अल्पता के कारण यह उच्च इंजन गति पर लाभकारी है। अवगुण यह है कि वाल्व को सभी इंजन गति पर खोलने के लिए इंजन को अधिक मेहनत करनी पड़ती है। उच्च वसंत दबाव वाल्वट्रेन में अधिक घर्षण (इसलिए तापमान और पहनने) का कारण बनता है।

डेस्मोड्रोमिक प्रणाली इस समस्या से बचती है, क्योंकि इसमें वसंत के बल पर काबू पाने की आवश्यकता नहीं होती है। यह अभी भी वाल्व के खुलने और संवृत होने की जड़ता को दूर करना चाहिए, और यह चलती भागों के बड़े स्तर पर वितरण पर निर्भर करता है। वसंत के साथ पारंपरिक वाल्व के प्रभावी द्रव्यमान में सममित स्प्रिंग्स के लिए वाल्व वसंत द्रव्यमान का अर्ध भाग और वाल्व वसंत अनुचर द्रव्यमान के सभी सम्मिलित हैं। चूँकि, डिस्मोड्रोमिक प्रणाली को दो रॉकर आर्म्स प्रति वाल्व की जड़ता से निपटना चाहिए, इसलिए यह लाभ डिजाइनर के कौशल पर बहुत निर्भर करता है और हानि कैम्स और रॉकर आर्म्स के मध्यसंपर्क बिंदु है। पारंपरिक वाल्वट्रेन में रोलर टैपेट का उपयोग करना अपेक्षाकृत सरल है, चूँकि यह अधिक गतिमान द्रव्यमान जोड़ता है। डेस्मोड्रोमिक प्रणाली में रॉकर आर्म के छोर पर रोलर की आवश्यक होगी, जो इसके पल-पल की जड़ता को अधिक बढ़ा देगा और इसके प्रभावी सामूहिक लाभ को नकार देगा। इस प्रकार, डेस्मो प्रणाली को सामान्यतः कैम और रॉकर आर्म के मध्य फिसलने वाले घर्षण से निपटने की आवश्यकता होती है और इसलिए अधिक घिसाव हो सकता है। इस पहनने को अल्प करने के लिए अधिकांश डुकाटी रॉकर आर्म्स पर संपर्क बिंदु हार्ड-क्रोमेड हैं। अन्य संभावित हानि यह है कि डेस्मोड्रोमिक प्रणाली में हाइड्रोलिक वाल्व लैश एडजस्टर को सम्मिलित करना अधिक कठिन होगा, इसलिए वाल्व को समय-समय पर समायोजित किया जाना चाहिए, किन्तु यह विशिष्ट प्रदर्शन उन्मुख मोटरसाइकिलों के लिए उचित है क्योंकि वाल्व लैश सामान्यतः कैम के नीचे शिम का उपयोग करके व्यवस्थित किया जाता है।

हानि
उन दिनों से पूर्व जब कंप्यूटर द्वारा वाल्व ड्राइव गतिकी का विश्लेषण किया जा सकता था, डेस्मोड्रोमिक ड्राइव उन समस्याओं के समाधान की प्रस्तुत करती थी जो बढ़ती इंजन गति के साथ बिगड़ रही थीं। उन दिनों से, कैम के लिए उत्थापन, वेग, त्वरण, और झटका वक्र कंप्यूटर द्वारा प्रतिरूपित किए गए हैं यह प्रकट करने के लिए कि कैम गतिकी वह नहीं है जो वे प्रतीत होते हैं। उचित विश्लेषण के साथ, वाल्व समायोजन, हाइड्रोलिक टैपटि, पुश रॉड्स, रॉकर आर्म्स और सबसे ऊपर, वाल्व फ्लोट से संबंधित समस्याएं, डेस्मोड्रोमिक ड्राइव के बिना अतीत की चीजें बन गईं।

आज अधिकांश ऑटोमोटिव इंजन ओवरहेड कैम का उपयोग करते हैं, अल्प से अल्प, सबसे अल्प वजन को प्राप्त करने के लिए समतल टैपेट चलाते हैं, और कैम से पॉपपेट वाल्व तक सबसे अयोग्य पथ प्राप्त करते हैं, जिससे पुशरोड और रॉकर आर्म जैसे लोचदार तत्वों से बचा जा सकता है। कंप्यूटर ने वाल्व-ट्रेन प्रणाली के अधिक त्रुटिहीन त्वरण मॉडलिंग की अनुमति दी है।

संख्यात्मक कंप्यूटिंग विधियों के सरलता से उपलब्ध होने से पूर्व, गति के लिए और फिर त्वरण के लिए कैम लिफ्ट रूपरेखा को दो बार विभेदित करके ही त्वरण प्राप्त किया जा सकता था। यह इतना हैश (शोर) उत्पन्न करता है कि दूसरा व्युत्पन्न (त्वरण) त्रुटिपूर्ण था। कंप्यूटर ने जर्क कर्व से एकीकरण की अनुमति दी, लिफ्ट का तीसरा व्युत्पन्न, जो सरलता से सन्निहित सीधी रेखाओं की श्रृंखला है, जिसके कोने किसी भी वांछित लिफ्ट प्रोफ़ाइल देने के लिए समायोजित किए जा सकते हैं।

जर्क (भौतिकी) वक्र का एकीकरण सहज त्वरण वक्र उत्पन्न करता है जबकि तीसरा अभिन्न अनिवार्य रूप से आदर्श लिफ्ट वक्र (कैम रूपरेखा) देता है।

ऐसे कैमरों के साथ, जो अधिकतर पूर्व में डिजाइन किए गए कलाकारों के जैसे नहीं दिखते हैं, वाल्व शोर (लिफ्ट-ऑफ) चला गया और वाल्व ट्रेन की लोच परिक्षण के सीमा में आ गई।

आज, अधिकांश कैमरों में वाल्व खोलने और संवृत करने के समय समान सकारात्मक और नकारात्मक त्वरण के साथ दर्पण छवि (सममित) रूपरेखा होती है। चूँकि, कुछ उच्च गति (इंजन आरपीएम के संदर्भ में) मोटर्स अब शीघ्रता से वाल्व खोलने के लिए असममित कैम रूपरेखा का उपयोग करते हैं और पहनने को अल्प करने के लिए उन्हें अपनी सीटों पर वापस व्यवस्थित करते हैं। साथ ही, उत्पादन वाहनों ने 1940 के दशक के अंत से विषम कैम लोब रूपरेखा का उपयोग किया है, जैसा कि 1948 के फोर्ड वी8 में देखा गया था। इस मोटर में इनटेक और एग्जॉस्ट रूपरेखा दोनों में असममित डिजाइन था। असममित कैंषफ़्ट के अधिक आधुनिक अनुप्रयोगों में कॉसवर्थ की 2.3 लीटर क्रेट मोटर्स सम्मिलित हैं, जो 280 ब्रेक हॉर्सपावर के ऊपर पहुंचने के लिए आक्रामक रूपरेखा का उपयोग करती हैं। असममित कैमरा या तो वाल्वों को अधिक धीरे-धीरे खोलता या संवृत करता है, घुमावदार कैम और फ्लैट टैपेट के मध्यहर्टज़ियन संपर्क तनाव द्वारा सीमित गति के साथ, जिससे पारस्परिक घटक के संयुक्त द्रव्यमान (विशेष रूप से वाल्व, टैपेट और स्प्रिंग) का अधिक नियंत्रित त्वरण सुनिश्चित होता है। इसके विपरीत, डेस्मोड्रोमिक ड्राइव दो कैम प्रति वाल्व का उपयोग करता है, प्रत्येक भिन्न रॉकर आर्म (लीवर टैपेट) के साथ होता है। अधिकतम वाल्व त्वरण कैम-टू-टैपेट गैलिंग स्ट्रेस द्वारा सीमित है, और इसलिए मूविंग मास और कैम संपर्क क्षेत्र दोनों द्वारा नियंत्रित होता है। अधिकतम कठोरता और न्यूनतम संपर्क तनाव पारंपरिक समतल टैपेट और स्प्रिंग्स के साथ सबसे उचित प्राप्त किया जाता है जिसका लिफ्ट और क्लोजर तनाव वसंत बल से अप्रभावित रहता है; दोनों बेस सर्कल में होते हैं, जहां स्प्रिंग लोड न्यूनतम है और संपर्क त्रिज्या सबसे बड़ी है। घुमावदार (लीवर) टैपेट डेस्मोड्रोमिक कैमरों की संख्या समान लिफ्ट रूपरेखा के लिए समतल टैपेट की तुलना में उच्च संपर्क तनाव का कारण बनती है, जिससे लिफ्ट और संवृत की दर सीमित हो जाती है।

पारंपरिक कैमरों के साथ, तनाव पूर्ण लिफ्ट में सबसे अधिक होता है, जब शून्य गति (इंजन क्रैंकिंग की प्रारंभ) पर मुड़ता है, और वाल्व काउंटरों के वसंत दबाव के जड़त्वीय बल के रूप में बढ़ती गति के साथ अल्प हो जाता है, जबकि डिस्मोड्रोमिक कैम में अनिवार्य रूप से शून्य गति पर कोई भार नहीं होता है ( स्प्रिंग्स की अनुपस्थिति में), इसका भार प्रत्येक प्रकार जड़त्वीय है, और इसलिए गति के साथ बढ़ रहा है। इसका सबसे बड़ा जड़त्वीय तनाव इसकी सबसे छोटी त्रिज्या पर पड़ता है। गतिज ऊर्जा से उत्पन्न वेग के वर्ग के साथ किसी भी विधि के लिए त्वरण बल बढ़ता है।

वाल्व फ्लोट का विश्लेषण किया गया था और वाल्व स्प्रिंग्स में प्रतिध्वनि के कारण बड़े स्तर पर पाया गया था, जो कॉइल्स के मध्यदोलन संपीड़न तरंगों को स्लिंकी के जैसे उत्पन्न करता था। उच्च गति की फोटोग्राफी से पता चला कि विशिष्ट गति पर, वाल्व स्प्रिंग्स अब या दोनों सिरों पर संपर्क नहीं बना रहे थे, जिससे वाल्व संवृत होने पर कैमरे में दुर्घटनाग्रस्त होने से पूर्व तैर रहा था

इस कारण से, आज तीन संकेंद्रित वाल्व स्प्रिंग्स कभी-कभी दूसरे के अंदर स्थित होते हैं; अधिक बल के लिए नहीं (आंतरिक वाले जिनके पास कोई महत्वपूर्ण वसंत स्थिरांक नहीं है), किन्तु बाहरी वसंत में दोलनों को अल्प करने के लिए स्नबर के रूप में कार्य करने के लिए होते हैं।

प्रारंभिक उपाय वसंत द्रव्यमान को दोलन करने के लिए मूसट्रैप या हेयरपिन स्प्रिंग नॉर्टन मैनक्स इंजनों पर प्रयोग किया जाता है। ये अनुनाद से बचते थे किन्तु सिलेंडर हेड के अंदर ज्ञात करने में विचित्र थे।

वाल्व स्प्रिंग्स जो प्रतिध्वनित नहीं होते हैं, उनके आकार से भिन्न-भिन्न पिच या भिन्न-भिन्न व्यास वाले घाव होते हैं जिन्हें बीहाइव स्प्रिंग्स कहा जाता है। इन स्प्रिंग्स में सक्रिय कॉइल्स की संख्या स्ट्रोक के समय भिन्न होती है, अधिक सूक्ष्म घाव वाले कॉइल स्थिर अंत में होते हैं, वसंत के रूप में निष्क्रिय हो जाते हैं या मधुमक्खी के वसंत में, जहां शीर्ष पर छोटे व्यास के कॉइल कठोर होते हैं। दोनों तंत्र अनुनाद को अल्प करते हैं क्योंकि वसंत बल और इसका गतिमान द्रव्यमान स्ट्रोक के साथ परिवर्तित होता रहता है। वसंत डिजाइन में यह अग्रिम वाल्व फ्लोट को विस्थापित कर देता है, डेस्मोड्रोमिक वाल्व ड्राइव के लिए प्रारंभिक प्रेरणा है।

उदाहरण
प्रसिद्ध उदाहरणों में सफल मर्सिडीज-बेंज W196 और मर्सिडीज-बेंज 300 एसएलआर रेस कारें और सबसे सामान्यतः आधुनिक डुकाटी मोटर होल्डिंग मोटरसाइकिल सम्मिलित हैं।

डेसमोड्रोमिक वाल्व वाली डुकाटी मोटरसाइकिलों ने 1990 से 1992, 1994-96, 1998-99, 2001, 2003-04, 2006, 2008 और 2011 तक सुपरबाइक विश्व चैंपियन की सूची सहित अनेक दौड़ और चैंपियनशिप जीती हैं। ग्रैंड प्रिक्स मोटरसाइकिल रेसिंग में डुकाटी की वापसी GP3 (Desmosedici) बाइक में डेस्मोड्रोमिक V4 इंजन 990 cc इंजन द्वारा संचालित किया गया था, जिसने 2006 में वेलेंसिया, स्पेन में अंतिम 990 cc MotoGP दौड़ में एक-दो फिनिश सहित अनेक जीत प्रमाणित की थी। 2007 में 800 सीसी युग में, उन्हें सामान्यतः अभी भी खेल में सबसे शक्तिशाली इंजन माना जाता है, और केसी स्टोनर को 2007 मोटोजीपी चैम्पियनशिप और डुकाटी को जीपी7 (डेस्मोसेडिसी) बाइक के साथ कन्स्ट्रक्टर चैंपियनशिप में संचालित किया है।

यह भी देखें

 * स्लीव वाल्व
 * इंजन ट्यूनिंग

बाहरी संबंध

 * Desmo Information and Wallpapers
 * "Desmodromology": for further investigation and visualisation.
 * The newest Desmodromic:"Desmotronic" detailed information and visualisation.
 * Mercedes Benz's patent, showing the exact construction of the system used in the W196 and 300SLR. (requires Tiff reader)
 * DVVA: Desmodromic fully Variable Valve Actuation