Expansion chamber
બે-સ્ટ્રોક એન્જિન પર, વિસ્તરણ ચેમ્બર અથવા ટ્યુન કરેલ પાઇપ એ ટ્યુન કરેલ એક્ઝોસ્ટ સિસ્ટમ છે જેનો ઉપયોગ તેની વોલ્યુમેટ્રિક કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરીને તેના પાવર આઉટપુટને વધારવા માટે થાય છે. બે સ્ટ્રોક એન્જિનમાં બળતણની બચત કરવા માટે 1938માં જર્મન ઇજનેર લિમ્બાચ દ્વારા વિસ્તરણ ચેમ્બરની શોધ અને સફળતાપૂર્વક ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું હતું. જર્મનીમાં પેટ્રોલની અછત હતી, જે તે સમયે કોલસા અને ગટરના પરિવર્તનનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન થતું હતું. એક અનપેક્ષિત બોનસ એ હતું કે ટ્યુન કરેલા એક્ઝોસ્ટનો ઉપયોગ કરતા બે સ્ટ્રોક એન્જિન સામાન્ય સાયલેન્સર સાથે દોડવા કરતાં ઘણી વધુ શક્તિ ઉત્પન્ન કરે છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધના અંત પછી, શીત યુદ્ધ દરમિયાન પૂર્વ જર્મન વોલ્ટર કાડેન દ્વારા આ ખ્યાલ ફરીથી વિકસાવવામાં આવ્યો તે પહેલાં થોડો સમય પસાર થયો. પૂર્વ જર્મન મોટરસાયકલ રેસર અર્ન્સ્ટ ડેગનર 1961 સ્વીડિશ ગ્રાન્ડ પ્રિકસમાં એમઝેડ માટે રેસિંગ કરતી વખતે પશ્ચિમ તરફ ખસી ગયા પછી તેઓ સૌપ્રથમ જાપાનીઝ મોટરસાયકલો પર પશ્ચિમમાં દેખાયા હતા. બાદમાં તેમણે પોતાનું જ્ઞાન જાપાનની સુઝુકીને આપ્યું હતું. તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે સિલિન્ડરમાંથી બહાર નીકળતો ઉચ્ચ દબાણ ગેસ શરૂઆતમાં "વેવફ્રન્ટ" ના સ્વરૂપમાં વહે છે, જેમ કે પ્રવાહીમાં થતી તમામ વિક્ષેપો કરે છે. એક્ઝોસ્ટ ગેસ પાઇપમાં પ્રવેશ કરે છે જે અગાઉના ચક્રથી ગેસ દ્વારા પહેલેથી જ કબજે કરવામાં આવે છે, તે ગેસને આગળ ધકેલી દે છે અને આગળના તરંગનું કારણ બને છે. એકવાર ગેસનો પ્રવાહ બંધ થઈ જાય પછી, તરંગ ચાલુ રહે છે, ઊર્જાને આગામી ગેસ ડાઉન સ્ટ્રીમમાં પસાર કરે છે અને તેથી પાઇપના અંત સુધી. જો આ તરંગ ક્રોસ સેક્શન અથવા તાપમાનમાં કોઈ ફેરફારનો સામનો કરે છે, તો તે તેની શક્તિનો એક ભાગ તેની મુસાફરીની વિરુદ્ધ દિશામાં પ્રતિબિંબિત કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, વિસ્તારમાં વધારાનો સામનો કરતી મજબૂત ધ્વનિ તરંગ વિરુદ્ધ દિશામાં નબળી ધ્વનિ તરંગને પ્રતિબિંબિત કરશે. વિસ્તારમાં ઘટાડાનો સામનો કરતી મજબૂત ધ્વનિ તરંગ વિરુદ્ધ દિશામાં મજબૂત ધ્વનિ તરંગને પ્રતિબિંબિત કરશે. મૂળભૂત સિદ્ધાંત તરંગ ગતિશીલતામાં વર્ણવવામાં આવ્યો છે. વિસ્તરણ ચેમ્બર આ ઘટનાનો ઉપયોગ તેના વ્યાસ (ક્રોસ સેક્શન) અને લંબાઈને બદલીને કરે છે જેથી આ પ્રતિબિંબે ચક્રમાં ઇચ્છિત સમયે નળાકાર પર પાછા આવી શકે. વિસ્તરણ ચક્રના ત્રણ મુખ્ય ભાગો છે. જ્યારે અવરોહી પિસ્ટન પ્રથમ સિલિન્ડરની દિવાલ પર એક્ઝોસ્ટ પોર્ટને ખુલ્લી પાડે છે, ત્યારે એક્ઝોસ્ટ તેના દબાણને કારણે (વિસ્તરણ ચેમ્બરની સહાય વિના) શક્તિશાળી રીતે બહાર નીકળે છે, તેથી પાઇપના પ્રથમ ભાગની લંબાઈ પરનો વ્યાસ/વિસ્તાર 0 થી 2 ડિગ્રીના વિચલન સાથે સ્થિર અથવા લગભગ સ્થિર હોય છે જે તરંગ ઊર્જાને જાળવી રાખે છે. સિસ્ટમના આ વિભાગને "હેડર પાઇપ" કહેવામાં આવે છે (એક્ઝોસ્ટ પોર્ટની લંબાઈને માપન હેતુઓ માટે હેડર પાઇપનો ભાગ માનવામાં આવે છે). હેડર પાઇપના વ્યાસને સ્થિર રાખીને, તરંગમાં ઊર્જા જાળવી રાખવામાં આવે છે કારણ કે ચક્રમાં પછી સુધી કોઈ વિસ્તરણની જરૂર નથી. મોટાભાગની ફ્લોડાઉન પ્રક્રિયા દરમિયાન નળાકારમાંથી નીકળતો પ્રવાહ સોનિક અથવા સુપરસોનિક હોય છે, અને તેથી કોઈ પણ તરંગ તે પ્રવાહની વિરુદ્ધ નળાકારમાં પાછા જઈ શકતું નથી. એકવાર એક્ઝોસ્ટનું દબાણ વાતાવરણીય સ્તરની નજીક આવી જાય પછી, પિસ્ટન ટ્રાન્સફર પોર્ટને ઉઘાડે છે. આ બિંદુએ વિસ્તરણ ચેમ્બરમાંથી ઉર્જાનો ઉપયોગ સિલિન્ડરમાં તાજા મિશ્રણના પ્રવાહમાં મદદ કરવા માટે થઈ શકે છે. આવું કરવા માટે, વિસ્તરણ ચેમ્બરનો વ્યાસ વધારવામાં આવે છે જેથી બહાર જતા ધ્વનિ તરંગ (દહન પ્રક્રિયા દ્વારા બનાવવામાં આવે છે) પ્રતિબિંબિત શૂન્યાવકાશ (નકારાત્મક દબાણ) તરંગ બનાવે છે જે નળાકારમાં પરત આવે છે. ચેમ્બરના આ ભાગને ડાઇવર્જન્ટ (અથવા વિસારક) વિભાગ કહેવામાં આવે છે અને તે 7 થી 9 ડિગ્રી પર અલગ પડે છે. તે જરૂરિયાતોને આધારે એક કરતાં વધુ વિભાજીત શંકુથી બનેલું હોઈ શકે છે. વેક્યૂમ તરંગ ટ્રાન્સફર ચક્ર દરમિયાન સિલિન્ડરમાં આવે છે અને ક્રેન્કકેસમાંથી સિલિન્ડરમાં તાજા મિશ્રણને ચૂસવામાં મદદ કરે છે, અને/અથવા ક્રેન્કકેસમાં એક્ઝોસ્ટ વાયુઓના સક્શનને અટકાવે છે (ક્રેન્કકેસ વેક્યૂમને કારણે). જો કે, તરંગ એક્ઝોસ્ટ પોર્ટમાંથી વિસ્તરણ ચેમ્બરના હેડરમાં તાજા મિશ્રણને પણ ચૂસી શકે છે. આ અસર પોર્ટ-બ્લૉકિંગ વેવ દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે. પોર્ટ બ્લોકિંગ જ્યારે ટ્રાન્સફર પૂર્ણ થાય છે, ત્યારે પિસ્ટન સંકોચન સ્ટ્રોક પર હોય છે પરંતુ એક્ઝોસ્ટ પોર્ટ હજુ પણ ખુલ્લું હોય છે, જે બે સ્ટ્રોક પિસ્ટન પોર્ટ ડિઝાઇન સાથે અનિવાર્ય સમસ્યા છે. ખુલ્લા એક્ઝોસ્ટ બંદરમાંથી તાજા મિશ્રણને બહાર ધકેલતા પિસ્ટનને રોકવામાં મદદ કરવા માટે વિસ્તરણ ચેમ્બરમાંથી મજબૂત એકોસ્ટિક તરંગ (કમ્બશન દ્વારા ઉત્પાદિત) સંકોચન સ્ટ્રોકની શરૂઆત દરમિયાન પહોંચવાનો સમય છે. ચેમ્બરનો વ્યાસ ઘટાડીને પોર્ટ બ્લોકિંગ વેવ બનાવવામાં આવે છે. આને અભિસારી વિભાગ (અથવા બેફલ કોન) કહેવામાં આવે છે. આઉટગોઇંગ એકોસ્ટિક વેવ સંકુચિત કન્વર્જન્ટ વિભાગને ફટકારે છે અને સિલિન્ડરમાં એકોસ્ટિક પલ્સની મજબૂત શ્રેણીને પ્રતિબિંબિત કરે છે. તેઓ એક્ઝોસ્ટ પોર્ટને અવરોધિત કરવા માટે સમયસર પહોંચે છે, જે હજુ પણ સંકોચન સ્ટ્રોકની શરૂઆત દરમિયાન ખુલે છે અને વિસ્તરણ ચેમ્બરના હેડરમાં ખેંચાયેલા કોઈપણ તાજા મિશ્રણને સિલિન્ડરમાં પાછું ધકેલી દે છે. કન્વર્જન્ટ વિભાગને જરૂરિયાતોને આધારે 16 થી 25 ડિગ્રી પર કન્વર્જ કરવામાં આવે છે. એકોસ્ટિક તરંગ સાથે જોડાઈને ચેમ્બરમાં દબાણમાં સામાન્ય વધારો થાય છે, જે સ્ટિંગર નામની નાની ટ્યુબ સાથે આઉટલેટને ઇરાદાપૂર્વક મર્યાદિત કરવાને કારણે થાય છે, જે બ્લીડર તરીકે કામ કરે છે, સંકોચન/પાવર સ્ટ્રોક દરમિયાન ચેમ્બરને ખાલી કરીને તેને આગામી ચક્ર માટે તૈયાર કરે છે. સ્ટિંગરની લંબાઈ અને અંદરનો વ્યાસ હેડર પાઇપના વ્યાસના 0.59 થી 0.63x પર આધારિત હોય છે અને તેની લંબાઈ તેના વ્યાસના 12 ગણી હોય છે, જે પ્રાપ્ત કરવાના પરિણામો પર આધારિત હોય છે. સારી રીતે રચાયેલ ટ્યુન કરેલ એક્ઝોસ્ટ સિસ્ટમમાં, દબાણમાં કુલ વધારો કોઈ પણ સંજોગોમાં મફલર દ્વારા ઉત્પાદિત કરતાં ઘણો ઓછો હોય છે. સ્ટિંગરનું ભૂલભરેલું કદ નબળું પ્રદર્શન (ખૂબ મોટું અથવા ખૂબ ટૂંકું) અથવા અતિશય ગરમી (ખૂબ નાનું અથવા ખૂબ લાંબુ) તરફ દોરી જશે જે એન્જિનને નુકસાન પહોંચાડશે. જટિલ પરિબળો વ્યવહારમાં વિસ્તરણ ચેમ્બરની વિગતવાર કામગીરી ઉપર વર્ણવેલ મૂળભૂત પ્રક્રિયા જેટલી સીધી નથી. પાઇપની પાછળ મુસાફરી કરતા તરંગો વિપરીત દિશામાં અલગ વિભાગનો સામનો કરે છે અને તેમની ઊર્જાનો એક ભાગ પાછો પ્રતિબિંબિત કરે છે. પાઇપના વિવિધ ભાગોમાં તાપમાનમાં ફેરફારો પ્રતિબિંબે અને અવાજની સ્થાનિક ગતિમાં ફેરફારનું કારણ બને છે. કેટલીકવાર આ ગૌણ તરંગ પ્રતિબિંબ વધુ શક્તિના ઇચ્છિત લક્ષ્યને અટકાવી શકે છે. તે ધ્યાનમાં રાખવું ઉપયોગી છે કે તરંગો દરેક ચક્રમાં સમગ્ર વિસ્તરણ ચેમ્બરમાંથી પસાર થાય છે, તેમ છતાં ચોક્કસ ચક્ર દરમિયાન સિલિન્ડરમાંથી બહાર નીકળતા વાસ્તવિક વાયુઓ નથી. ગેસ વહે છે અને સમયાંતરે બંધ થાય છે અને તરંગ પાઇપના અંત સુધી ચાલુ રહે છે. બંદરમાંથી બહાર નીકળતા ગરમ વાયુઓ "સ્લગ" બનાવે છે જે હેડર પાઇપને ભરે છે અને તે ચક્રના સમયગાળા સુધી ત્યાં રહે છે. આ હેડ પાઇપમાં ઊંચા તાપમાન ઝોનનું કારણ બને છે જે હંમેશા સૌથી તાજેતરના અને સૌથી ગરમ ગેસથી ભરેલું હોય છે. કારણ કે આ વિસ્તાર વધુ ગરમ છે, ધ્વનિની ગતિ અને આમ તેમાંથી પસાર થતા તરંગોની ગતિમાં વધારો થાય છે. આગામી ચક્ર દરમિયાન ગેસના સ્લગને આગામી ઝોન પર કબજો કરવા માટે આગામી સ્લગ દ્વારા પાઇપની નીચે ધકેલી દેવામાં આવશે. આ "સ્લગ" નું કદ થ્રોટલની સ્થિતિ અને એન્જિનની ગતિ અનુસાર સતત બદલાતું રહે છે. તે માત્ર તરંગ ઊર્જા જ છે જે એક જ ચક્ર દરમિયાન સમગ્ર પાઇપને પાર કરે છે. ચોક્કસ ચક્ર દરમિયાન પાઇપમાંથી નીકળતો વાસ્તવિક ગેસ અગાઉ બે કે ત્રણ ચક્રમાં બનાવવામાં આવ્યો હતો. આ જ કારણ છે કે બે સ્ટ્રોક એન્જિન પર એક્ઝોસ્ટ ગેસનું સેમ્પલિંગ એક્ઝોસ્ટ પોર્ટમાં જ એક ખાસ વાલ્વ સાથે કરવામાં આવે છે. સ્ટિંગરમાંથી બહાર નીકળતા ગેસનો નિવાસી સમય ઘણો વધારે હોય છે અને અન્ય ચક્રોમાંથી ગેસ સાથે ભળી જવાને કારણે વિશ્લેષણમાં ભૂલો થાય છે. વિસ્તરણ ચેમ્બરમાં લગભગ હંમેશા વળાંકો અને વળાંકો હોય છે જે એન્જિનની ખાડીમાં તેમની યોગ્યતાને સમાવવા માટે બનાવવામાં આવે છે. વળાંકનો સામનો કરતી વખતે વાયુઓ અને તરંગો સમાન રીતે વર્તતા નથી. તરંગો પ્રતિબિંબિત અને ગોળાકાર કિરણોત્સર્ગ દ્વારા મુસાફરી કરે છે. વળાંક તરંગ સ્વરૂપોની તીક્ષ્ણતામાં નુકસાનનું કારણ બને છે અને તેથી અણધારી નુકસાનને ટાળવા માટે તેને ઓછામાં ઓછું રાખવું જોઈએ. વિસ્તરણ ચેમ્બરની રચના કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ગણતરીઓ માત્ર પ્રાથમિક તરંગ ક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લે છે. આ સામાન્ય રીતે એકદમ નજીક હોય છે પરંતુ આ જટિલ પરિબળોને કારણે ભૂલો થઈ શકે છે. આ પણ જુઓ કેડેનેસી અસર ટ્યુન કરેલ એક્ઝોસ્ટ સંદર્ભો બે-સ્ટ્રોક એન્જિન ટેકનોલોજી એક્ઝોસ્ટ સિસ્ટમ્સ