espansione dei motori a due tempi

ecco un articolo dell'ing. Carlo Forni relativo alla regolazione
dell'impianto di scarico per 2 tempi.

Analizzeremo in maniera molto semplificata l'analisi dell'impianto di scarico
e della sua geometria, studiando gli effetti della
variazione di alcune lunghezze fondamentali.
Innanzitutto specifichiamo che un impianto di scarico puo' essere
idealmente diviso in 5 parti:
Tubo iniziale, divergente, cilindrico, convergente, Spillo.
Analizzeremo la variazione della lunghezza del tubo iniziale sul quale si
puo' agire in pista sostituendo i flessibili fra condotti di scarico e marmitta.
Inoltre vedremo le differenze fra marmitta con cono o controcono di lunghezze
diverse. I restanti tratti come il tubo terminale ed il tratto cilindrico centrale
sono piu'o meno standardizzati e sono quindi tralasciati.
La funzione del condotto iniziale e' quella di posizionare la "parte attiva"
(cono e controcono) della marmitta ad una distanza adeguata dalla luce di
scarico. Tale distanza dipendera' dall'intervallo di giri al quale il motore
deve rendere al meglio. Poiche' infatti cono e controcono regolano la
fuoriuscita dei gas combusti dalla luce di scarico, a seconda della lunghezza
del condotto iniziale, le onde di pressione negative (del cono) e positive (del
controcono) arriveranno sulla luce di scarico in istanti diversi.
Per avere il migliore sfruttamento di tali onde, queste dovranno arrivare sulla
luce di scarico ad istanti ben precisi, che dipenderanno anche dal regime
di rotazione. Un condotto piu' lungo comportera' un tempo di percorrenza
dello scarico da parte delle onde riflesse maggiore, e quindi sara' ottimale
per regimi di rotazione piu' bassi. Infatti ai bassi giri il pistone si sposta
anch'esso piu' lentamente permettendo alle onde riflesse di raggiungere la luce
di scarico nell'istante esatto. Per giri piu' elevati i tempi di spostamento
del pistone saranno inferiori e cosi' anchce il tempo di percorrenza del
condotto di scarico da parte delle onde di pressione dovra' essere inferiore.
Tale risultato si ottiene con condotti di scarico piu' corti. L'effetto di uno
scarico piu' lungo o piu' corto dovrebbe quindi comportare solo uno spostamento
indietro o in avanti delle curve di coppia e di potenza. Da prove eseguite
utilizzando il programma d calcolo della Softengine "2Tbase", si osserva come,
all'aumentare della lunghezza del condotto, le curve di coppia e potenza traslano
effettivamente verso regimi di rotazione piu' bassi.
Il cono divergente permette la riflessione dell'onda di pressione che si forma
all'apertura della luce di scarico, come onda di pressione negativa. Questa arrivata
sullo scarico nel ciclo successivo, quando la luce si e' appena aperta, permette un
notevole miglioramento del processo di evacuazione dei gas combusti dal cilindro.
Cio' permette di agire direttamente sulla coppia del motore. Una variazione della
lunghezza del tratto divergente comporta una variazione dell'angolo di inclinazione
del tratto in esame. Se la lunghezza aumenta gli angoli decrescono e l'onda riflessa
si allarga e diminuisce d'intensita'. Cio' determina un effetto di minore intensita'
sulla luce di scarico, ma permette di agire su un piu' ampio intervallo di giri.
Un effetto esatamente opposto si ha se la lunghezza del tratto diminuisce.
Utilizzando il programma "2Tbase", si osserva che le curva di coppia e di
potenza traslano verso destra all'aumentare della lunghezza del tratto in esame.
Inoltre e' fondamentale il fatto che le curve risultano, come previsto,
piu' schiacciate se il condotto e' piu' lungo.
L'effetto del tratto convergente della marmitta permette la riflessione di un'onda
positiva verso la luce di scarico. Se questa e' regolata per raggiungere lo scarico
nella fase finale di apertura, si ha un effetto di spinta della miscela uscente
verso l'interno del cilindro. Poiche' nella fase finale dello scarico in genere
non escono piu' gas combusti, ma si ha un aperdita di miscela fresca, tale
effetto limita la fuoriuscita della miscela incombusta. Anche in questo caso vale
il ragionamento fatto per il tratto divergente. Una lunghezza maggiore del
convergente sposta le curve di coppia e di potenza verso destra e le aapiattisce.
Viceversa nel caso di una lunghezza inferiore. Anche in questo caso utilizzando
il programma "2Tbase" evinciamo dati combacianti con quanto sopra scritto, ma in
realta' le conseguenze di tale variazione della geometria sono meno sensibili
rispetto a quelle del tratto divergente. In effetti quest'ultimo ha un effetto
prevalente sulle prestazioni del motore rispetto al tratto convergente.