Lo scarico

[Ricky426]

Tutto quello che avreste voluto sapere sul sistema di scarico e non avete mai osato chiedere.



Bene, ecco qui il sunto sui sistemi di scarico. Qualcuno sicuramente sapr? gi? tutto, qualcun altro invece potrebbe trarne conoscenza. E' per voi che scrivo!

Innanzitutto, visto che molti come me hanno iniziato a "smarmittare" col motorino, ? d'obbligo specificare che i motori a 2 tempi ed a 4 tempi hanno sistemi di scarico completamente differenti. Mentre nel motore a 2 tempi il sistema di scarico ? in grado di elevare rendimento e potenza del motore, nel 4 tempi deve invece cercare di essere il meno invasivo possibile per non diminuire il rendimento, e di conseguenza la potenza.

Infatti nel motore a 2 tempi la fase di scarico avviene contemporaneamente a quella di aspirazione, per cui il sistema di scarico deve creare una sorta di "risucchio" per poter favorire la fuorisucita dei gas combusti dalla camera di scoppio. Il risucchio si ottiene con una "pancia" nella marmitta, con diversi diametri di ingresso e uscita, con coni opposti di diversa lunghezza, e complicati calcoli. Avete mai provato a togliere la pancia al motorino? Una *****.

Ma siccome le nostre auto non vanno a miscela, di questo ci importa poco o niente, per cui occupiamoci del motore a 4 tempi.

Il motore a 4 tempi ha la fase di scarico separata, con una valvola che si apre al suo inizio e si chiude alla sua fine, ed il pistone ha il compito di espellere tutti i gas non combusti. Per cui non ? obbligatorio un sistema di scarico che abbia una funzione di risucchio. Anche se, in effetti, anche nel motore a 4 tempi c'? un risucchio, dato che nei tubi di scarico, a motore in funzione, c'? un flusso di gas unidirezionale, che quindi esercita una sorta di "richiamo". Per cui bisogna addentrarsi un po' nella fisica per capire come funziona, e quindi come ? possibile ottenere la massima resa.

Concentriamo la nostra attenzione sui collettori di scarico. Gi?, perch? sono loro il cuore di un sistema di scarico. Non i terminali cromati.

Dicevo, nel motore a 4 tempi la fase di scarico ? indipendente da quella di aspirazione. La valvola di scarico si apre, il pistone passa dal punto morto inferiore a quello superiore spingendo fuori dalla valvola i gas di scarico, la valvola chiude. E cos? via per n volte.

(S?, lo so che non ? esattamente dal PMI al PMS, ma sto facendo teoria dello scarico, non dell'albero a camme...)

I gas di scarico corrono all'interno del proprio condotto nel collettore di scarico, che ha un diametro proporzionale alla larghezza della valvola. Alla fine del condotto si incontrano con i gas di scarico degli altri cilindri, miscelandosi con essi in un tubo di maggiore diametro, ovviamente.

Bene, siamo arrivati al punto critico: qualcuno gi? sa che la lunghezza del condotto di ogni cilindro ? responsabile dell'erogazione del motore.

Questo perch? i gas di scarico, visto che non sono un flusso continuo, ma sono intermittenti (poich? la valvola apre-chiude-apre-chiude...) sono quindi un'onda di pressione variabile. Possiamo vederla come una linea tratteggiata. Il corpo di ogni trattino ? il punto di maggior pressione, lo spazio tra un trattino e l'altro ? una depressione tra un punto di pressione e l'altro. E questa linea tratteggiata corre dalla valvola di scarico ai nostri terminali. Cromati.

Siccome, appunto, la linea ? tratteggiata, il collettore di scarico ha il compito di "miscelare" le linee tratteggiate provenienti dai vari cilindri, e dato che gli scoppi avvengono in momenti differenti, i trattini non si sovrappongono, ma i "trattini" del cilindro X vanno a riempire parte degli spazi bianchi tra i trattini del cilindro Y. E cos? con gli altri cilindri.

Schematizzando una bancata di un V8, o un 4 cilindri:



Cilindro 1: - - - -

Cilindro 2: - - - - :collettore: ---- ---- ---- ---- :tubi di scarico, silenziatori, terminali.

Cilindro 3: - - - -

Cilindro 4: - - - -



Spero sia chiaro. Parcheggiate nella testa questa linea a trattini perch? adesso bisogna distinguere i vari tipi di collettori esistenti, per poi arrivare alla loro resa. I collettori di scarico possono essere "manifold" oppure "headers". I manifold sono delle fusioni in ghisa in un blocco solo, gli headers sono invece dei tubi in acciaio singoli, curvati appositamente, con una flangia lunga e piatta da imbullonare alla testa, che si "fondono" dall'altra estremit? in una flangia che d? invece al resto dell'impianto di scarico.

I manifold sono, ovviamente, meno performanti, pi? facili ed economici da produrre in serie, e pi? pesanti. A seconda del progetto possono anche essere pi? o meno performanti. Se sono come il collettore di un rubinetto, cio? un semplice raccordo di 4 ingressi in una uscita, e ricordano lo stampo per fare un rastrello da giardino, bene, cambiateli in fretta e otterrete dai 200 ai 300 HP in pi?.

Scherzo, ovviamente, comunque questo tipo di collettore non solo mortifica qualunque motore, ma vi fa anche consumare di pi?. Gi?, perch? i gas di scarico dei singoli cilindri si scontrano l'un l'altro in malo modo, creando contropressioni che a regimi pi? elevati impediscono ai gas di scarico di fuorisuscire completamente dalla camera, con le conseguenze che tutti possono immaginare. Pi? schiaccio il gas e meno va!

Se invece il manifold ha una forma un po' pi? contorta ? perch? ? un High Performance, per cui in fase di progettazione colui che l'ha disegnato ha pensato a noi smanettoni cercando almeno di raccordare gentilmente i condotti tra loro per ridurre al minimo gli scontri tra i gas di ogni singolo cilindro. In questo caso non siete obbligati a cambiarli, potete sgommare.



Manifold low performance:







Manifold high performace:







Il top ? invece, ovviamente, l'header.

L'header ? la versione fatta da tubi tagliati, preformati e saldati del manifold High Performance. Che deve essere di buona fattura, altrimenti dopo un p? d'uso la flangia si piega, sfiata, trafila olio... e a questo punto ? meglio il manifold.







Insomma, pensando alla fluidodinamica ? chiaro che facendo scorrere i gas all'interno di tubi lisci, di uguale diametro, di uguale lunghezza che si raccordano delicatamente tra loro ? meglio che farli entrare nella caldaia di un ferro da stiro e farli uscire dal getto del vapore.

Inoltre, in fase di progettazione, se si vuole far rendere il motore bisogna far s? che l'effetto "risucchio" che produce il flusso dei gas sia il pi? efficace possibile, oltre a lasciare uscire i gas senza che si scontrino e producano turbolenze, infatti bisogna considerare che nel punto di fusione dei singoli condotti in uno solo, per quanto dolce possa essere, ci sar? un minimo di scontro dei gas, e una specie di "ritorno" di essi.

Ora, perch? la lunghezza dei condotti dei collettori ? determinante per l'erogazione del motore? Semplice: perch? gli impulsi delle onde di cui sopra variano in funzione del regime di rotazione del motore. Pi? il motore gira in alto, pi? i "trattini" di cui parlavo prima si avvicinano perch? gli scoppi sono pi? vicini.

La fregatura ? che (lo dice la fisica, non io!) pi? condotti sono corti e larghi e pi? facilitano la fusione dei gas ad alta velocit?, viceversa i condotti lunghi e stretti facilitano i gas pi? lenti. Questo perch? la migliore configurazione trae beneficio dall'annullamento dei gas di ritorni nel momento di "overlap" delle valvole, cio? della contemporanea apertura della valvola di scarico e di aspirazione. Difatti le auto molto spinte, con alberi a camme radicali, hanno un minimo (se ce l'hanno!!!) molto irregolare e borbottante, e invece girano come violini ad alti regimi. Questo perch? in alto l'overlap va a braccetto con l'accensione e il risucchio degli headers.

Ci sono poi collettori che fondono prima i cilindri a coppie (chiamati a "Y"), e poi tutti insieme, o per motori a 6 cilindri 3 e 3 e poi insieme, che fondono i condotti in funzione dell'ordine di accensione, insomma le configurazioni possono essere molte. Ognuna d? il meglio di s?, purtroppo, ad un regime differente.

La soluzione ideale sarebbero dei condotti che si allungano e si accorciano in funzione dei giri!

Quindi quale collettore scegliere per la nostra auto? Ognuno ha i suoi gusti in fatto di erogazione. L'importante ? che sia progettato per il motore che montate, e che quindi i diametri dei condotti e della flangia di raccordo al resto dello scarico siano di dimensione adeguata.

Se ? troppo piccolo, strozza ed i gas devono uscire a velocit? maggiore, per cui a regime elevato fanno fatica. Se ? troppo grande i gas rallentano e i collettori scaldano di brutto. Come se non avessimo gi? abbastanza probblemi di raffreddamento...