Los tubos de escape del motor de gasolina de dos tiempos tienen una forma extraña. Se expanden a un diámetro ancho y luego se reducen a un diámetro muy pequeño donde los gases de escape emergen al medio ambiente.

- ¿Por qué tienen una forma tan extraña?

- ¿Para qué es la gran expansión en el tubo de escape?

- ¿Por qué el diámetro se reduce tan dramáticamente al final?

Hay esta bonita animación de un motor de 2 tiempos con una cámara de expansión

Fuente

Funciona así:

Mientras se mueve hacia abajo después del encendido, el pistón expone la abertura de escape y el gas quemado fluye hacia el tubo de escape como una onda de choque (alta presión).

Debido a la inercia, este gas creará una leve ola de vacío detrás de él, lo que ayuda a aspirar más gas quemado, pero también gas fresco tan pronto como se descubra la abertura de entrada.

El primer cono ayuda a aumentar el vacío: cuando el gas viaja a través de la tubería con una cierta velocidad, viaja a través de un cierto volumen por tiempo. Si la sección transversal aumenta y la velocidad sigue siendo la misma, la onda viaja a través de un volumen mayor. Esto crea más ... uhm ... volumen de vacío detrás de la ola. Es un poco difícil de explicar.

Bien, ahora tenemos gas fresco en el cilindro, pero también en el colector. La onda de choque ahora golpea el cono derecho y se refleja. Es decir, ahora tienes una onda de choque corriendo hacia el cilindro. Golpea el gas fresco justo en el momento en que la abertura de admisión está cubierta por el pistón, y presiona este gas en el cilindro. Cuando el pistón también cubre la abertura de escape, el gas fresco ya está bajo cierta presión.

De esta manera, el escape forma algún tipo de compresor, lo que aumenta la eficiencia / potencia volumétrica del motor.

La forma del escape es muy crítica con respecto al tiempo: la longitud de la tubería entre la abertura del escape y el primer cono define cuándo la onda de vacío amplificada llega al cilindro; debe estar allí cuando las aberturas de admisión están expuestas y se puede aspirar gas fresco fuera de ellos. Y la distancia al segundo cono define cuándo la onda de choque reflejada alcanza el cilindro. Nuevamente: esto debería suceder cuando la entrada ya está cubierta y el escape aún no.

Esto significa que el tubo de escape está diseñado para un RPM específico, donde obtienes la máxima ganancia de potencia.

Sin embargo, los ángulos de los conos permiten ampliar el rango de RPM donde el motor desarrolla su potencia, a costa de la potencia máxima.

Por ejemplo, aquí hay curvas de potencia / par para tres sistemas de escape en el mismo scooter:

Primero, es notable que el motor comienza a desarrollar algo de potencia justo por encima de 5000 RPM porque allí el escape comienza a funcionar.

• La curva azul es un pico bastante estrecho con un máximo a 7700 RPM. pierde potencia bastante rápido para RPM más altas / más bajas.
• La curva roja se desplaza a RPM más altas, donde debería desarrollar más potencia, pero en su lugar, está diseñada para un rango de RPM más amplio. Entonces, el máximo. la potencia es similar a la de la curva azul, pero el rango de RPM es aproximadamente el doble de ancho.

Finalmente, el diseño también depende de las necesidades del vehículo. Una moto de cross generalmente tiene una transmisión con varias marchas fijas y, por lo tanto, funciona en un amplio rango de RPM. Por el contrario, los scooters generalmente tienen un variomático, que permite que el motor funcione a ciertas RPM constantes.

Brevemente:

Los tubos de escape tienen forma de aspirar gases de la cámara de combustión en un rango de RPM.

Algo más largo:

Imagine un motor de 2 tiempos sin escape ^{* 1} . Cuando se abre la válvula de escape, los gases quemados salen del cilindro. Deje la válvula abierta durante el tiempo suficiente y el cilindro estará a presión de aire ambiente.

Ahora haga funcionar el motor a una velocidad fija y agregue un tubo recto como escape. Cuando la válvula de escape se abre, una ola de gases comprimidos fluirá hacia la tubería, avanzará hasta el final de la tubería y se expandirá hacia la atmósfera circundante. En este momento, una onda inversa (baja presión) ingresará a la tubería y viajará de regreso al cilindro. Mide el tiempo correcto y puedes aspirar algunos de los gases quemados restantes del cilindro.

Ahora, una tubería recta solo funciona para un pequeño rango de RPM. Pero si cambia la tubería a una forma de V, funcionará más gradualmente.

Ahora las grandes preguntas:

1. ¿Es esta la única razón? (No tengo idea, es una de las razones para dar forma a un tubo de escape).
2. ¿Cómo interactúa esto con la amortiguación del sonido? (Lo que sospecho es la segunda parte del escape que ha mostrado).

Lamentablemente tendré que dejar esos dos para que otros respondan.

Información adicional de - Perkins, que tiene un conocimiento más detallado. Póngalo en la respuesta ya que entiendo que los comentarios eventualmente desaparecerán de las respuestas.

Es un poco más complicado. Los motores de dos tiempos tienen una nueva mezcla de combustible y aire que ingresa al cilindro al mismo tiempo que sale el escape. Aspirar una cantidad suficiente de escape del cilindro es trivial. Los tubos de escape de forma extraña, como el que se muestra en la imagen, en realidad están ajustados para un rango de RPM específico, y primero succionan una mayor cantidad de aire combustible a través del motor, y luego la onda de presión rebota en la segunda parte estrecha y empuja el combustible extra -Vuelva al aire al cilindro a una presión más alta, reduciendo el desperdicio de combustible y aumentando el rendimiento

^{* 1} : ignore el riesgo de que entre suciedad en el motor.