Il merito delle
eccezionali potenze specifiche che i due tempi moderni sono in grado di
raggiungere va in larghissima misura attribuito allo scarico a camera di
espansione, che sotto un certo aspetto può essere ritenuto un autentico
"sovralimentatore" a onde di pressione.
Un tipico scarico di espansione è costituito schematicamente da un tubo
iniziale, parte conica divergente (cono), una sezione centrale di forma
praticamente cilindrica, una parte conica convergente (controcono) ed
infine lo "spillo" ossia il tubetto cilindrico che ci porta al
silenziatore.
Nelle applicazioni di serie la struttura può essere complicata da una o
più paratie interne ma il principio di funzionamento rimane
fondamentalmente lo stesso.
I tratti come il tubo terminale ed il tratto cilindrico sono più o meno
standardizzati quindi non ci resta che iniziare ad analizzare le altre
parti.
Il tubo iniziale ha il compito di posizionare il cono e controcono ad
una distanza adeguata dalla luce di scarico, tale distanza è
determinante per definire l'arco di giri/motore in cui vogliamo che il
propulsore renda al meglio. Difatti varie marche di scarichi vendono
assieme alle espansioni delle boccole da innestare sul collettore di
scarico di diversa lunghezza che servono proprio a variare la distanza
sopraccitata e quindi ad ottimizzare l'erogazione dove si voglia.
Iniziamo ora con un pò di teoria: quando il pistone va verso il basso e
la luce di scarico viene scoperta si genera un'onda dì pressione
determinata dalla massa gassosa che viaggia in direzione dello spillo,
questa però non ha la possibilità di sfogarsi del tutto perché trova a
contrastarla la parte conica convergente che si farà uscire un pò di
gas, ma allo stesso tempo creerà un onda di pressione negativa riflessa,
ossia con moto contrario a quello di sfogo. Naturalmente l'onda riflessa
che percorre il tubo in direzione opposta, sarà meno vigorosa di quella
originale dato che la riflessione, come pure la propagazione attraverso
il fluido, avviene con una certa perdita di energia, anche se le onde
possono essere molto vigorose, con variazioni di pressione che possono
raggiungere anche valori attorno a 0,5 bar.
Per fornire i migliori risultati l'onda di ritorno deve arrivare al
cilindro proprio quando la luce di scarico si sta chiudendo; essa si
comporta in un certo senso come un autentico "pistone fluido" non solo
sbarrando la strada ai gas freschi (impedendone la fuoriuscita
attraverso la luce stessa) ma addirittura "ricacciando" indietro una
certa parte che già era uscita, in modo da migliorare sensibilmente il
riempimento del cilindro stesso, dando luogo ad una vera e propria
sovralimentazione.
Ora torniamo a parlare di misure che possono favorire o meno certi
regimi motore, i fattori chiave sui quali possiamo agire sono la
lunghezza e la conicità del cono e controcono.
Un
condotto più lungo comporterà un tempo di percorrenza dello scarico da
parte delle onde riflesse maggiore, e quindi sarà ottimale per regimi di
rotazione più bassi. Infatti ai bassi giri il pistone si sposta
anch'esso più lentamente permettendo alle onde riflesse di raggiungere
la luce di scarico nell'istante esatto.
Per giri più elevati i tempi di spostamento del pistone saranno
inferiori e così anche il tempo di percorrenza del condotto di scarico
da parte delle onde di pressione dovrà essere inferiore e tale risultato
si ottiene con condotti di scarico più corti. L'effetto di uno scarico
più lungo o più corto dovrebbe quindi comportare solo uno spostamento
indietro o in avanti delle curve di coppia e di potenza.
In linea di massima
per quello che riguarda la conicità, all'aumentare di essa l'onda di
pressione negativa riflessa diventa più vigorosa ma di minore durata, il
che tende a determinare migliori prestazioni di punta ma al tempo stesso
un restringimento del campo di utilizzazione, con perdita di tiro ai
regimi medio-bassi.
Nel caso contrario appunto si ha un onda meno vigorosa ma di più lunga
durata e quindi si favorisce i regimi medio-bassi. La realizzazione di
un efficiente sistema di scarico (che deve sempre essere accuratamente
"accordato" con la fasatura di distribuzione e con la forma e le
dimensioni delle luci) è materia da autentici specialisti. Oltre al
fatto che gli effetti dei fenomeni pulsatori interagiscono con quelli
dovuti al movimento del gas, il problema principale è quello di riuscire
a fare arrivare le onde alla luce di scarico nei momenti giusti, al
regime di rotazione previsto.
In genere all'aumentare della potenza specifica i sistemi dì scarico
tendono a funzionare al meglio entro campi di regimi sempre più
ristretti, fino ad arrivare a casi nei quali il regime di coppia massima
(al quale si ha il migliore riempimento della cilindrata) praticamente
si identifica con quello di potenza massima! Per migliorare la
situazione i costruttori hanno realizzato valvole parzializzatrici della
luce di scarico e risuonatori, che consentono di "riempire" la curva ai
regimi intermedi senza perdere nulla in termini di potenza di punta. Nei
motori da corsa in genere gli scarichi sono realizzati in lamiera di
acciaio dello spessore di 0,8 mm mentre in quelli da strada usualmente
si ricorre a quella da 1,2 mm. Lo spillo, che ha la funzione di evitare
un troppo rapido svuotamento dello scarico da parte dei gas, è collegato
ad un silenziatore terminale, che in genere è del tipo ad assorbimento.
