Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
seguo con interesse anche se ormai mi tengo stretto il mio ibrido spaghettoso ! 
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Desmobruno
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
I like !!!cloud717 ha scritto:seguo con interesse anche se ormai mi tengo stretto il mio ibrido spaghettoso !
Non mi piace stare assieme ai miei coetanei, sono solo dei vecchi patetici. (Caterina Perol)
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DUCASBK
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
Le considerazioni fatte da Barone e Desmobruno sono corrette. Anche la questione del materiale di costruzione e dello spessore delle pareti dei collettori di scarico ha una sua valenza, molto teorica e ininfluente sui motori stradali ma come anche sui motori SBK. Forse questo parametro è preso in considerazione nella Moto GP, sicuramente in F1, dove si pela il decimo di cavallo sfruttando le diverse risonanze che si formano nello scarico, anche in funzione di questi parametri.
Inizierei col dire che, allo stato attuale della produzione di serie di motori sportivi, riuscire a fare uno scarico aftermarket che dia realmente qualcosa in più senza andare a toccare altri parametri meccanici, è molto difficile e spesso, se lo scarico non è accordato all'insieme almeno con una rivisitazione di anticipi e carburazione, si finisce per fare solo ed esclusivamente più rumore!
Partiamo dalla considerazione iniziale: un impianto di scarico deve riuscire a far evacuare i gas combusti nel modo più veloce possibile dalla camera di scoppio, evitando di far fuoriuscire i gas freschi in entrata dall'aspirazione. Questo perchè, se riesce a far svuotare molto velocemente la camera di scoppio, di conseguenza riesce anche a ?tirare? dentro i gas freschi... ma non deve esagerare, altrimenti si avrebbe una perdita di carico.
Non vi arrovello con formule e formulette prettamente inutili per capire cosa succede e che, all'atto pratico, sono inapplicabili nella ricerca di costruirsi uno scarico artigianale... un esempio pratico di cosa succede credo sia la cosa migliore!!
All'interno del cilindro siamo alla fine della fase di espansione e la valvola di scarico inizia ad aprirsi. I gas combusti all'interno del cilindro hanno avuto una certa pressione che hanno spinto sulla cupola del pistone. Questa pressione cala vertiginosamente nel momento che termina la fase di espansione e che si viene ad aprire la valvola di scarico. La pressione cala all'improvviso e i gas di scarico vengono in parte spinti dal pistone e in parte risucchiati (capirete dopo il perchè) nel condotto di scarico (che parte dalla sede valvola di scarico in poi). I gas combusti si trovano quindi ad avere una pressione positiva all'interno del condotto di scarico e corrono allegramente nel collettore primario il quale, per essere costruito ad arte, deve avere una leggera forma conica (aumenta di diametro mano a mano che ci si allontana dalla valvola) in modo da non far diminuire la loro velocità, per effetto Venturi. Chiaramente, anche la lunghezza del collettore primario ha la sua importanza in questo frangente, in quanto si trattiene costante l'onda di pressione per un predeterminato tempo. Queste dimensioni (lunghezza e diametro del tratto iniziale) possono essere sommariamente calcolati conoscendo alcuni parametri, quali la cilindrata unitaria del motore, la durata della fase di aspirazione e scarico, il diametro valvola, la sua alzata, (qui diventa difficilino...) le curve delle fasi (alzata/angolo di manovella) date alle valvole dal profilo delle camme, la tipologia del motore (2V, 3V, 4V, 5V...), il frazionamento, l'angolo di manovella in caso di pluricilindrici, la fase di scoppio, ecc. ecc.. Considerate che le formulette che si trovano in giro su internet, possono andar bene per calcolarsi sommariamente la lunghezza di un collettore primario di un motore da trattore di 50 anni fa... per lavorare su un motore moderno si usano software di calcolo fluidodinamico da svariate migliaia di Euro e, comunque, tutto poi deve essere verificato e regolato di conseguenza mettendo l'insieme moto su un banco prova.
Nel momento in cui il motore si trova nella così detta ?fase di incrocio? in cui valvola di aspirazione e valvola di scarico sono entrambe aperte, si avrebbe la possibilità di riuscire a fare in modo che i gas freschi aspirati dal cilindro siano facilitati ad entrare perchè risucchiati all'interno del cilindro, aumentando l'efficienza della fase di lavaggio e il rendimento volumetrico del motore. Questo è possibile ottenerlo facendo improvvisamente calare la pressione positiva dei gas di scarico, facendoli arrivare a quello che è chiamato collettore secondario. Nel collettore secondario o tramite un improvviso aumento del diametro o facendo arrivare il collettore primario di un altro cilindro in fase con il nostro, la pressione positiva si stoppa, andando a creare alle sue spalle una onda di pressione negativa che corre all'indietro (verso la valvola) lungo il collettore primario. Praticamente, la colonna gassosa, espandendosi all'improvviso non ha più il ?sostegno? delle pareti del collettore primario e dietro di sé si forma un ?vuoto? (sommario ma penso che renda l'idea). Questa pressione negativa arriva all'interno della camera di scoppio in fase di incrocio... ed ecco che si aiuta la carica fresca ad entrare nel cilindro. Non si deve però esagerare in questo frangente, per evitare perdite di carico date dalla fuoriuscita della carica fresca dalla valvola di scarico prima che questa si chiuda.
I gas di scarico potranno quindi essere aiutati nella loro corsa verso la fine del condotto di scarico dal nuovo aumento della loro pressione data dai gas di scarico provenienti dal cilindro con il quale lo abbiamo fatto incrociare nel collettore secondario. Chiaramente, le misure della lunghezza/diametro del collettore secondario e l'intersezione con uno o più altri cilindri (esempio: i 4 in 1) deve essere tutta calcolata in sede progettuale, per far sì che i gas di scarico percorrano il collettore senza invertire la loro direzione!! Questo è possibile sempre con i famosi software che vi avevo accennato e quindi provati e riprovati al banco, sino ad ottenere la soluzione ideale. Sostanzialmente, nel tratto di collettore primario, se si riesce a mantenere una onda di pressione negativa (escluso nel momento in cui i gas di scarico escono dalla camera di scoppio), si fa si che i gas di scarico escano e i gas freschi entrino, entrambi perchè ?risucchiati?. Oltretutto, una estrazione dei gas di carico facilita la risalita del pistone al PMS che non si trova ad effettuare un lavoro e quindi a cedere energia.
Questo in teoria e considerando che il motore stia viaggiando a regime di coppia massima, in cui si ha il massimo rendimento volumetrico. Chiaramente, il motore deve poter essere usato in un range di giri il più ampio possibile compatibilmente alla sua tipologia di utilizzo per cui è stato progettato, sia per garantire consumi di carburante degni che, chiaramente, essere sfruttato a seconda delle esigenze (strada, pista, fuoristrada, ecc.). Ecco quindi i diversi stratagemmi ? che chiamerei più propriamente tecniche - che si attuano per andare a modificare le caratteristiche di funzionamento dello scarico per accordarlo letteralmente all'insieme ?motore?.
Anzitutto i sistemi di compensazione fra i vari cilindri che mettono in collegamento due collettori fra di loro, in modo che la fase di scarico di un cilindro aiuti l'altro nella fase di lavaggio e viceversa. Variando la posizione di questo compensatore (lungo la lunghezza dei collettori primari) si riesce anche a far cambiare la sua influenza sulla fase di lavaggio, andando a privilegiare alti o bassi regimi... chiaramente, tenendo presente che si è sempre limitati dagli spazi sulla moto, dalla disposizione dei cilindri e dalla loro fasatura meccanica.
Altro discorso (ed altro sistema per accordare lo scarico alle esigenze che si hanno) sono le diverse configurazioni di scarico attuabili: 2 in 1, 2 in 2, 2 in 1 in 2, 4 in 2 in 1, 4 in 2 in 1 in 2, 4 in 1... di base consideriamo che il progettista si trova prioritariamente a cercare di sfruttare al massimo lo spazio che ha a disposizione, e già non è una difficoltà da poco. Si deve poi cercare di enfatizzare le caratteristiche del motore su cui si stà lavorando per cercare di ottimizzarlo alle caratteristiche di utilizzo della moto. Tenendo presenti questi due parametri, si lavora ? rispetto alla configurazione di base della forma dello scarico ? sulle sue forme di dettaglio ma fondamentali: conicità, diametri dei vari collettori e lunghezze. Così facendo, anche uno scarico che in teoria (data dalla sua configurazione di massima) dovrebbe tirare solo in alto ? ad esempio - si riesce a farlo funzionare egregiamente ai regimi medio bassi. Ovvio che, nel calcolarlo, si debba sempre tenere a mente tutte le altre caratteristiche del motore (fasi aspirazione e scarico, airbox, ecc.) e comunque tenere bene a mente che si deve sempre andare a cercare il giusto compromesso funzionale.
Nelle varie configurazioni di scarico che ho appena accennato (2 in 1, 2 in 2, ecc.) non è possibile fare un discorso univoco sulle caratteristiche che andranno a dare al motore, perchè ogni tipologia di motore è un discorso a sé stante ed ogni scarico di conseguenza. Ogni caso, poi, può essere analizzato anche in base all'esperienza. Per dire: che i collettori di scarico con la crociera dei Desmodue siano un vero e proprio castrare le prestazioni di quei motori ? su tutto l'arco di erogazione ? è un dato di fatto e basta veramente poco per riuscire a fare meglio (però resta economico produrlo in serie!!), o che una configurazione 4 in 1 su un 4 cilindri in linea tende a farlo girare in alto, grazie alle forti contropressioni che si hanno con questa configurazione e che aiutano il lavaggio della camera di scoppio ad alti regimi. Resta però che sono sterili discorsi di massima, se lo scarico non è progettato/provato/collaudato come si deve, è più facile peggiorare che migliorare!! Personalmente, ritengo che sia veramente difficile ? ad occhio ? capire cosa e come intervenire per modificare in modo efficiente uno scarico di serie che, di fatto, è fatto veramente bene. Resta poi, comunque, il discorso della messa a punto del motore che, anche solo sostituendo il silenziatore, DEVE essere effettuata per riuscire a far rendere al motore quello che deve senza rischiare di fare solo più rumore...
A proposito di rumore, anche i silenziatori hanno la loro parte nell'insieme. E non pensate che un silenziatore più ?silenzioso? sia meno efficiente di uno ?caciarone?. Di base, c'è da dire che i silenziatori tendono a far calare le prestazioni (ricordate le prime Moto GP a scarico libero? E le F1 super-aperte?), ma visto che sono obbligatori, tanto vale renderli partecipi al sistema, facendo sì che il loro effetto smorzante delle onde sonore e delle onde di pressione dello scarico, ci aiuti a far lavorare accordato lo scarico. Ed anche qui, stesso discorso fatto per i collettori... difficile capire la sua efficienza senza dei calcoli e delle prove strumentali che consentano una loro corretta progettazione e verificare se sia meglio un silenziatore del tipo lineare ad assorbimento (con all'interno la canna forata, per intenderci) oppure uno a risonanza o, ancora, uno che sfrutti entrambi i sistemi. I DB Killer? Sono solo dei limiti tecnici al corretto funzionamento dello scarico in configurazione libera. Anche in questo caso è possibile una messa a punto adeguata con o senza la loro presenza, ma se si ha una corretta regolazione in un caso, non la si avrà nell'altro.
Queste sono solo alcune considerazioni di massima, (spero) per farvi capire la complessità e l'importanza del sistema di scarico in un moderno 4 tempi. Considerazioni che non possono essere esaustive o limitate a semplici risposte date ad una serie di domande mirate se non avendo un ben preciso target (tipo di motore/moto/ecc.) e un minimo ? si fa per dire - di supporto tecnico per una corretta analisi.
Ciao
Marco
Inizierei col dire che, allo stato attuale della produzione di serie di motori sportivi, riuscire a fare uno scarico aftermarket che dia realmente qualcosa in più senza andare a toccare altri parametri meccanici, è molto difficile e spesso, se lo scarico non è accordato all'insieme almeno con una rivisitazione di anticipi e carburazione, si finisce per fare solo ed esclusivamente più rumore!
Partiamo dalla considerazione iniziale: un impianto di scarico deve riuscire a far evacuare i gas combusti nel modo più veloce possibile dalla camera di scoppio, evitando di far fuoriuscire i gas freschi in entrata dall'aspirazione. Questo perchè, se riesce a far svuotare molto velocemente la camera di scoppio, di conseguenza riesce anche a ?tirare? dentro i gas freschi... ma non deve esagerare, altrimenti si avrebbe una perdita di carico.
Non vi arrovello con formule e formulette prettamente inutili per capire cosa succede e che, all'atto pratico, sono inapplicabili nella ricerca di costruirsi uno scarico artigianale... un esempio pratico di cosa succede credo sia la cosa migliore!!
All'interno del cilindro siamo alla fine della fase di espansione e la valvola di scarico inizia ad aprirsi. I gas combusti all'interno del cilindro hanno avuto una certa pressione che hanno spinto sulla cupola del pistone. Questa pressione cala vertiginosamente nel momento che termina la fase di espansione e che si viene ad aprire la valvola di scarico. La pressione cala all'improvviso e i gas di scarico vengono in parte spinti dal pistone e in parte risucchiati (capirete dopo il perchè) nel condotto di scarico (che parte dalla sede valvola di scarico in poi). I gas combusti si trovano quindi ad avere una pressione positiva all'interno del condotto di scarico e corrono allegramente nel collettore primario il quale, per essere costruito ad arte, deve avere una leggera forma conica (aumenta di diametro mano a mano che ci si allontana dalla valvola) in modo da non far diminuire la loro velocità, per effetto Venturi. Chiaramente, anche la lunghezza del collettore primario ha la sua importanza in questo frangente, in quanto si trattiene costante l'onda di pressione per un predeterminato tempo. Queste dimensioni (lunghezza e diametro del tratto iniziale) possono essere sommariamente calcolati conoscendo alcuni parametri, quali la cilindrata unitaria del motore, la durata della fase di aspirazione e scarico, il diametro valvola, la sua alzata, (qui diventa difficilino...) le curve delle fasi (alzata/angolo di manovella) date alle valvole dal profilo delle camme, la tipologia del motore (2V, 3V, 4V, 5V...), il frazionamento, l'angolo di manovella in caso di pluricilindrici, la fase di scoppio, ecc. ecc.. Considerate che le formulette che si trovano in giro su internet, possono andar bene per calcolarsi sommariamente la lunghezza di un collettore primario di un motore da trattore di 50 anni fa... per lavorare su un motore moderno si usano software di calcolo fluidodinamico da svariate migliaia di Euro e, comunque, tutto poi deve essere verificato e regolato di conseguenza mettendo l'insieme moto su un banco prova.
Nel momento in cui il motore si trova nella così detta ?fase di incrocio? in cui valvola di aspirazione e valvola di scarico sono entrambe aperte, si avrebbe la possibilità di riuscire a fare in modo che i gas freschi aspirati dal cilindro siano facilitati ad entrare perchè risucchiati all'interno del cilindro, aumentando l'efficienza della fase di lavaggio e il rendimento volumetrico del motore. Questo è possibile ottenerlo facendo improvvisamente calare la pressione positiva dei gas di scarico, facendoli arrivare a quello che è chiamato collettore secondario. Nel collettore secondario o tramite un improvviso aumento del diametro o facendo arrivare il collettore primario di un altro cilindro in fase con il nostro, la pressione positiva si stoppa, andando a creare alle sue spalle una onda di pressione negativa che corre all'indietro (verso la valvola) lungo il collettore primario. Praticamente, la colonna gassosa, espandendosi all'improvviso non ha più il ?sostegno? delle pareti del collettore primario e dietro di sé si forma un ?vuoto? (sommario ma penso che renda l'idea). Questa pressione negativa arriva all'interno della camera di scoppio in fase di incrocio... ed ecco che si aiuta la carica fresca ad entrare nel cilindro. Non si deve però esagerare in questo frangente, per evitare perdite di carico date dalla fuoriuscita della carica fresca dalla valvola di scarico prima che questa si chiuda.
I gas di scarico potranno quindi essere aiutati nella loro corsa verso la fine del condotto di scarico dal nuovo aumento della loro pressione data dai gas di scarico provenienti dal cilindro con il quale lo abbiamo fatto incrociare nel collettore secondario. Chiaramente, le misure della lunghezza/diametro del collettore secondario e l'intersezione con uno o più altri cilindri (esempio: i 4 in 1) deve essere tutta calcolata in sede progettuale, per far sì che i gas di scarico percorrano il collettore senza invertire la loro direzione!! Questo è possibile sempre con i famosi software che vi avevo accennato e quindi provati e riprovati al banco, sino ad ottenere la soluzione ideale. Sostanzialmente, nel tratto di collettore primario, se si riesce a mantenere una onda di pressione negativa (escluso nel momento in cui i gas di scarico escono dalla camera di scoppio), si fa si che i gas di scarico escano e i gas freschi entrino, entrambi perchè ?risucchiati?. Oltretutto, una estrazione dei gas di carico facilita la risalita del pistone al PMS che non si trova ad effettuare un lavoro e quindi a cedere energia.
Questo in teoria e considerando che il motore stia viaggiando a regime di coppia massima, in cui si ha il massimo rendimento volumetrico. Chiaramente, il motore deve poter essere usato in un range di giri il più ampio possibile compatibilmente alla sua tipologia di utilizzo per cui è stato progettato, sia per garantire consumi di carburante degni che, chiaramente, essere sfruttato a seconda delle esigenze (strada, pista, fuoristrada, ecc.). Ecco quindi i diversi stratagemmi ? che chiamerei più propriamente tecniche - che si attuano per andare a modificare le caratteristiche di funzionamento dello scarico per accordarlo letteralmente all'insieme ?motore?.
Anzitutto i sistemi di compensazione fra i vari cilindri che mettono in collegamento due collettori fra di loro, in modo che la fase di scarico di un cilindro aiuti l'altro nella fase di lavaggio e viceversa. Variando la posizione di questo compensatore (lungo la lunghezza dei collettori primari) si riesce anche a far cambiare la sua influenza sulla fase di lavaggio, andando a privilegiare alti o bassi regimi... chiaramente, tenendo presente che si è sempre limitati dagli spazi sulla moto, dalla disposizione dei cilindri e dalla loro fasatura meccanica.
Altro discorso (ed altro sistema per accordare lo scarico alle esigenze che si hanno) sono le diverse configurazioni di scarico attuabili: 2 in 1, 2 in 2, 2 in 1 in 2, 4 in 2 in 1, 4 in 2 in 1 in 2, 4 in 1... di base consideriamo che il progettista si trova prioritariamente a cercare di sfruttare al massimo lo spazio che ha a disposizione, e già non è una difficoltà da poco. Si deve poi cercare di enfatizzare le caratteristiche del motore su cui si stà lavorando per cercare di ottimizzarlo alle caratteristiche di utilizzo della moto. Tenendo presenti questi due parametri, si lavora ? rispetto alla configurazione di base della forma dello scarico ? sulle sue forme di dettaglio ma fondamentali: conicità, diametri dei vari collettori e lunghezze. Così facendo, anche uno scarico che in teoria (data dalla sua configurazione di massima) dovrebbe tirare solo in alto ? ad esempio - si riesce a farlo funzionare egregiamente ai regimi medio bassi. Ovvio che, nel calcolarlo, si debba sempre tenere a mente tutte le altre caratteristiche del motore (fasi aspirazione e scarico, airbox, ecc.) e comunque tenere bene a mente che si deve sempre andare a cercare il giusto compromesso funzionale.
Nelle varie configurazioni di scarico che ho appena accennato (2 in 1, 2 in 2, ecc.) non è possibile fare un discorso univoco sulle caratteristiche che andranno a dare al motore, perchè ogni tipologia di motore è un discorso a sé stante ed ogni scarico di conseguenza. Ogni caso, poi, può essere analizzato anche in base all'esperienza. Per dire: che i collettori di scarico con la crociera dei Desmodue siano un vero e proprio castrare le prestazioni di quei motori ? su tutto l'arco di erogazione ? è un dato di fatto e basta veramente poco per riuscire a fare meglio (però resta economico produrlo in serie!!), o che una configurazione 4 in 1 su un 4 cilindri in linea tende a farlo girare in alto, grazie alle forti contropressioni che si hanno con questa configurazione e che aiutano il lavaggio della camera di scoppio ad alti regimi. Resta però che sono sterili discorsi di massima, se lo scarico non è progettato/provato/collaudato come si deve, è più facile peggiorare che migliorare!! Personalmente, ritengo che sia veramente difficile ? ad occhio ? capire cosa e come intervenire per modificare in modo efficiente uno scarico di serie che, di fatto, è fatto veramente bene. Resta poi, comunque, il discorso della messa a punto del motore che, anche solo sostituendo il silenziatore, DEVE essere effettuata per riuscire a far rendere al motore quello che deve senza rischiare di fare solo più rumore...
A proposito di rumore, anche i silenziatori hanno la loro parte nell'insieme. E non pensate che un silenziatore più ?silenzioso? sia meno efficiente di uno ?caciarone?. Di base, c'è da dire che i silenziatori tendono a far calare le prestazioni (ricordate le prime Moto GP a scarico libero? E le F1 super-aperte?), ma visto che sono obbligatori, tanto vale renderli partecipi al sistema, facendo sì che il loro effetto smorzante delle onde sonore e delle onde di pressione dello scarico, ci aiuti a far lavorare accordato lo scarico. Ed anche qui, stesso discorso fatto per i collettori... difficile capire la sua efficienza senza dei calcoli e delle prove strumentali che consentano una loro corretta progettazione e verificare se sia meglio un silenziatore del tipo lineare ad assorbimento (con all'interno la canna forata, per intenderci) oppure uno a risonanza o, ancora, uno che sfrutti entrambi i sistemi. I DB Killer? Sono solo dei limiti tecnici al corretto funzionamento dello scarico in configurazione libera. Anche in questo caso è possibile una messa a punto adeguata con o senza la loro presenza, ma se si ha una corretta regolazione in un caso, non la si avrà nell'altro.
Queste sono solo alcune considerazioni di massima, (spero) per farvi capire la complessità e l'importanza del sistema di scarico in un moderno 4 tempi. Considerazioni che non possono essere esaustive o limitate a semplici risposte date ad una serie di domande mirate se non avendo un ben preciso target (tipo di motore/moto/ecc.) e un minimo ? si fa per dire - di supporto tecnico per una corretta analisi.
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
Una riflessione...per misurare precisamente un collettore di scarico, la sua lunghezza intendo, si misura considerando l'angolo più lungo delle curve o quello più corto? o la parte centrale? 
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DUCASBK
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
Parte centrale: media delle misure apprezzate.
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Re: Scarico, collettori, compensatori e terminali: quello che c'è da sapere
toglietemi una curiosità... ma un sistema di scarico di tipo 2-1 su in bicilindrico ad aria 2V quali vantaggi/svantaggi potrebbe portare? qualcuno di voi ha potuto tastare i due sistemi?
sicuro un vantaggio è il peso minore. Altro?
come si calcolerebbe la misura del collettore secondario? leggevo che dovrebbe essere avere un volume del 50% in più del primario. quindi se il primario dovesse essere 10, il secondario sarà 15?
grazie
sicuro un vantaggio è il peso minore. Altro?
come si calcolerebbe la misura del collettore secondario? leggevo che dovrebbe essere avere un volume del 50% in più del primario. quindi se il primario dovesse essere 10, il secondario sarà 15?
grazie