MotoGP, la tecnica: l’importanza dello scarico nella progettazione del motore

Il nuovo scarico sviluppato da Yamaha in MotoGP sta ricevendo molta attenzione. Ma poche cose hanno un impatto così grande sul design di una moto e del suo motore come il sistema di scarico. Dalla giunzione della testata all’uscita dei collettori, le forme leggermente curve aiutano a definire il carattere delle nostre moto e dei loro motori. E le forme sono tutt’altro che puramente estetiche.

I gas di scarico contengono energia utile sotto forma di velocità e le forme armoniose minimizzano la perdita di questa energia (mentre, al contrario, repentini cambi di direzione interrompono questo flusso). Ecco perché la  curvatura deve essere il più uniforme possibile.

A pieno regime, quando la miscela di gas esplode nella camera di combustione, la pressione alla testa del pistone raggiunge circa 50 bar. I gas si “rilassano” e questa pressione scende rapidamente quando il pistone si abbassa, conferendogli potenza. Quando le valvole di scarico iniziano ad aprirsi, la pressione risultante dall’espansione dei gas nella camera di combustione è “solo” 5 bar.

Ma poi, visto che la pressione atmosferica è di circa 1 bar, perché non continuare a utilizzare tutta l’energia dei gas per spingere indietro il pistone? Sarebbe possibile, ma non lo facciamo perché le valvole di scarico devono iniziare ad aprirsi prima del punto morto inferiore. L’energia viene utilizzata in modo più efficiente in un altro modo: in un tubo di scarico ottimizzato, dove l’energia di scarico viene utilizzata come onde sonore.

Sia le onde positive (pressione) che quelle negative (aspirazione), che viaggiano attraverso condotti di dimensioni adeguate, possono essere utilizzate per aiutare il movimento del pistone. Per rimuovere i gas di scarico usati e riempire il cilindro di aria fresca.

La regola pratica nel dimensionare i tubi di scarico è questa: ovunque la sezione del condotto aumenti, un impulso di pressione di scarico si espande, irradiando/riflettendo un’onda negativa a monte. Ovunque il condotto diminuisca in superficie, trattiene l’impulso, facendo riflettere un’onda positiva.

Principi di uno scarico per un motore a 4 tempi

Quando le valvole di scarico iniziano ad aprirsi, un impulso di pressione di scarico entra nel collettore di quel cilindro. Quando raggiunge un punto di allargamento del condotto, invia un’onda di pressione negativa al motore. La lunghezza del collettore è adeguatamente dimensionata, in modo che questa onda negativa raggiunga il cilindro durante l’incrocio delle valvole. Il periodo intorno al punto morto superiore, quando le valvole di scarico non sono ancora completamente chiuse ma le valvole di ingresso hanno già iniziato ad aprirsi. Questa onda negativa entra nel cilindro, estraendo prima il gas di scarico inerte dalla camera di combustione sopra il pistone. Quindi entra nel sistema di aspirazione per favorire il flusso di aspirazione nel cilindro, anche prima che il pistone abbia iniziato a scendere. Ciò aumenta la coppia, impedendo la diluizione della carica fresca da parte dei gas di scarico rimanenti, oltre a dare un vantaggio al processo di aspirazione.

Poiché le onde negative e positive si alternano nel tubo di scarico, a velocità inferiore, non è più un’onda negativa che entra nella camera di combustione quando le valvole si incrociano. È un’onda positiva che respinge il gas di scarico nella camera di combustione, attraverso le valvole di aspirazione e nel sistema di aspirazione. Questo, diluendo la carica fresca che il pistone sta per assorbire, provoca una diminuzione della coppia del motore.

Ed i 2T?

Gli scarichi dei motori a due tempi sono completamente diversi. Iniziano con un collettore, proprio come un quattro tempi, ma questa è l’unica somiglianza. Il collettore è seguito da un cono divergente e da una camera di espansione di volume più grande, dopodiché il diametro si restringe rapidamente in un controcono.

Quando un pistone nel due tempi, scendendo nella sua corsa motrice, inizia a mostrare la luce dello scarico nella parete del cilindro, viene rilasciato un impulso di pressione nel collettore. Quando questa onda raggiunge il diametro maggiore, nella zona di espansione, è un’onda negativa che viene riflessa contro il cilindro. Lì, la bassa pressione aiuta a rimuovere i gas di scarico dal cilindro e aiuta la carica fresca a entrare attraverso due o più fori.

Quando il cilindro si riempie di aria, parte di questa miscela fresca inizia a perdersi attraverso la luce di scarico ancora aperta. Nel tubo di scarico, l’impulso è passato attraverso la sezione centrale del tubo e ora entra nel controcono. Riflettendo un’onda positiva verso la porta di scarico. Questa onda positiva arriva giusto in tempo per restituire nel cilindro la carica di aria fresca che ha iniziato a fuoriuscire.

Il compito del progettista del tubo di scarico è quello di creare una zona di coppia del motore abbastanza ampia da consentire al pilota, utilizzando il cambio, di mantenere il motore in quella zona per la maggior parte del tempo. Questo è l’obiettivo del nuovo scarico Yamaha. Permettere ai piloti di avere più coppia a medi regimi, per favorire l’uscita dalle curve. Cercando così di limitare il proprio deficit di potenza in rettilineo.

L’articolo originale di Paul Emile Viel su paddock-gp

LEGGI ANCHE

MotoGP a Jerez, occhio a Pedrosa wild card: tutti gli orari del GP

MotoGP, chi vincerà il GP Austin? Gli orari TV e streaming