Todas las partes del motor tienen que funcionar en perfecta armonía y el sistema de escape no es una excepción. Para su diseño necesitaremos tener en cuenta el resto de partes del conjunto. De todos modos en este artículo nos centraremos únicamente en el sistema de escape y veremos la interacción entre las diferentes partes en los próximos artículos.
El objetivo en el diseño de un escape es sacar por completo y de la forma más eficiente que sea posible los gases ya quemados del interior del cilindro.
Habitualmente se entiende que cuanto menos restrictivo sea el sistema de escape mejor rendimiento proporcionará, pero hay muchos factores que entran en juego, y esto es generalmente falso.
¿Cómo afecta la inercia de los gases al vaciado?
Los gases de escape, como toda la materia en el universo, tienen masa y por tanto inercia, así que una vez que los gases estén en movimiento tenderán a seguir así mientras ninguna fuerza actúe sobre ellos.
Incluso después de cerrarse la válvula de escape, los gases seguirán en movimiento debido a la inercia, dejando tras de sí un área de vacío que ejercerá un efecto de succión.
La zona de vacío será tanto mayor cuanto más se alejen los gases del cilindro, y cuanto mayor sea la zona de vacío, más baja será la presión.
Este área de vacío se aprovechará para ayudar a extraer los gases de escape del cilindro siguiente. Por eso es muy importante que la longitud de los tubos sea la adecuada para que los pulsos de escape de todos los cilindros salgan de forma ordenada.
Sólo hay un problema, cuanto mayor sea la velocidad de giro del motor, menor será la distancia entre pulsos, por eso el escape sólo tendrá un funcionamiento óptimo a un régimen de giro determinado.
Cuando dos pulsos de escape se encuentran, se genera una contrapresión que afecta negativamente al vaciado del cilindro.
Más adelante ahondaremos un poco más en cómo adecuar la geometría para optimizar el funcionamiento del escape. En esta parte podemos quedarnos con que todos los tubos tienen que ser de la misma longitud.
Para motores de 4 u 8 cilindros hay dos formas en las que unir los tubos. Si los 4 convergen en un mismo punto se llama 4-1 y si se juntan de dos en dos para después volver a converger, como en las imágenes anteriores, es un sistema 4-2-1.
¿Cómo afecta la onda sonora de los gases al vaciado?
En cuanto la válvula de escape se abre, sale del cilindro una onda sonora que se desplaza por el sistema de escape a la velocidad del sonido, arrastrando consigo parte de los gases, lo cual ayuda en el vaciado.
Cuando esa onda llega al final del tubo, se genera una onda reflejada que viaja en sentido opuesto, hacia el cilindro, volviendo a arrastrar consigo gases.
El trabajo de optimización en la geometría del escape se centrará en que la onda reflejada llegue al cilindro durante el periodo en el que están abiertas tanto la válvula de admisión como la de escape (cruce de válvulas). Cuando hablemos de la admisión veremos por qué es esto interesante.
Longitud y diámetro de los tubos
El diámetro de los tubos establece la velocidad a la que viajarán los gases a través del escape. Unos tubos con mucho diámetro con respecto al cilindro harán que los gases de escape se ralenticen.
Según A. Graham Bell en su libro ‘Four Stroke Performance Tuning’ un motor da su par máximo cuando los gases de escape circulan a 76m/s. Cuanto mayor sea la velocidad a la que gira el motor, más rápido saldrán los gases del interior del cilindro. Para conseguir aumentar las revoluciones a las que un motor entrega su par máximo, puede ser interesante utilizar tubos con un diámetro grande que consigan ralentizar los gases.
La longitud del tubo afectará al lugar donde se entrega la potencia máxima con respecto al par máximo. Modificando la longitud del tubo conseguiremos variar el tiempo que necesita la zona de baja presión para recorrerlo.
Como a mayor velocidad de giro del motor menor es el tiempo entre explosiones de los cilindros, el frente de baja presión tiene menos tiempo para recorrer el escape.
A bajas revoluciones se consiguen mayores ganancias de rendimiento con tubos largos, que ayudarán con la evacuación de los gases. A medida que aumentan las revoluciones del motor y por ello la velocidad de los gases de escape, se consigue un mejor rendimiento con tubos cortos.
Si nos fijamos en la gráfica veremos que la longitud de los tubos apenas afecta al par máximo y lo que se ajusta es cómo se entrega la potencia entorno a ese par máximo.
Por ahora creo que vimos en suficiente detalle cómo trabaja el escape. En el siguiente artículo vamos a ver cómo afecta al sonido del motor.
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