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

Fuente

Funciona así:

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

Debido a la inercia, este gas creará una ligera onda de vacío detrás de él, lo que ayudará a aspirar más gas quemado, pero también gas fresco tan pronto como se destape la abertura de admisión.

El primer cono ayuda a aumentar el vacío: cuando el gas viaja a través de la tubería con cierta velocidad, viaja a través de un cierto volumen por tiempo. Si se aumenta la sección transversal y la velocidad permanece igual, 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 tiene una onda de choque corriendo hacia el cilindro. Golpea el gas fresco justo en el momento en que el pistón cubre la abertura de admisión y presiona este gas hacia el interior del cilindro. Cuando el pistón también cubre la abertura de escape, el gas fresco ya está bajo cierta presión.

De esta forma, el escape forma una especie de compresor, aumentando la eficiencia volumétrica/potencia del motor.

La forma del escape es muy crítica con respecto a la sincronización: la longitud de la tubería entre la abertura de escape y el primer cono define cuándo la onda de vacío amplificada llega al cilindro; debe estar allí cuando las aberturas de admisión estén expuestas y se pueda 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 admisión 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 máxima potencia.

Por ejemplo, aquí hay curvas de potencia/torque 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 las 5000 RPM porque allí el escape comienza a funcionar.

• La curva azul es un pico bastante estrecho con un máximo de 7700 RPM. pierde potencia con bastante rapidez para RPM más altas o más bajas.
• La curva roja se desplaza a RPM más altas, donde debería desarrollar más potencia, pero en cambio, 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 suele tener una transmisión con varias marchas fijas, por lo que funciona en un amplio rango de RPM. Por el contrario, los scooters suelen tener un variomatic, que permite que el motor funcione a unas determinadas RPM constantes.

Brevemente:

Los tubos de escape están diseñados para succionar los 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 un 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. Toma el tiempo correcto y podrás succionar 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? (Ni idea, es una de las razones para dar forma a un tubo de escape).
2. ¿Cómo interactúa esto con la amortiguación del sonido? (Que sospecho que 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. Ponga 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 aire y combustible 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 específico de RPM, y primero succionan una mayor cantidad de combustible-aire a través del motor, y luego la onda de presión rebota en la segunda parte estrecha y empuja el combustible adicional. -el aire regresa al cilindro a una presión más alta, lo que reduce el desperdicio de combustible y aumenta el rendimiento.

^*1 : Ignore el riesgo de que entre suciedad en el motor.