Os dois tubos de escape do motor a gasolina têm um formato estranho. Eles se expandem para um diâmetro largo e diminuem para um diâmetro muito pequeno, onde os gases de escape emergem no ambiente.

- Por que eles são moldados de uma maneira tão estranha?

- Para que serve a grande expansão no tubo de escape?

- Por que o diâmetro reduz drasticamente no final?

Há essa bela animação de um motor a 2 tempos com uma câmara de expansão

Fonte

Funciona assim:

Enquanto se move para baixo após a ignição, o pistão expõe a abertura do escapamento e o gás queimado flui para o tubo de escapamento como uma onda de choque (alta pressão).

Devido à inércia, esse gás criará uma leve onda de vácuo atrás dele, o que ajuda a sugar mais gás queimado, mas também gás fresco assim que a abertura de entrada for descoberta.

O primeiro cone ajuda a aumentar o vácuo: quando o gás viaja através do tubo com uma certa velocidade, ele viaja através de um certo volume por vez. Se a seção transversal for aumentada e a velocidade permanecer a mesma, a onda viaja através de um volume maior. Isso cria mais ... uhm ... volume de vácuo por trás da onda. É um pouco difícil de explicar.

OK, agora temos gás fresco no cilindro, mas também no coletor. A onda de choque agora atinge o cone certo e é refletida. Ou seja, você agora tem uma onda de choque correndo em direção ao cilindro. Atinge o gás fresco no momento em que a abertura de admissão é coberta pelo pistão e pressiona esse gás no cilindro. Quando o pistão também cobre a abertura de exaustão, o gás fresco já está sob alguma pressão.

Dessa forma, o escapamento forma algum tipo de compressor, aumentando a eficiência / potência volumétrica do motor.

A forma do escapamento é muito crítica em relação ao tempo: O comprimento do tubo entre a abertura do escapamento e o primeiro cone define quando a onda de vácuo amplificada atinge o cilindro - deve existir quando as aberturas de entrada são expostas e o gás fresco pode ser aspirado fora deles. E a distância para o segundo cone define quando a onda de choque refletida atinge o cilindro. Novamente: Isso deve acontecer quando a entrada já estiver coberta e o escape ainda não.

Isso significa que o tubo de escape foi projetado para uma RPM específica, onde você obtém o máximo ganho de potência.

No entanto, os ângulos dos cones permitem ampliar a faixa de RPM em que o motor desenvolve sua potência, ao custo da potência máxima.

Por exemplo, aqui estão as curvas de potência / torque para três sistemas de escape na mesma scooter:

Primeiro, é notável que o motor comece a desenvolver potência acima de 5000 rpm, porque o escapamento começa a funcionar.

• A curva azul é um pico bastante estreito, com um máximo de 7700 RPM. perde energia rapidamente para RPMs mais altas / mais baixas.
• A curva vermelha é deslocada para RPM mais altas, onde deve desenvolver mais potência - mas, em vez disso, foi projetada para uma faixa de RPM mais ampla. Então, o max. a potência é semelhante à da curva azul, mas a faixa de RPM é cerca de duas vezes maior.

Finalmente, o design também depende das necessidades do veículo. Uma moto cross de motor geralmente tem uma transmissão com várias marchas fixas e, portanto, percorre uma ampla faixa de RPM. Por outro lado, as scooters geralmente têm uma variomática, que permite que o motor funcione em uma determinada RPM constante.

Resumidamente:

Os tubos de escape são moldados para sugar gases da câmara de combustão em uma série de RPMs.

Um pouco mais:

Imagine um motor de 2 tempos sem escape ^{* 1} . Quando a válvula de escape abre, os gases queimados deixam o cilindro. Deixe a válvula aberta por um tempo suficiente e o cilindro estará à pressão do ar ambiente.

Agora ligue o motor a uma velocidade fixa e adicione um tubo reto como escape. Quando a válvula de escape abre, uma onda de gases comprimidos flui para o tubo, progride até o final do tubo e se expande para a atmosfera circundante. Nesse momento, uma onda reversa (baixa pressão) entrará no tubo e retornará ao cilindro. Tempo certo e você pode sugar alguns dos gases queimados restantes para fora do cilindro.

Agora, um tubo reto funciona apenas para um pequeno intervalo de RPMs. Mas se você mudar o tubo para um formato em V, ele funcionará mais gradualmente.

Agora as grandes perguntas:

1. Essa é a única razão? (Não faço ideia, é uma das razões para moldar um tubo de escape).
2. Como isso interage com o amortecimento de som? (Suspeito que seja a segunda parte do escapamento que você mostrou).

Infelizmente terei que deixar esses dois para que outros respondam.

Informações adicionais de - Perkins, que possui conhecimento mais detalhado. Coloque a resposta desde que eu entenda que os comentários acabarão desaparecendo das respostas.

É um pouco mais complicado. Os motores a dois tempos têm uma nova mistura combustível-ar entrando no cilindro ao mesmo tempo em que o escapamento está saindo. Sugar uma quantidade suficiente de escape do cilindro é trivial. Os tubos de escape de formato estranho como o mostrado na verdade são ajustados para uma faixa específica de RPM e primeiro sugam uma quantidade maior de ar combustível através do motor e, em seguida, a onda de pressão ricocheteia na segunda parte estreita e empurra o combustível extra - volte ao cilindro a uma pressão mais alta, reduzindo o desperdício de combustível e aumentando o desempenho.

^{* 1} : Ignore o risco de sujeira entrar no motor.