Así es como los sistemas de escape de rendimiento aumentan la potencia del motor

Un sistema de escape de rendimiento bien diseñado puede aumentar la potencia del motor hasta en un tres por ciento.

Después de un juego de ruedas llamativas, probablemente no haya nada que a los amantes de los engranajes que desean personalizar sus viajes les encante más que el rugido ronco de un sistema de escape de alto rendimiento. La nota del escape no solo agrega carácter al automóvil, jugar con algo que promete liberar la potencia oculta del motor es casi místico.

Sin embargo, el diseño del escape es una ciencia más dinámica que unir unos cuantos tubos y agregar silenciadores ruidosos y elegantes puntas de escape.

En días pasados, un sistema de escape de rendimiento se denominaba comúnmente escape de "flujo libre", y algunos sintonizadores creían que los mejores sistemas eran aquellos que no restringían el flujo de gases de escape. Ahora sabemos que esto solo juega un papel pequeño en el desbloqueo de caballos de fuerza en la mayoríamotores.

Los tubos colectores de longitud ajustada, a menudo con un enrutamiento tortuoso, que en realidad eliminan los gases de escape de la cámara de combustión, son los sistemas de escape de mejor rendimiento para los motores de aspiración natural. Los motores turbocargados tienen su propio conjunto de reglas.

Ajustar un sistema de escape a una aplicación dada es un desafío caso por caso. El desplazamiento, el tamaño de la válvula de escape, el sistema de inducción, el perfil de la leva, el diseño del puerto de escape y el rango de RPM son factores que influyen en la decisión de qué forma debe tomar el sistema de escape. Las reglas generales son fáciles de comprender, pero aplicarlas correctamente es donde las cosas se complican.

Con el motor en marcha, se manipulan "ondas" de alta y baja presión para extraer los gases quemados de la cámara de combustión. Para ayudar a lograr el equilibrio de presión más beneficioso entre la admisión y el escape, un juego de cabezales diseñado correctamente explotará dos mecanismos de barrido diferentes: barrido por inercia y por ondas.

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El barrido por inercia es creado por la inercia de los gases que se disipan desde la cámara de combustión hacia el tubo primario del cabezal cuando se abre la válvula de escape.

De acuerdo con los especialistas en escapes de rendimiento Hooker Headers, la velocidad óptima de los gases de escape para la mejor entrega de potencia es de aproximadamente 300 pies por segundo, de modo que si un motor tiene un tubo primario de 36 pulgadas, el escape tardaría 1/100 de segundo. "pulso" para pasar a través del tubo.

Incluso con la válvula de escape cerrada, el gas, debido a su inercia, sigue bajando por el tubo de escape a 300 pies por segundo. Sin embargo, a medida que el gas refrigerante pierde energía, la velocidad también comienza a disminuir. Esto es parte de la lógica para colocar el turbocompresor lo más cerca posible de la válvula de escape en los motores de inducción forzada, como se puede ver en los diversos motores "Hot-V" que están apareciendo.

Detrás de este pulso de alta presión hay un área de baja presión que continúa expandiéndose a medida que el gas se aleja de la válvula. Una vez que el último pulso de gas de escape llegue al final del tubo primario, todo el gas gastado en ese colector en particular estará a la misma baja presión.

El constructor de motores de carrera, Reher-Morrison Racing Engines, diseña sus sistemas orientados al rendimiento en función de la relación entre el diámetro del tubo colector principal y la velocidad de los gases de escape.

La clave para esto es seleccionar un diámetro de tubo que equilibre el rendimiento de flujo libre de los tubos de gran diámetro con la evacuación superior de los cabezales pequeños de alta velocidad. Los diámetros óptimos normalmente van desde 1-3/4 pulgadas a 1-7/8 pulgadas para motores más pequeños y de bajo rendimiento hasta tubos de 2-3/8 pulgadas para motores de gran cilindrada y alta potencia.

Además, al variar la longitud del cabezal, es posible manipular el tiempo que tarda el área de baja presión detrás de la ola en llegar al colector del cabezal, que es de lo que se tratan los tubos de cabezal de "ajuste".

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A diferencia del barrido por inercia, el barrido por ondas no depende del movimiento físico de los gases de escape. En cambio, se basa en la presión de la onda (sonora) creada por la apertura y el cierre de la válvula de escape.

Al abrirse, una onda de presión comienza a alejarse de la válvula a una velocidad superior a 18 500 pulgadas por segundo, más rápido que la velocidad del sonido, que al nivel del mar es de aproximadamente 13 397 pulgadas/seg.

Siguiendo la misma teoría que rige el movimiento de las ondas sonoras en un tubo de órgano, cuando la onda sónica llega al final del tubo primario, se genera una onda de choque negativa, que se refleja hacia el puerto de escape. Al ajustar la longitud del cabezal para que esta onda de presión negativa llegue mientras la válvula está abierta, los gases gastados se eliminarán de la cámara de combustión.

Si esta área de baja presión se derrama en otro tubo primario de un cilindro donde la válvula de escape recién comienza a abrirse, esa área de baja presión ayudará a extraer los gases de escape de ese cilindro. Aquí, el motor de combustión interna obtendrá una ventaja, porque quedan menos gases de escape residuales en la cámara de combustión, lo que puede ensuciar la carga entrante de combustible y aire nuevos.

Esta longitud sintonizada es específica para una frecuencia dada directamente gobernada por la velocidad del motor. Como resultado, un encabezado sintonizado solo aumentará el rendimiento del motor en un rango de revoluciones relativamente estrecho, posiblemente en un par de bandas de velocidad diferentes, y como en un tubo de órgano, cuanto mayor sea la velocidad/frecuencia, más corto será el tubo. La mayoría de los motores de carreras funcionan mejor con tubos primarios de entre 28 y 30 pulgadas de largo.

En el mundo místico de la puesta a punto del motor, donde las mejoras a menudo se miden en cifras individuales, no se puede ignorar el aumento del dos al tres por ciento en la potencia del motor que un sistema de escape de rendimiento normalmente desbloquea.

Como ingeniero con más de 40 años de experiencia en la industria automotriz, Peter Els se resume a sí mismo en una frase: "Ingeniero automotriz de profesión, reductor por elección". Trabajando desde su hogar en la costa este de Sudáfrica, Peter pasa la mayor parte de su tiempo analizando y escribiendo sobre automóviles y las emocionantes tecnologías que impulsan el futuro de la movilidad. Comparte sus hallazgos, opiniones y experiencia en varias publicaciones en línea, incluida una columna mensual en el muy respetado portal Automotive IQ, artículos sobre FutureCar, Robotics Business Review y reseñas de productos en Car Fix Book. Cuando no escribe sobre autos, Peter es un ávido seguidor de los deportes de motor. Habiendo corrido motocicletas durante 10 años, todavía disfruta del tiempo en la pista, aunque ahora, en cuatro ruedas en lugar de dos.