Introduzione

Come tutti ben sappiamo, la marmitta e fondamentale per un rendimento ottimale del motore 2 tempi. Si puo dire che e l’anima del motore; con le sua caratteristicha detta il carattere di erogazione della potenza. In questo articolo si trattera del funzionamento delle marmitte ad espansione pure, senza varie paratie interne che influiscono sul funzionamento di esse.

La marmitta ad espansione che conosciamo oggi fu per prima volta introdotta nei anni '50 dalla MZ. Messa a punto dall ing. Walter Kaaden che capi che c'era energia nelle onde sonore generate dall processo di combustione. La scoperta di questo fenomeno ha aperto una nuova era di teoria e utilizzo dei motori a due tempi.

La marmitta sfrutta le onde sonore di pressione create dalla uscita dei gas dalla luce di scarico. Queste onde hanno la caratteristica di riflettersi come onde sonore negative (depressione) appena incontrano la fine di un tubo. Invece se incontrano un tubo chiuso si riflettono mantenendo il segno e rimangono onde di pressione. Queste onde si muovono indifferentemente al flusso dei gas di scarico e hanno una velocita molto piu elevata. Possiamo immaginarci come le onde sul mare; si muovono veloci, ma un pezzo di legno sulla superfice resta nella stessa posizione quando le onde lo sorpassano.

Le sezioni

Parti principali di una marmitta.

Le parti principali di una marmitta sono il collettore, il diffusore e il controcono. Il diffusore e il “tubo aperto”; crea le onde di risucchio, invece il controcono e il “tubo chiuso” della marmitta; riflette le onde di pressione che aiutano la sovralimentazione. Il diffusore ed il controcono hanno una angolo di divergenza prestabilito, per avere una erogazione di potenza adatta al impiego.

Importantissima la lunghezza delle componenti, con la quale si determina il giusto tempismo delle onde sonore, che deve essere in sintonia con tutte le altre componenti di un motore, ma in maggior parte con il diagramma delle aperture delle luci del gruppo termico.

Altra parte importante di una marmitta e il tubo finale, prima del silenziatore. La sua funzione e quella di mantenere pressione, e con cio anche la temperatura all interno della marmitta.

Il silenziatore come dice il nome serve ad silenziare il suono. Il tipo di silenziatore piu comune usato nelle espansioni e quello con tubo perforato e lana di vetro avvolta attorno. Il suo punto di forza e che non provoca soppressione di flusso proveniente dalla marmitta.

Le fasi del funzionamento

(Nota; nei disegni le freccine segnalano i gas e la loro direzione, invece gli archi segnalano le onde sonore)

Dopo l’accensione inizia la fase di espansione dei gas combusti nella camera di scoppio. Il pistone si muove verso il punto morto inferiore.

Il pistone scopre la luce di scarico. I gas cominciano ad uscire ad una velocita molto elevata, per questo motivo viene generata un onda di pressione sonora che incomincia a viaggiare nell collettore.

A questo punto nel cilindro e gia cominciata la fase di travaso. Quando l'onda di pressione raggiunge il diffusore, si riflette in parte come onda di depressione o risucchio ( verde).

L'onda di depressione raggiunge il cilindro, dove aiuta la fuoriuscita dei gas di scarico e il riempimento del cilindro con la miscela fresca. Una parte della miscela viene risucchiata nella luce di scarico. Quasi nello stesso tempo l'onda di pressione non riflessa dal diffusore raggiunge il controcono della marmitta, dove si riflette come onda di pressione (giallo).

A questo punto il pistone ha gia chiuso i travasi. Poco prima che la luce di scarico viene chiusa, la raggiunge l'onda di pressione riflessa dal controcono. Questa onda spinge la miscela fuoriuscita nella luce di scarico nel cilindro, in pratica crea una lieve sovralimentazione.

Per sfortuna la marmitta funziona solo ad un determinato numero di giri. Il motore produce la coppia massima quando la marmitta entra in resonanza con le aperture delle luci. Ad un numero di giri sotto la resonanza della marmitta, l'onda di risucchio raggiunge troppo presto il cilindro, il pistone non e sceso abbastanza per scoprite i travasi, cosi non e possibile un buona evaquazione dei gas spenti e il riempimento con la miscela fresca. Dall altra parte ad un numero di giri troppo elevato, il pistone ha gia chiuso i travasi quando l'onda di risucchio raggiunge il cilindro.

Il numero di giri motore ai quali la marmitta sara in resonanza dipende dalla lunghezza della stessa e anche dalla temperatura dei gas di scarico, infatti con il cambiamento della temperatura cambia anche la velocita di diffusione delle onde sonore. Piu e alta la temperatura, piu in alto si sposta il reggime di potenza massima. Alcune volte, specialmente a temperatura ambiente bassa, il collettore della marmitta o pure anche tutta la marmitta viene avvolta con uno strato isolante, per fare si che la marmitta mantenga la temperatura ottimale.

Caratteristiche

La geometria della marmitta detta il suo “carattere”. La lunghezza detta il numero dei giri motore ai quali la marmitta entra in fascia di potenza. Paragonata ad una marmitta corta, su una marmitta lunga le onde sonore devono percorrere un tracciato piu lungo prima di ritornare al cilindro. Impiegano piu tempo, quindi possono svolgere il loro lavoro quando la velocita del pistone e relativamente bassa. In parole povere una marmitta lunga offre la potenza ai reggimi di rotazione bassi, una marmitta corta invece ai reggimi alti.

La conicita del diffusore e controcono invece dettano la lunghezza e l’amplitudine di ogni singola onda sonora riflessa verso il cilindro. Con una conicita maggiore le onde riflesse sono piu corte ma con un amplitudine maggiore. Dunque una marmitta con la conicita dei coni maggiori produrra una potenza piu elevata di una marmitta con conicita minore, pero in una fascia di giri motore piu ristretta. Con una marmitta cosi il motore sara piu “nervoso” da guidare, la trasmissione piu difficile da tarare. Invece una marmitta con conicita minore offre potenza fin dai giri bassi, ma la potenza massima e inferiore ad una con angolo maggiore, ed e sparsa in un arco di giri motore piu largo. Uno scooter equipaggiato con trasmissione variabile automatica la fascia di giri motore usata e piu stretta che su un motore a marcie, quindi e possibile usare una marmitta con conicita maggiore. E quindi indispensabile trovare la angolazione dei coni ottimale in base al tipo e impiego del motore.

Questo diagramma mostra la differenza tra uno scarico con angolazione dei coni maggiore (da pista), ed uno con angolazione minore (intermedio).

Le paratie interne

Le paratie interne vengono adottate molte volte dai produttori di marmitte, per il semplice motivo di rendere la marmitta conforme alle regole stradali. Quindi la marmitta deve rispettare le limitazioni di suono, e su uno scooter 50cc non deve aumentare la velocita massima, la quale e limitata ad una certa velocita. Quindi le paratie si usano per reprimere in parte la funzione di una marmitta ad espansione.

Marmitte ad espansione su motori ad iniezione

Spesso si sente dire che una marmitta ad espansione non puo aumentare le prestazioni di un motore 2 tempi ad iniezione diretta. Infatti su motori ad iniezione attuali se si sostituisce la marmitta originale con una marmitta ad espansione il rendimento e scarso o nullo. Il problema non e nella marmitta; questa compie il suo ruolo esattamente come nei motori a carburatore, il problema e il sistema di iniezione, il quale non ha sistemi di diagnosi adeguati per adattarsi ad una marmitta ad espansione. Cambiando la marmitta originale con una ad espansione, si cambia il riempimento del cilindro con l'aria. Il sistema di iniezione ha una mappatura piu o meno fissa, quindi inietta una quantita di benzina inadatta alla quantita di aria introdotta nella camera di combustione. Cosi le prestazioni cambiano di poco, e si possono creare condizioni di carburazione magra che possono provocare surriscaldamento.

Ma questa tecnologia e ai appena suoi inizi, quindi possiamo aspettarci cambiamenti radicali in un futuro prossimo.

©Marko Bostjancic aka Roost