Diamoci una rifasata! (guida alla conoscenza delle fasature)

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Terza parte.

Vediamo una per una le fasi nel funzionamento del motore partendo dall’aspirazione.

Aspirazione o ammissione

La fasatura di aspirazione determina quanta “carica” (la miscela aria-benzina) deve entrare nel motore ma non solo, le distanze dell’apertura e della chiusura rispetto al pms e all’apertura di travasi e scarico influiscono molto sull’erogazione del motore.

Un esempio banale. Immaginiamo il motore spento con il pistone a pmi e spingiamo sulla pedivella: il pistone partendo dal pmi, inizia a salire e appena chiude i travasi e la valvola di aspirazione si apre (immaginiamo in questa fase il pistone come lo stantuffo di una siringa che sta aspirando da una fialetta), si crea nel carter pompa ovvero dove gira l’albero una depressione, aspirando attraverso il carburatore la miscela aria-benzina. Continuando nella rotazione dell’albero ad un certo punto l’ammissione si chiude, il pistone ha già iniziato la sua discesa e appena le luci di travaso si riaprono, la miscela a/b presente nel carter viene pressata e travasata (ecco perché si chiamano travasi) dal carter pompa all’interno del cilindro. Continuando a girare ancora il pistone sale comprimendo quanto aspirato e contemporaneamente salendo ricrea depressione nel carter aspirando altra carica, di sopra invece quando il pistone è a pms ha compresso la miscela aria-benzina, è scoccata la scintilla, avviene lo scoppio-espansione, il pistone viene spinto giù, entra dai travasi nuova carica, i gas combusti vengono espulsi, il pistone risale, comprime, scoppia e così via.

Togliete il piede dalla pedivella, il motore ora è in moto.

Stabilito come si sviluppa la fase di aspirazione nel motore vediamo cosa implicano i punti di apertura e chiusura.

Quando si deve aprire l’aspirazione? In teoria da quando il pistone salendo ha chiuso i travasi quindi la nostra “siringa” è nella condizione migliore per aspirarsi dentro la carica. In pratica invece tardando un po l’apertura rispetto alla chiusura dei travasi, prima che si apre l’aspirazione all’interno del carter si crea già depressione e all’apertura della valvola inizierà l’aspirazione in maniera più vigorosa, a tutto vantaggio del rendimento ai bassi e medi regimi. Viceversa anticipando l’apertura a prima che i travasi siano chiusi avremo il cosidetto incrocio ovvero il momento in cui aspirazione travaso e scarico si incrociano nelle loro fasi con vantaggi solo agli alti regimi.

Quando si deve chiudere la valvola? In teoria non appena il pistone ha terminato la sua corsa verso l’alto perchè se il pistone inizia a scendere e la valvola è ancora aperta, irrimediabilmente parte della carica aspirata sarà risputata fuori (il famoso rifiuto). In pratica però il ritardo nella chiusura dell’aspirazione è uno di quei parametri che influisce tantissimo sulla potenza del motore agli alti regimi. Con l’aumentare dei giri, è proprio in questa fase che entra la carica in più, quella che teoricamente scapparebbe via resta invece all’interno del carter che si traduce poi all’apertura dei travasi in getti di miscela molto corposi. Fra l’altro quello che tutti chiamano “albero anticipato” spesso rispetto ad un albero originale è più ritardato che anticipato.

Quanto sopra già vi fa capire la differenza fra fasature di aspirazione strette e larghe rispetto al rendimento del motore ai bassi o agli alti.

Fasature di aspirazione ampie agli alti regimi fanno entrare grandi quantità di carica ma ai bassi regimi ne resta poca nel carter e i getti di miscela dall’ammissione e dai travasi sono fiacchi perché quando si chiude l’aspirazione parecchia carica è scappata via, all’interrno del carter pompa c’è poca roba e poca pressione. Aggiungiamo poi carburazione difficile ai bassi, motore che si sporca a minimo, poca guidabilità, alti consumi e scarsa fruibilità del motore nei percorsi lenti.

Specularmente fasature di aspirazione strette danno origine a flussi di aspirazione e travaso vigorosi ma di breve durata che ripuliscono bene e subito il cilindro dai gas combusti con ottimi risultati in termini di resa ai bassi e medi regimi ma pochissima propensione a portarsi ad alti regimi.



La fase di travaso

E’ la fase in cui la miscela aspirata dal pistone in risalita (la nostra siringa) viene poi pompata e travasata nel cilindro durante la discesa del pistone stesso. Quando si aprono i travasi lo scarico è già aperto, buona parte dei gas combusti sono andati già via i gas freschi entrano nel cilindro e quello che resta dei gas combusti viene cacciato via (si spera) dall’arrivo dei gas freschi. La perfetta pulizia del cilindro dai gas combusti è la condizione base per un buon riempimento con i gas freschi. L’altezza dei travasi determina appunto la fasatura di travaso mentre il numero e la larghezza aumenta principalmente la portata. La loro angolazione e distribuzione è studiata in modo da riempire il più possibile di carica il cilindro accompagnando “alla porta” i gas combusti. In realtà a questa fase di pulizia contribuisce in maniera significativa lo scarico a espansione.

La fasatura di travaso è una fase simmetrica rispetto al pmi quindi se l’aumentiamo immancabilmente inizia prima come finisce dopo in maniera simmetrica.

Perché alzare la fasatura di travaso? Perché i travasi (come lo scarico) sono finestre che vengono aperte e richiuse dal movimento del pistone, Se consideriamo il tempo della loro apertura è facile capire che questo è influenzato dal numero dei giri ovvero a bassi regimi resteranno aperti sicuramente di più che agli alti. Ma con l’aumentare dei giri abbiamo bisogno necessariamente di più carica e se il tempo di apertura dei travasi non è adeguato non potremo far arrivare nel cilindro la carica necessaria per aumentare la potenza ed i giri.



La fase di scarico

La fasatura di scarico è la fase in cui il cilindro sputa fuori i gas combusti per lasciar posto alla carica di gas freschi ovvero la miscela aria-benzina. Immaginiamo anche qui il nostro motore spento e abassiamo la pedivella. Il pistone scende, si aprono i travasi, entra la miscela, il pistone sale, chiude travasi e scarico, comprime, avviene lo scoppio. Il pistone scende, si apre la luce di scarico e i gas iniziano ad uscire, in seguito si aprono anche i travasi, arrivano i gas freschi che spingono via i gas combusti rimasti, il pistone risale, chiude travasi e scarico, comprime, scoppia e potete togliere il piede dalla pedivella.

La durata della fase di scarico ovvero la sua altezza è quella che determina il regime di potenza massima. A fasi basse di scarico tipo 160-170 gradi corrispondono regimi di potenza massima intorno ai 6-7000 giri, con pochi gradi in più diciamo 180 si inizia a salire a botte di 1000 e più giri fino a motori che girano a 13-14.000 e più giri che viaggiano con fasi di scarico intorno ai 195-200 gradi.

Come vedete, anche qui fasatura stretta significa ottima resa ai bassi e poco allungo, fasatura larga invece porta ad alti giri, allungo notevole ma motore vuoto sotto certi regimi. Nelle moto 2t il problema è stato risolto con luci di scarico ad altezza variabile quindi ai bassi regimi hanno ad esempio 160 gradi di scarico per aumentare progressivamente l’altezza proporzionalmente all’aumentare dei giri.


Perché l’altezza influenza il regime di potenza massima? Innanzi tutto perché il tempo in cui la luce resta aperta (in secondi o meglio millisecondi) diminuisce con l’aumentare dei giri quindi salendo con i giri arriveremo ad un regime in cui la carica che entra non aumenta più perché non c’è il tempo di travasarla e di sputare fuori i gas combusti per lasciare posto ai freschi e quindi il motore non ha più la forza di andare oltre quel regime. Se aumentiamo il tempo di apertura ovvero la fasatura di scarico (e necessariamente anche quella di travaso) avremo possibilità di far girare il motore ad un regime maggiore. Inoltre aprendo prima la luce di scarico i gas combusti vanno prima nell’espansione a fare il loro sporco lavoro, (anche quì un’altra bella siringa, poi la vediamo in un topic apposito ) ovvero aiutare il motore ad aspirare più carica ed a comprimerla meglio. Essendo la fase di scarico simmetrica, se si apre prima "x" gradi automaticamente si chiude "x" gradi dopo e come sempre con fasature ampie si hanno le solite perdite di carica e di potenza ai bassi regimi.

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Quarta parte.

In questa parte della guida vedremo fase per fase le modifiche da apportare.

Innanzi tutto qualche precisazione. Il mezzo per cui stiamo studiando eventuali modifiche è una vespa, con i suoi pro ed i contro e soprattutto quello che deve venir fuori, salvo casi limite, è un motore che ci consenta comunque un utilizzo normale e senza compromessi del mezzo, compreso portarsi dietro un passeggero e/o bagagli anche per diversi km. Il motore vespa nasce per muovere la vespa e per farla correre quanto basta, questo lascia poco spazio e i limiti dell’applicabilità di tante teorie sono piuttosto stretti. Ad esempio uno dei primi aspetti limitanti è il cambio che ha solo 4 rapporti e con un tuning proiettato agli alti giri nel passaggio dalla terza alla quarta il motore potrebbe ritrovarsi ad un regime dove la potenza non basta neanche a tenere la velocità raggiunta in terza: i famosi motori vespa 3m + rm ovvero in quarta vanno indietro .

Altro aspetto che vorrei fosse ben chiaro è che in materia di tuning ognuno nel suo piccolo ha le sue teorie e i suoi gusti, c’è chi sostiene che sono migliori i motori coppiosi con rapportature lunghe, per altri meglio primarie "leggere" e motori che girano allegri, c’è chi vede il lamellare come l’unica soluzione risolutiva a tanti problemi di erogazione e chi invece è restato legato all’aspirazione a valvola, e così via.

Quello che riporto di seguito non è il vangelo ma è semplicemente una mia interpretazione di come orientarsi nelle modifiche alle fasature di un motore vespa con ammissione a valvola rotante. Chiunque voglia esprimere il suo modo di vedere le cose anche in assoluto contrasto con quello che scriverò io è assolutamente ben accetto, il corretto confronto porta sempre vantaggi per tutti.

La fasatura di travaso.

L’ampiezza della fasatura di travaso è legata principalmente al regime di potenza massima del motore nel senso che più si sale di giri e più ampia deve essere la stessa. Il motivo principale è che la luce viene aperta e chiusa dal pistone e con l’aumentare dei giri il tempo di apertura delle luci di travaso diminuisce a causa del minor tempo che impiega il pistone a tenerle aperte. Modificare l’altezza delle luci di travaso è un lavoro molto delicato in tutti i sensi, difficile da eseguire e ancora di più farlo bene senza compromettere il corretto afflusso della miscela aria-benzina. Un travaso è un condotto che parte dai carter e termina nel cilindro con una sezione decrescente: tale deve rimanere anche dopo aver alzato la luce ovvero se aumentiamo la sezione finale del condotto lo stesso aumento deve essere attuato per tutto il condotto per non perdere quanto guadagnato alzando la fase di travaso. Per la forma che hanno i travasi andare a eseguire una buona lavorazione dell’interno senza comprometterne le giuste forme e sezioni è un lavoro difficile quando eseguibile, provate a pensare di modificare le luci(ne) di un 121 Pinasco per small, vi renderete conto che è meglio cercare un cilindro che ha già dei travasi più grandi.

Per comprendere meglio quanto particolare sia un condotto di travaso vi basterà osservarne qualche disegno in sezione (il web è pieno) oppure prendere un vecchio cilindro e tagliarlo dall’alto verso il basso centrando con il taglio i travasi (chi ha foto di cilindri sezionati si faccia avanti). Detto questo, quando si deve fare un motore e si ha intenzione di farlo girare alto è consigliabile partire da un gt che ha già di suo una fasatura di travaso più alta.

Un sistema indolore ed economico per alzare la fasatura di travaso è quella di spessorare il cilindro alla base e questo comporta anche l’aumento della fase di scarico; considerando che per la luce di scarico vale quanto detto per il travaso ovvero che all’aumentare dei giri la sua ampiezza deve aumentare, abbiamo teoricamente preso due piccioni con una fava. Altro vantaggio di questa modifica è che è tranquillamente reversibile quindi in caso ci accorgiamo che abbiamo ottenuto il contrario di quello che volevamo, con poche operazioni e soprattutto a costo “0” possiamo ripristinare la situazione precedente. Se invece ad un cilindro abbiamo modificato le luci e la prova su strada ci da un responso negativo il cilindro ha buone possibilità di finire nel secchio del ferro vecchio (provato sulla mia pelle del portafogli ).

Giusto per darvi una idea, per la fase di travaso si va da circa 120 gradi per un motore da 6-6500 giri ai 130 gradi per un motore da 9000 giri e così via. Questi sono valori riportati nella quasi totalità di testi riguardanti motori a 2 tempi e sono secondo me da considerare comunque indicativi ricordandoci sempre che il nostro è un motore di vespa. Da osservare come pochissimi gradi di differenza (che corrispondono a variazioni di decimi di mm) comportano salti di migliaia di giri, quindi niente modifiche a “zappate“ ma pochi gradi per volta, misura e prova.

Un discorso a parte va fatto per i travasi fronte scarico. Questi per la loro conformazione sono spesso facilmente lavorabili in altezza ed in larghezza. In genere lavorare in larghezza un travaso e per tutta la sua lunghezza ne aumenta la portata senza aumentarne la durata in gradi in quanto non aumenta l’altezza ovvero miglioria a tutti i regimi. Come per gli altri, aumentandone l’altezza aumenta la durata della loro fase in gradi e spesso si sono visti gt con i travasi fronte scarico più alti dei laterali. Molti costruttori utilizzano la maggiore altezza di queste luci di travaso per migliorare il lavaggio in quanto aprendosi pima dei travasi laterali, possono iniziare a pulire e riempire meglio la parte alta del cilindro.

Nei cilindri Pinasco 215, spesso, a causa della lavorazione di cromatura la parte finale dei due travasi fronte scarico è presente un dentino che di fatto crea turbolenza (riducendone di fatto la portata) e devia il getto dei travasi con rischi di cortocircuitazione ovvero flussi diretti direttamente nello scarico. Apportando le giuste correzioni si ha un miglioramento del lavaggo e un migliore riempimento del cilindro, oltre ad un piccolo ma significativo guadagno di qualche grado nella fasatura di travaso.

Un sistema piuttosto semplice per aggiungere travasi ove possibile è quello di scavare nella camicia e realizzare delle unghiate, termine assolutamente azzeccato per comprendere la forma di questi travasi. In corrispondenza delle unghiate, sul pistone devono essere realizzati dei fori che serviranno appunto ad alimentare questi nuovi travasi. Non vanno mai realizzati in corrispondenza del/dei punti di unione delle fasce elastiche tenendosi a qualche mm di distanza.

Altra importante miglioria attuabile sulle luci di travaso è una corretta pulizia interna ovvero l’asportazione di tutte le bave di fusione dovute agli stampi o spesso ad una non attenta lavorazione di finitura, regolarizzandone le superfici.

La fasatura di scarico.

Una delle fasi più delicate è quella di scarico. Delicata perchè bastano davvero pochi gradi in più per ritrovarsi grandi benefici e pochi altri ancora per ritrovarsi il motore che non avremmo mai voluto. Anche la larghezza è importante, bastano pochi decimi in più per guadagnare in tutti i regimi e pochi altri ancora per fargli inghiottire le fasce e buttare tutto. Spesso chi non vuole stare tanto a spiegare o non vuole svelare le proprie conoscenze o peggio non saprebbe da dove iniziare vi liquida semplicemente con un "lo scarico non va mai toccato" e invece no, se ben eseguiti i lavori allo scarico danno ottimi risultati. Vediamo come.

La fase di scarico è quella che consente al cilindro di buttare via i gas combusti ma non solo. I gas combusti escono dallo scarico e vanno nell'espansione che è praticamente un sistema di sovralimentazione ovvero consente al motore di caricarsi di più di miscela aria-benzina. Questo grazie allo sporco lavoro che i gas di scarico compiono nell'espansione quindi la fase di scarico e l'espansione (principalmente la sua lunghezza) devono necessariamente andare daccordo.

Alzando la luce di scarico ovvero aumentandone la durata in gradi si ha un innalzamento del regime di potenza massima ma per girare più alti, maggiore deve essere la fase di travaso, più ampia dev'essere la fase di aspirazione. Alla fine si hanno grandi aumenti di potenza ma la stessa è fruibile solo agli alti regimi, ai medi e sopratutto ai bassi c'è poca potenza. Le fasi non vanno mai viste singolarmente ma sempre in accordo con le altre e con le altre parti del motore ma sopratutto con quello che è l'utilizzo che ne faremo del motore. Se come penso con la nostra vespa, small o large che sia non ci dobbiamo andare in pista allora dobbiamo tornare con i piedi per terra e cercare i giusti compromessi. Iniziamo anche in questo caso a considerare dei valori di riferimento per la luce di scarico in relazione al regime di potenza massima che vorremmo ottenere: si va dai 170 gradi per un motore da 6500-7000 giri ai 180 per 8000 e più giri. Come premesso per la fase di travaso, anche questi valori sono da intendersi indicativi e anche in questo caso notate come pochi gradi originano step di migliaia di giri.

Il mio consiglio è quello di non superare i 180 gradi di scarico che ritengo un valore di punta per un motore che deve girare comunque alto e deve essere anche ben abbeverato e possibilmente con una primaria non lunga. Diversamente è meglio tenersi qualche grado lontano dai 180* ricordando che la quarta potrebbe diventare la retromarcia.


La fasatura di ammissione o aspirazione

La modifica della fase di aspirazione è quella che sembra più a portata di mano. Questo grazie alla buona disponibilità di alberi già modificati dai vari costruttori di ricambi ed alle facili modifiche alla valvola rotante che a seconda di quanto e dove viene modificata aggiunge gradi all’anticipo o al ritardo.

Iniziamo col dividere la fase di aspirazione in anticipo e ritardo. Come già detto l’anticipo è la parte di aspirazione che inizia prima che il pistone arrivi a pms, il ritardo è voceversa la parte di fasatura che va dal pms alla completa chiusura della valvola. La somma di queste due parti forma è la durata totale della fasatura, espressa solitamente in forma 120/55, 130/65 etc, dove il primo valore indica l’anticipo, il secondo indica il ritardo.

Anche in questo caso come travaso e scarico, più il motore deve girare alto più ampia deve essere la fase di aspirazione; vediamo come ripartirla fra anticipo e ritardo.

Nei motori originali l’anticipo inizia dopo che i travasi sono chiusi, nei motori molto spinti può iniziare anche prima. La misura (per me) più equilibrata sulla vespa è far aprire l’aspirazione appena i travasi sono chiusi. In questo modo ci garantiamo una buona resa ai bassi-medi e non abbiamo incrocio con lo scarico ovvero la luce di scarico e quella di ammissione non sono mai colegate direttamente. Il ritardo viceversa è la parte della fasatura di aspirazione che va dal pms alla chiusura della valvola rotante ed è quella che più influenza il riempimento del carter agli alti quindi la potenza massima ed il rendimento agli alti regimi. Più il ritardo è accentuato più si deve pagare ai bassi e medi. Vediamo perché.

Ad un primo esame del funzionamento di un motore 2t saremmo portati a pensare che quando il pistone ha completato la sua corsa verso il pms la fase di aspirazione si sia esaurita quindi la luce dovrebbe subito chiudersi, ma non è così. Quando il motore è in moto una colonna (una massa) di gas inizia a muoversi verso la valvola perché aspirata dal motore all’apertura dell’ammissione. Questa massa entra nel motore fin quando la valvola è aperta e c’è depressione nel carter, alla chiusura della valvola questa massa che si è messa in movimento viene fermata mentre all’interno del carter con la discesa del pistone la miscela a/b che è entrata viene compressa per poi essere travasata verso l’interno del cilindro all’apertura delle luci di travaso.

Ai bassi regimi la forza di questa colonna di gas è bassa e non riesce a vincere la contropressione generata dal pistone che sta scendendo dando luogo al rifiuto ovvero finchè la luce di aspirazione è aperta, fuoriesce parte della carica precedentemente aspirata.

Con l’aumentare dei giri questa colonna ha una inerzia sempre maggiore e superiore alla pressione che c’è nel carter. Questo consente alla miscela a/b di continuare ad entrare nel motore anche dopo che il pistone ha iniziato la sua corsa verso il basso e la valvola è ancora aperta fino al completamento del ritardo, comprimendo nel carter pompa. Di fatto si riesce così a caricare il carter con una quantità maggiore di miscela aria-benzina. Più si sale di giri e più si può ritardare la chiusura della valvola anche fino a valori oltre i 70 gradi. Questo valore dipende anche dal tipo di motore ovvero con grosse cilindrate e/o corsa lunga, coppiosi di loro, ci si può avventurare oltre, poiche le perdite di erogazione ai bassi e medi sono compensate da doti di elasticità intrinseche del motore.

Una valore complessivo di fasatura di aspirazione che considero equilibrato è dai 180-200 gradi, valore da distribuire poi fra anticipo e ritardo e variabile in base al tipo di motore e utilizzo che se ne vuole fare, comunque senza oltrepassare i 60-70 gradi di ritardo. Ovviamente con meno ritardo andremo a privilegiare i bassi e medi.

Per ottenere la fasatura che abbiamo deciso di adottare c’è da fare poi i conti con gli spazi che il nostro motore vespa ci mette a disposizione: nelle small la testa di biella ed il relativo perno si trovano proprio dove noi dovremmo togliere meteriale per aumentare il ritardo, nelle large si trovano all’opposto ovvero dove dovrebbe iniziare l’anticipo. A questi problemi si rimedia in parte asportando materiale dalla valvola allungandola da un lato o dall’altro a seconda di quello che dobbiamo realizzare anche se comunque in corrispondenza del perno di biella l’ammissione anche se aperta presenta una sezione di passaggio abbastanza ridotta.

[racing46]

[Giuseppe77]

Grazie Alex per il tempo prezioso che hai dedicato per realizzare questa guida!!!!!!!

A proposito!!!! In foto non vedo alcun brutto ceffo!!! Vedo solo un cappellino blu, degli occhiali ed un naso!!!

[Karl90]

Topic stupendo..sarà la mia bibbia. Sentite una cosa..Sto elaborando la mia PK. monto un 102 DR, 19.19, sito plus, pignone 22. albero originale. Ho spessorato il cilindro in modo che a pmi si scopra la lcue di scarico ed ho rilevato queste fasi dopo la rettifica
S 87 contro 86.5
T 64.5 contro 63.5
A 89/48 ovvero apre 48 gradi dopo PMS e si riapre esattamente a 271 ovvero 360-271 gradi prima il PMS, Ovvero solo 89 gradi
Mi preoccupa molto la fase di aspirazione..è normale avere solo 89/48 con albero originale e valvola leggermente lavorata? Per avere almeno 120/55 dovrei tagliare una grandissima porzione di spalla dell'albero. Dove ho sbagliato nella misurazione?

[mate46]

semplicemente....WOOOWW!!!!!!

[mate46]

a quanto ho capito,il pistone aspira la carica quando sale!!quando scende,comprime la miscela per poi travasarla giusto???????

[Psycovespa77]

In teoria è cosi.