Rapp. di compressione

 

Salve,

cerchiamo di scoprire insieme cos’è e che effetti può avere il rapporto di compressione in un motore due tempi.

Analizziamo pertanto ogni singolo punto in questione a partire dalla teoria, pratica e modifica di questo importantissimo parametro capace di cambiare faccia al vostro motore.
 Ricordate però che “La virtù sta nel mezzo” ed esagerare non porta mai ai risultati sperati, soprattutto in campo motoristico. L’armonizzazione è il “segreto” vincente ed ogni singolo parametro del motore deve sposarsi con gli altri per poter suonare la stessa sinfonia, come fossero i componenti di una grande orchestra.

 

RDC: COS’E’ E COME SI MISURA

Iniziamo con lo spiegare cos’è la compressione fisica di un liquido o di un gas: essa è definibile come la riduzione di volume per effetto di una pressione esterna, ciò provoca all’interno della materia in esame una contro-pressione diretta all’esterno che è in grado di fornire energia. Nel caso di un motore endotermico a 2 tempi questo fenomeno si sviluppa nel passaggio del pistone dal PMI al PMS e specialmente se si tratta di motori ad alte prestazioni le pressioni generate sono sempre di entità molto elevata, va da sé che la dispersione di energia sotto forma di lavoro per portarla a termine è cospicua e solo grazie alle masse volaniche riesce ad essere vinta in modo meno dispersivo.

Ora è possibile definire il rapporto di compressione (RDC) come il rapporto matematico tra i volumi estremi alla fase di compressione:

RDC = Vi / Vf

questo prezioso parametro in un motore a 2 tempi è definibile in 2 modi:

  • RDC geometrico (o europeo) che fa coincidere l’inizio della fase con il PMI e risulta quindi 
definibile come:

RDCgeo = ( Vt + Vc ) / Vt dove Vt = volume camera di combustione
Vc = volume cilindro (cilindrata)

  • RDC effettivo (o alla giapponese) che tiene conto dell’inizio della compressione nell’esatto istante in cui viene chiusa la luce di scarico:

RDCeff = ( Vt + Vs ) / Vt dove Vt = volume camera di combustione


Vs = volume cilindro a luci chiuse

All’atto pratico l’RDC geometrico viene misurato tramite l’utilizzo di una buretta graduata e di miscela; viene portato il pistone al PMS con squish verificato, sigillata la tenuta delle fasce elastiche con del grasso e introdotta la miscela per mezzo di una buretta graduata fino al completo riempimento della testa, quello sarà il nostro volume della camera di combustione (Vt) e nota la cilindrata saremo in grado di calcolare questo parametro.

Per il calcolo dell’RDC effettivo la questione è leggermente più laboriosa, definiamo quali parametri sono necessari al fine del calcolo:

C = corsa B = lunghezza della biella δ = gradi di fasatura scarico D = alesaggio

M = raggio di manovella ( C / 2)

Iniziamo con il calcolare l’angolo della manovella rispetto allo zero (PMS) data la fasatura di scarico

γ = ( 360 – δ ) / 2

definiamo ora l’angolo tra l’asse della biella e l’asse del cilindro

β = arcsen ( ( M sen γ ) / B)

calcoliamo poi la lunghezza del segmento che unisce il centro di rotazione dell’albero motore con il centro del piede di biella e che giace sull’asse del cilindro

X = ( M cos γ ) + ( B cos β )

Sottraiamo ora questo segmento alla somma delle lunghezze di biella e raggio di manovella

T = M + B – X

Questa sarà l’altezza della porzione di cilindro al di sopra della luce di scarico e moltiplicandola per l’area di base del nostro cilindro si avrà il volume a luci chiuse

Vs = T ( ( π D² ) / 4 )

Ora che è noto il parametro Vs e che siamo in grado di misurare il volume della camera di combustione (Vt) tramite il metodo della buretta sopra riportato saremo anche in grado di calcolare l’RDC effettivo.

 

EFFETTI DEL RAPPORTO DI COMPRESIONE

Analizziamo ora cosa succede all’interno del nostro gruppo cilindro/testa/pistone al generarsi della pressione di spinta del pistone: come già detto in precedenza il pistone durante la sua risalita comprime una quantità di volume di miscela all’interno della camera di combustione, questa compressione ha come effetto principale un aumento di pressione interna che arriva a valori di 10/14 bar a seconda del rapporto di compressione utilizzato. A fronte di questo fenomeno le molecole di combustibile miscela presenti in camera subiscono un’agitazione, detta agitazione molecolare, per il quale sinteticamente possiamo dire che inizino a “sfregare” l’una contro l’altra; ciò provoca l’aumento di temperatura, essa passa infatti da valori iniziali generalmente compresi tra 5 e 15 °C a valori che sia aggirano intorno ai 400/450 °C ma non solo, l’agitazione molecolare ha anche il grande compito di uniformare la carica di miscela all’interno del volume disponibile, le molecole infatti si distribuiscono uniformemente all’interno della camera di combustione.

Allo scoccare della scintilla gli effetti della compressione della miscela, e quindi dell’RDC, saranno trasportati sulla fiamma che varierà nel tempo di propagazione; in definitiva con RDC alti e quindi pressioni elevate si avrà una veloce propagazione del fronte di fiamma mentre con RDC bassi che genereranno pressioni di minore entità il fronte di fiamma si propagherà in un tempo maggiore.

A fronte di tutto ciò possiamo dedurre che l’RDC è un parametro che ha molta influenza sulla coppia e sul numero di giri del nostro motore e di conseguenza anche sulla potenza, un RDC alto infatti aiuta il motore in quella fase cosiddetta di “passaggio” e cioè da un regime basso di giri ad uno più elevato andando ad agire proprio sulla coppia stessa del motore;nelle moto da enduro, cross e nei motori da kart dove si ricerca una elevata prontezza di risposta ed una grande schiena (coppia) del motore i valori di RDC sono generalmente più alti a confronto di un motore da velocità. Quest’ultimo infatti ha bisogno comunque di una coppia sufficiente ma anche di una ottima distensione del motore nella fase di allungo che sarebbe impedita da valori troppo alti di RDC, si preferisce quindi mantenersi su valori leggermente inferiori per non penalizzare troppo la distensione nel motore stesso e di conseguenza il numero di giri.

 

RDC, CARBURANTI ED EFFETTI COLLATERALI

Ma cosa succede se si esagera in un senso o nell’altro?


Se il valore di RDC è troppo basso il tutto si limita ad una cospicua perdita di potenza del motore avendo questo una temperatura della miscela alla fine della fase di compressione troppo bassa e non riuscendo quindi a far propagare la fiamma in modo uniforme e nel giusto tempo, che risulterà eccessivamente lungo.

Se il valore di RDC supera invece la soglia massima gli inconvenienti ed i danni possono essere ben più gravi:

  • ad un modesto superamento, nell’ordine delle 2 unità, del limite massimo i disagi accusati dal motore possono essere un cattivo o cattivissimo allungo, e quindi l’impossibilità di raggiungere un elevato numero di giri e magari la coppia massima, oppure l’autoaccensione della miscela a fronte del raggiungimento della temperatura di accensione del combustibile stesso che quindi si incendia senza la scintilla della candela; dato comunque il modesto superamento del limite di RDC si può supporre che l’anticipo di accensione dato dall’autoaccensione della miscela possa essere minimo rispetto alla normale curva dello stesso e che quindi essa potrà essere facilmente raggiunta dal fronte di fiamma corretto senza andare a generare una propagazione anomala della fiamma stessa;
  • ad un esagerato superamento del limite si incorre invece in fenomeni di detonazione vale a dire un’auto accensione della miscela di molto anticipata rispetto alla normale curva di accensione, ciò provoca uno o più inneschi anomali del fronte di fiamma che porta picchi ti temperatura e soprattutto di pressione anomali che portano in genere alla fusione del materiale di pistone e testa ed elevate temperature di funzionamento del motore, con conseguente brevissima vita di tutti i componenti.

Ed eccoci alla conclusione di questo articolo, ora avete una panoramica generale di tutto quello che riguarda il rapporto di compressione.

Il mio consiglio pertanto è di provare, senza paura, inizialmente a misurare questi parametri e successivamente a modificarli, sempre un poco per volta, per capire quali effetti potete toccare con mano.


Non dimenticate mai che il singolo non fa la differenza, ed ogni modifica di parametro o componente in un motore sicuramente porta con sé l’adeguamento di tutto quello che lo circonda.

 

Emiliano Giardili (EGVmotorsport)


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