L'aspirazione lamellare è un sistema che ha consentito di coniugare nei motori a 2 tempi elevate potenze, un'ottima fruibilità e consumi contenuti, mantenendo la sua proverbiale semplicità. Questa guida esplora in dettaglio cos'è il pacco lamellare, come funziona, i suoi vantaggi e svantaggi, le sue componenti e come può essere ottimizzato per massimizzare le prestazioni del motore.
Cos'è il Pacco Lamellare e Come Funziona
Il pacco lamellare è una valvola che gestisce l'ingresso della miscela aria/benzina all'interno del carter tramite un sistema di lamelle in carbonio, fibra di vetro o altri materiali, che ne regolano l'apertura. La valvola a lamelle è posta fra il carter pompa ed il carburatore, e a riposo i petali sono in piano e chiudono i passaggi.
Il principio di funzionamento è semplicissimo: la valvola a lamella viene aperta dalla depressione che si crea all'interno del carter e del cilindro. Quindi, quando nel carter c'è depressione, ovvero quando il pistone sale, il lato a valle delle lamelle avrà una pressione inferiore a quella esterna e ci sarà quindi un passaggio di gas. Appena nel carter la pressione sale perché il pistone sta scendendo per travasare dal carter alla camera di scoppio, le lamelle chiudono.
Col salire dei giri, la colonna dei gas che affluiscono nel motore acquista energia tale da avere sempre più "forza", superiore a quella interna ai carter, spingendo altra carica nel motore e aumentando così la durata della fase di aspirazione. Quindi, finché la pressione dinamica della miscela è superiore alla pressione nel carter, il condotto può rimanere aperto.
Vantaggi e Svantaggi del Sistema a Lamelle
L'ammissione lamellare è da considerare un vero e proprio sistema di fasatura variabile dell'aspirazione, fornendo quindi al motore una fasatura stretta ai bassi e alle piccole aperture e una fasatura larga, spinta, agli alti regimi e massime aperture. Uno dei vantaggi del pacco lamellare è proprio questo: l'apertura delle lamelle è influenzata dalla quantità di aria aspirata, con la conseguenza che la velocità del fluido è sempre più o meno costante. Ciò si traduce in un motore molto più fruibile, con consumi contenuti e meno "rifiuto" di miscela.
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Tutti i SEGRETI del PACCO LAMELLARE, trucchi e consigli
Tuttavia, il principale difetto del pacco lamellare è che si tratta di un vero e proprio tappo che la miscela deve aprire per poter entrare all'interno del cilindro; di conseguenza, parte dell'energia viene spesa per questo. Sebbene offra numerosi vantaggi in termini di fruibilità e consumi, non significa che sia il più prestazionale in assoluto, specialmente se confrontato con sistemi come la valvola a disco.
Architettura del Pacco Lamellare: Forme e Componenti
La valvola lamellare è costituita da un corpo in plastica o metallo e da delle lamelle, dette anche petali, poggiati a chiusura di finestre i cui piani sono in gomma o con la superficie riportata in gomma. Principalmente, le valvole lamellari sono di due forme:
- Piane: molto usate negli scooter, solitamente con 1 o 2 petali.
- A cuspide: le più diffuse sulle moto, con 2, 4, 6 o 8 petali a seconda dei modelli.
Esistono poi delle valvole lamellari dette v-force, che non sono altro che due cuspidi sovrapposte, oltre ad altre divagazioni sul tema. Il vantaggio di avere più petali è quello di ottenere una sezione di passaggio maggiore. Ogni petalo, quando si apre, flette scoprendo la finestrella su cui è poggiata; ad evitare eccessive escursioni del petalo ci pensano solitamente gli
I pacchi lamellari da preferire, a parità di misure, sono quelli realizzati in alluminio con riporto in Viton: sono i più stabili e garantiscono una vita più lunga alle lamelle di quanto non facciano i classici pacchi lamellari in bachelite.
La Scelta e l'Importanza delle Lamelle
La scelta delle lamelle da utilizzare su un motore 2 tempi elaborato è di fondamentale importanza, forse tanto quanto la scelta del diagramma della luce di scarico. Alle lamelle, purtroppo, raramente viene data la giusta rilevanza e l'attenzione che meriterebbero: ci si limita, il più delle volte, a sceglierle in base allo spessore o all'estetica del materiale con il quale sono costruite, senza scendere troppo nei particolari.
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Eppure, quei pezzetti di acciaio armonico (che è sconsigliabile utilizzare su un motore ad alte prestazioni), di fibra di vetro o carbonio andranno a regolare il flusso dei gas freschi all'interno del carter pompa! Quando si parla di una lamella, si tende ad individuarla soltanto in base al materiale con cui è costruita e, in casi eccezionali, individuandone lo spessore. Per questa ragione è importante individuare il tipo di fibra utilizzata, l'intreccio delle trame e, di fondamentale importanza, il profilo.
Il problema principale è quello di dover soddisfare tante necessità agendo in buona sostanza solo su due parametri: il materiale e lo spessore della lamella. Il carbonio, ad esempio, permette un campo di manovra più ampio; sperimentando con le varie fibre e matrici, è possibile ottenere, a parità di spessore, differenti caratteristiche e applicazioni finali in base al tipo di cilindrata, utilizzo e pacco lamellare.
La regola dettata dal buon senso è che bisognerà montare delle lamelle più tenere possibili, fino al punto in cui si osserverà un calo della propensione del motore a distendersi in allungo. Una lamella tenera tende a offrire una bassa resistenza al libero fluire dei gas freschi provenienti dal carburatore, ma avrà la tendenza ad entrare in risonanza prima di una lamella più dura, che a sua volta tenderà a rappresentare un ostacolo più difficile da superare per i gas freschi. Ogni minuto dedicato alla sperimentazione e alla selezione di nuove lamelle garantirà dei risultati importanti.
Ottimizzazione del Condotto di Aspirazione e del Collettore
Molti preparatori alle prime armi commettono un errore ricorrente nelle loro elaborazioni: non tengono nella giusta considerazione il pacco lamellare e lo lasciano quasi di serie. Spesso si vedono motori preparati con gruppi termici costosissimi, alberi motore speciali, espansioni da sogno e pacchi lamellari da incubo!
La relazione tra il collettore di aspirazione e il pacco lamellare è fluidodinamica e ben precisa, in quanto il collettore di aspirazione fa parte integrante del pacco lamellare, tanto che, in alcune circostanze, l'inserto che si crea all'interno del pacco stesso si propaga ben all'interno del collettore. Ci sono diversi elementi da tenere in considerazione quando si sceglie il collettore di aspirazione:
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- La Lunghezza: ogni 3 mm di riduzione della lunghezza del collettore di aspirazione può portare a un incremento di potenza massima, anche se l'erogazione tenderà ad essere più appuntita. I collettori devono essere corti, specialmente per le competizioni.
- La Conformazione: il collettore di aspirazione deve essere dritto. Le altre forme sono spesso realizzate per questioni di praticità nel posizionare il carburatore.
Interventi consigliabili all'interno del collettore di aspirazione riguardano l'eliminazione di eventuali scalini o bave di fusione. Per i collettori in alluminio, la finitura interna dovrà rimanere sempre e comunque rugosa.
Non pensate che un pacco lamellare grande garantisca grandi potenze: non è assolutamente vero. Molto più importante delle dimensioni è l'abbinamento del pacco al collettore di aspirazione e al carburatore. A volte, su versioni giapponesi o cinesi dello stesso motore, si possono trovare pacchi lamellari nettamente migliori di quelli di serie, anche tra quelli specialissimi: occhi aperti!
Flusso Laminare vs. Flusso Turbolento
Nell'ottimizzazione del condotto di aspirazione, è fondamentale comprendere la fluidodinamica:
- Flusso Laminare: tutte le particelle del fluido avranno, pur se con leggere variazioni di velocità, la stessa direzione e lo stesso verso. Le molecole tenderanno così ad avere un moto stratificato di velocità decrescente man mano che ci si avvicina alle pareti del condotto per via dell'attrito. Il primo strato, detto strato limite, tende ad aderire alle pareti e a formare una sorta di riduttore di attrito per le particelle del primo strato in reale movimento. Il flusso laminare garantisce la maggiore portata, ed è quello che si deve perseguire, anche se è estremamente arduo eliminare tutti i vortici.
- Flusso Turbolento: le varie molecole si spostano nella stessa direzione, ma con un moto vorticoso tale da generare attriti interni in grado di ridurre la velocità del fluido attraverso il condotto. È generato da brusche variazioni nell'angolazione del condotto, da bavature, eccessiva lunghezza e repentini cambi di sezione. Un condotto caratterizzato da un flusso turbolento avrà una drastica perdita di carico, consentendo al motore di ingurgitare una minore quantità di gas freschi e, di conseguenza, si avrà una perdita di potenza.
Il vantaggio di montare un collettore corto e rettilineo rispetto al collettore di aspirazione di serie, con un carburatore da 19 mm, è di oltre 1 CV su 20.
L'Inserto del Pacco Lamellare: Un Dettaglio Cruciale
L'inserto del pacco lamellare è uno degli elementi più importanti e spesso trascurati della linea di alimentazione. L'inserto è quella parte del pacco lamellare che spesso non c'è o, peggio ancora, quando c'è, è fatto male.
Troppo spesso ci si trova con lunghissimi collettori che tendono ad aprirsi prima di arrivare al pacco lamellare, che fanno curve pazzesche e che si affacciano in pacchi lamellari ancora più grandi. Smontando molti motori preparati in modo non ottimale, capita di vedere collettori ulteriormente ingranditi per essere raccordati alla parte iniziale del pacco, generando così un fortissimo calo di pressione proprio dove maggiormente occorrerebbe.
Per essere più chiaro, immaginate di avere un tubo in gomma da irrigazione. Se provate a spostare delle foglie a terra con il normale getto dell'acqua, farete fatica. Parzializzando il condotto con un dito riuscirete a rimuovere le foglie dal vostro cortile con maggiore facilità. Questo è l'effetto che l'inserto deve produrre, concentrando il flusso per renderlo più efficace.
Un modo semplice per realizzarlo consiste nel trovare un tubo dello stesso diametro del collettore (e magari del carburatore), riempire il pacco lamellare di stucco e utilizzare il tubo in questione per aprire un foro all'interno del pacco così riempito.
Un'altra pratica comune è l'uso degli "alzapacco", ovvero spessori che vengono montati sotto il pacco lamellare. Montando gli spessori aumenta il volume della camera di manovella e, soprattutto, si distanziano le lamelle dalle pareti del carter: in questo modo il pacco lamellare respira meglio a tutto vantaggio delle prestazioni. Questo porta a discussioni comuni: la moto diventa più dolce perché c'è minor effetto carter-pompa? Oppure semplicemente perché ritarda la fase di aspirazione? I benefici sono reali e dipendono dall'accurata messa a punto.
L'Evoluzione Storica dell'Aspirazione Lamellare
Nei primi utilizzi dell'epoca dei motori lamellari, il pistone al Punto Morto Inferiore (PMI) chiudeva completamente l'ammissione. Un'innovazione significativa si ebbe quando Yamaha scoprì che durante la fase di scarico-espansione, lo scarico creava nel cilindro una depressione tale che attraverso i travasi avrebbe potuto far riaprire le lamelle, facendo affluire altra carica. Decisero quindi di collegare il travaso frontescarico direttamente al vano subito a valle del pacco lamellare.
In seguito, nei motori con ammissione lamellare al cilindro, oltre al collegamento con il travaso frontescarico, furono introdotti due canali di collegamento dal vano aspirazione ai travasi laterali, in modo da sfruttare anche questi per migliorare il riempimento durante le aperture secondarie delle lamelle. La successiva evoluzione fu spostare l'ammissione al carter subito sotto al cilindro, in modo da avere un percorso più diretto fra l'ammissione ed i travasi.
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Confronto con l'Aspirazione a Valvola Rotante
Fare un confronto diretto tra pacco lamellare e valvola rotante (o a disco) richiederebbe test su motori identici. Tuttavia, possiamo evidenziare alcuni aspetti:
| Caratteristica | Aspirazione Lamellare | Aspirazione a Valvola a Disco (o Piston Port) |
|---|---|---|
| Funzionamento | Lamelle controllano l'apertura/chiusura in base alla depressione nel carter. | Il pistone (Piston Port) o un disco rotante (Valvola a Disco) controllano l'apertura/chiusura. |
| Fasatura Aspirazione | Sistema di fasatura variabile (stretta ai bassi, larga agli alti). | Fissa, difficile ottimizzare per tutti i regimi. |
| Velocità Flusso | Relativamente costante grazie all'autoregolazione delle lamelle. | Molto variabile a seconda del regime (limite del Piston Port). |
| Potenza Massima | Ottima, ma può essere leggermente inferiore rispetto a un sistema a disco ben ottimizzato. | Spesso molto alta, ma erogata in maniera brusca e in un range di giri limitato. |
| Fruibilità/Erogazione | Molto più fruibile, erogazione più dolce e progressiva. | Meno fruibile, il motore "si siede" fuori dal ristretto range di potenza. |
| Consumi e Rifiuto | Contenuti, minore rifiuto di miscela. | Non specificato, ma generalmente meno efficiente in termini di consumi. |
Nei motori da pista (moto o kart), ad esempio, i motori a valvola (o meglio a disco) spesso sono molto più potenti di quelli lamellari, ma la potenza massima è erogata in maniera brusca e limitata in un piccolo lasso di giri, fuori dei quali il motore si siede. Da questo ne deriva che in pista, con un buon motore a disco in mano ad un buon pilota, non c'è storia per nessuno; diversamente, il lamellare sta davanti. Non ci dimentichiamo che uno dei migliori 125 2t è stato il Rotax/Aprilia 54x54 lamellare, ma in GP l'Aprilia scendeva in pista con i motori Rotax a disco, a testimonianza delle diverse filosofie e applicazioni.