In questa guida approfondiremo cos'è il pacco lamellare, come funziona, quali sono i suoi vantaggi e svantaggi, specialmente in confronto alla valvola rotante.
Il pacco lamellare è una componente cruciale nei motori a due tempi, essenzialmente una valvola che regola l'ingresso della miscela aria/benzina (A/B) nel carter. L'aspirazione lamellare è il sistema di aspirazione che ha consentito di coniugare in un motore 2T elevate potenze, ottima fruibilità e consumi contenuti, mantenendo comunque la sua proverbiale semplicità. 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. Più precisamente, il pacco lamellare serve per evitare che la miscela che si trova nel carter pompa ritorni indietro nel collettore, invece di entrare nei travasi e poi nel cilindro durante il moto discendente del pistone.
Struttura e Composizione del Pacco Lamellare
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. Quando il pacco lamellare è a riposo, i petali sono in piano e chiudono i passaggi.
Tipologie di Valvole Lamellari
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.
Il vantaggio di avere più petali è avere una sezione di passaggio maggiore. Esistono poi delle valvole lamellari dette v-force che non sono altro che due cuspidi sovrapposte; oltre ad altre divagazioni sul tema, la sostanza rimane sempre la stessa.
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Ogni petalo, quando si apre, flette scoprendo la finestrella su cui è poggiata. Ad evitare eccessive escursioni del petalo ci pensano solitamente gli stopper, ovvero dei lamierini curvi che fanno da limitatori di apertura/flessione del petalo.
Principio di Funzionamento del Pacco Lamellare
La valvola a lamelle è posta fra il carter pompa e il carburatore. Il principio di funzionamento è semplicissimo e si basa sulla depressione che si crea all'interno del carter e del cilindro. 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 quindi la durata della fase di aspirazione. 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. In sostanza, la valvola lamellare decide quando e come aprirsi in base a ciò che le succede intorno, sia a monte (carburatore) che a valle (motore).
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Evoluzione e Innovazioni
Nei primi utilizzi dei motori lamellari, il pistone al PMI chiudeva completamente l’ammissione. La 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, sono stati implementati 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 e i travasi.
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Vantaggi e Svantaggi del Pacco Lamellare rispetto alla Valvola Rotante
Sebbene sia una discussione complessa, proviamo a confrontare alcuni aspetti del pacco lamellare rispetto alla valvola rotante (o a disco).
- Fruibilità: Il motore lamellare è molto più fruibile.
- Consumi: Consuma meno.
- Rifiuto: Fa meno rifiuto.
- Potenza massima: Paga qualcosa in potenza massima.
Nei motori da pista (moto o kart), ad esempio, i motori a valvola (o 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. Al contrario, il motore lamellare è più lineare e offre una curva di coppia più ampia. Non ci dimentichiamo che uno dei migliori 125 2T è stato il Rotax/Aprilia 54x54 lamellare.
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. Inoltre, oltre gli 8000 giri, le prestazioni possono peggiorare, il che per motori che devono raggiungere regimi altissimi può essere un limite.
Differenze rispetto al Piston Port
Nei sistemi tradizionali, come il piston port, è il pistone stesso a controllare l'apertura e la chiusura del condotto di aspirazione. Questo significa che il condotto si apre quando il pistone sale verso il Punto Morto Superiore (PMS) e si chiude quando scende. Un limite notevole del piston port è che le condizioni di pressione e velocità della miscela A/B variano notevolmente a diversi regimi di giri. A differenza del sistema a valvola lamellare, nel sistema piston port, l'apertura e la chiusura del condotto sono fisse e dipendono esclusivamente dalla posizione del pistone. Se è proprio il pistone stesso a controllare l'apertura e la chiusura del condotto, queste devono rimanere fisse.
| Caratteristica | Pacco Lamellare | Valvola Rotante / Piston Port |
|---|---|---|
| Funzionamento | Apertura/chiusura dinamica in base alla depressione e flusso dei gas. Autoregolazione. | Apertura/chiusura fissa, determinata dalla posizione del pistone o dalla rotazione del disco. |
| Fasatura Aspirazione | Variabile (stretta ai bassi, larga agli alti regimi). | Fissa. |
| Fruibilità e Consumi | Maggiore fruibilità, minori consumi, meno rifiuto. | Minore fruibilità (potenza erogata bruscamente), potenzialmente maggiori consumi. |
| Potenza Massima | Paga qualcosa in potenza massima rispetto alle valvole a disco estreme. | Spesso più potente nei motori da pista, ma in un range di giri limitato. |
| Svantaggi | Rappresenta un "tappo" che consuma energia, prestazioni scadenti oltre certi regimi. | Condizioni di pressione e velocità A/B variabili, difficoltà nell'ottimizzazione a tutti i regimi. |
Materiali delle Lamelle: Il Carbonio
Le lamelle in carbonio offrono prestazioni superiori rispetto ad altri materiali. La rigidità delle lamelle è un fattore cruciale: lamelle troppo morbide possono causare un funzionamento inefficiente del motore, mentre lamelle troppo dure possono limitare la potenza. Il carbonio permette una maggiore flessibilità nella progettazione, consentendo di ottenere caratteristiche differenti variando le fibre e le matrici utilizzate.
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Perché il carbonio è preferibile?
- Flessibilità: Permette di adattare le caratteristiche delle lamelle a diverse cilindrate e utilizzi.
- Resistenza: Offre una maggiore durata e resistenza all'usura.
- Leggerezza: Contribuisce a una risposta più rapida e precisa della valvola.
Interazione con la Marmitta ad Espansione
La marmitta ad espansione gioca un ruolo fondamentale nel motore a due tempi. Il suo compito è duplice: creare una forte depressione nel cilindro per risucchiare più gas freschi possibile e farli tornare indietro con un moto pulsatorio. La dinamica tra aspirazione e scarico in un motore lamellare con marmitta ad espansione è complessa e affascinante. La valvola lamellare, con la sua capacità di autoregolarsi, e la marmitta ad espansione, con il suo ruolo cruciale nel riempimento del cilindro, lavorano insieme per ottimizzare le prestazioni del motore a due tempi.
In sostanza, ad alti regimi di rotazione, l’inerzia della colonna gassosa in entrata supererà la pressione interna del carter, aumentandone il riempimento rispetto a ciò che succederebbe se la valvola fosse influenzata esclusivamente da un discorso pressione/depressione. In questo modo, le pulsazioni dei fluidi e il funzionamento della valvola lamellare permettono ai gas freschi di entrare anche quando il pistone inizia la sua discesa verso il punto morto superiore e finché la pressione interna non supera la forza con la quale i gas stanno entrando attraverso il pacco lamellare.
Modifiche e Manutenzione
È opportuno modificare il proprio pacco lamellare per renderlo monopetalo, adottando lamelle del giusto spessore. Altre migliorie includono la riduzione del percorso della miscela per ottimizzare il flusso.
Pacco Monopetalo vs. Bipetalo
Il pacco monopetalo ha un'unica grande fessura che facilita la fluidodinamica, raccordando il più possibile il percorso del fluido verso la camera di manovella. La durezza della lamella è cruciale per erogare la giusta quantità di fluido nel carter e dipende da:
- Grandezza del carburatore
- Volumetria interna del carter
- Tipo di albero
- Cilindrata
È importante rivedere la carburazione quando si cambiano le lamelle, poiché può variare, ingrassando o smagrendo. Una caratteristica interessante di alcuni pacchi lamellari, come il V-force 3, è la possibilità di modificare parzialmente la resa dell'erogazione agendo sulle regolazioni per favorire la resa a regimi medio-bassi oppure agli alti.
Manutenzione della Lamella
Per una manutenzione ottimale della lamella, si può sostituire lo stopper originale con una contropetalo a forma di cuspide o ritagliare lo stopper originale per non limitare l'apertura della lamella.