Aumentare il Rapporto di Compressione: Spianatura della Testata e Altre Tecniche

L'intenzione di molti appassionati è quella di migliorare le prestazioni del proprio motore, e una delle modifiche più discusse riguarda l'aumento del rapporto di compressione. Inizialmente, può esserci confusione sul metodo per ottenere tale risultato.

Il Rapporto di Compressione: Concetti Fondamentali

Contrariamente a quanto si possa pensare, l'utilizzo di una guarnizione della testata più bassa non diminuisce il rapporto di compressione, bensì lo aumenta. Questo perché diminuendo l'area della camera di scoppio, il rapporto di compressione aumenta, un concetto logico una volta compreso il principio.

L'aumento del rapporto di compressione porta più coppia e cavalli. Se paragoniamo la miscela aria-benzina aspirata nel cilindro ad un petardo, farlo scoppiare in un bicchiere o in una botte fa la differenza per quanto riguarda la spinta esercitata sul cielo del pistone. Un modo semplicissimo per aumentare il rapporto di compressione è proprio quello di abbassare la testata.

Metodologie per Incrementare il Rapporto di Compressione

Esistono diverse tecniche per incrementare il rapporto di compressione (R/C) di un motore:

1. Spianatura della Testata: In rettifica, si tende a spianare il meno possibile, a volte anche meno di un decimo di millimetro se la testata è già in piano. Nelle modifiche volte all'aumento del rapporto di compressione, si puntano abbassamenti nell'ordine di 4-7 decimi di millimetro. Su motori poco compressi si può arrivare anche a 1 mm, che è tantissimo; per esempio, il classico FIRE 1.2 della Punto prima serie passa da circa 9,5:1 a circa 10,5:1 togliendogli 10 decimi. Scrivo circa perché non tutti i motori sono identici e i valori possono variare.
2. Guarnizioni della Testata più Sottili: Sono disponibili da rivenditori guarnizioni da 0.5, 0.4 e 0.35mm, ovvero la guarnizione più spinta è alta solo 0.25mm meno di quella originale! Per quanto si abbassi, credo si possa arrivare ad 1 o max 2 mm, e questo può incidere fino al 5%.
3. Ampliamento dell'Area di Squish: Questo è un altro modo per aumentare il rapporto di compressione, e qui viene il difficile: va apportato materiale tramite saldatura nella camera di scoppio. Se prendiamo in considerazione un 4 valvole per cilindro, possiamo immaginare che lo spazio a disposizione è davvero poco dove apportare materiale per ampliare l’area di squish. Anche se poco, aumenta notevolmente il rapporto di compressione, ma deve essere fatto da mani davvero esperte perché lo squish deve andare d’accordo con il cielo del pistone.
4. Montaggio di Pistoni Speciali: Un ulteriore modo per aumentare il rapporto di compressione è quello di montare pistoni speciali più alti in base a quello che cerchiamo. Possiamo contattare i vari produttori come Vertex, Pistal, JE Pistons ecc.

L'abbassamento della guarnizione della testata, o la spianatura, andrebbe fatto nell'insieme di una preparazione "Stok", quindi smontaggio del motore, lucidatura dei condotti, ecc. Se no, serve solo a far sì che la moto si spacchi prima.

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Vantaggi e Rischi Associati all'Alto Rapporto di Compressione

Benefici in Termini di Potenza

Cio' premesso, abbassare la testata non può che aumentare il rapporto di compressione, il che porta più che ragionevolmente ad un aumento di potenza massima erogabile, in quanto la stessa quantità di aria e benzina, compressa in uno spazio più piccolo, è in grado di svolgere lo stesso lavoro (fare muovere il pistone) in un lasso di tempo minore. Finché non si arriva al battito in testa ad alto numero di giri con conseguente foratura del pistone, un aumento del R/C è sempre benefico.

Con la modifica e air-box più Power Commander, la Z750 guadagna circa 7,5 CV senza toccare lo scarico. Aumentandolo, questi valori aumentano proporzionalmente, visto che di solito i guadagni si attestano dall'1,5 ai 4 CV con una centralina. Se poi si aggiungono scarico e accorciamento dei rapporti, può diventare un missile.

Rischi e Necessità di Adattamenti

Il problema è che noi circoliamo con carburanti con un potere detonante bassino. Un motore sportivo con un ottimo valore di R/C è già 11:1; oltre, con le benzine di bassa qualità, si avrà il rischio di avere battiti in testa o, peggio ancora, avere vere e proprie autoaccensioni con i danni che ne comportano. Per un motore che usa benzine più raffinate con un buon valore di squish e che viene controllato molto spesso, quindi diciamo uno agonistico, ci si può spingere fino a 13:1, ma il motore deve essere fatto perfettamente.

Un rapporto di compressione troppo elevato costringerebbe a ridurre l'anticipo d'accensione. Vero per la camera di combustione, ma all'aumentare del R/C, aumenta la PME e di conseguenza aumentano i carichi su piede, testa di biella e sui cuscinetti di banco, poco sarà ma durano di meno e creano problemi più facilmente. Alle volte, con R/C elevati, occorre fare attenzione alle interferenze valvole e pistone al punto morto superiore, e nel caso infatti i pistoni hanno le sacche per le valvole lavorate sul cielo.

Si può compensare l'eventuale battito in testa (di solito a basso numero di giri, dove ha poche conseguenze) usando benzina Super. Tuttavia, l'abbassamento della guarnizione della testata andrebbe fatto nell'insieme di una preparazione che include smontaggio del motore, lucidatura dei condotti, ecc. Altrimenti, serve solo a far sì che la moto si spacchi prima.

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Il Calcolo del Rapporto di Compressione: Teorico vs. Effettivo

Il criterio con cui viene calcolato il rapporto di compressione è solo uno: volume cilindro più volume testa diviso il volume della testa [(V+v):v]. Tuttavia, il calcolo accademico non tiene conto del momento di chiusura della valvola di aspirazione (sempre in ritardo rispetto al Punto Morto Inferiore) e del Rendimento Volumetrico (sempre <1 nei motori non sovralimentati), due fattori che vanno sempre a diminuire il R/C effettivo rispetto a quello derivante dalla formula riportata. Vero però che i motori più spinti hanno rapporti che vanno a sfiorare quel limite.

I valori che ci vengono indicati poi sono solo teorici; infatti, la miscela viene compressa solo dopo la chiusura della valvola (o delle valvole) di aspirazione, e quindi il rapporto effettivo dipende anche dal diagramma di distribuzione. Si tratta in pratica di applicare lo stesso calcolo sostituendo il valore della cilindrata data dalla corsa reale con la cilindrata residua al momento della chiusura delle valvole di aspirazione che, come ben sai, chiudono con un certo ritardo rispetto al PMI.

Una volta avuto il valore standard, sappiamo da dove partiamo; dobbiamo pensare a che motore vogliamo fare e quindi a dove vorremmo arrivare. Lavorando con i pistoni originali si deve per forza andare a spianare la testa, operazione che ha delle indubbie difficoltà nell’andarsi a calcolare quanto spianare e - di conseguenza - quanto volume togliere alla camera di scoppio a causa della sua forma tronco/conica e sfaccettata.

Il modo più praticato è quello di avere a disposizione una testata "sacrificale" da andare a lavorare togliendo materiale progressivamente e andando a misurare il risultato sino ad arrivare ad avere una sorta di database dell'aumento di compressione mano a mano che la testa viene spianata. Siccome non abbiamo a casa una testata che ci avanza messa nel ripostiglio o una macchina utensile per spianare le teste in cameretta, la procedura migliore è avvicinarsi al valore desiderato per step. Quindi, è fondamentale affidarsi a rettificatori esperti.

Durata e Affidabilità del Motore Modificato

Non sono progettista motorista, ma penso che la durata di un motore dipenda da molti fattori. Per logica, a parità di materiale si intende, dura più un motore che ha un funzionamento compreso tra i 1000 e 5000 g/m che uno che frulla da 3000 a 9000. All'aumentare del R/C, aumenta la PME e di conseguenza aumentano i carichi su piede, testa di biella e sui cuscinetti di banco, poco sarà ma durano di meno e creano problemi più facilmente.

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Un motore che nasce (esageriamo) con un rapporto di 20:1, se è fatto bene, vivrà i suoi anni in santa pace. Ma stiamo parlando sostanzialmente dello stesso motore e degli stessi materiali; se i dimensionamenti sono uguali, i carichi sono diversi e la durata ne risente. Di quanto potrebbe diminuire questa durata? Se il motore è nuovo, non credo che dopo 30-50.000 km lo si butti via solo per questo.

Infatti, i carichi massimi li raggiungi solo con la marcia più lunga inserita, al regime di coppia massima, viaggiando in salita a massimo carico con il motore che non aumenta di giri, ovvero una condizione che se capita una volta nella vita è troppo. La maggiore resistenza meccanica dei motori diesel non è richiesta dal loro maggiore rapporto di compressione, ma dalle caratteristiche della loro combustione.

Preparazione del Motore: Dalla Stradale alla Pista

I veri motori da competizione hanno tutti dei rapporti di compressione molto elevati. Ovviamente, con un'elettronica dedicata, una testa preparata ad hoc, con molle e valvole adeguate e utilizzando benzine ad alto numero di ottani.

Se si aumenta il rapporto di compressione tramite pistoni forgiati, ovviamente bisogna anche:

• Utilizzare molle e valvole più resistenti e di materiali più nobili e con uno scambio termico nettamente superiore (valvole nimonic o titanio).
• Lavorare testa e sedi valvole.
• Mettere cammes dal profilo più spinto agli alti.
• Elettronica dedicata, e mica basta rimappare la centralina di serie, ci vuole una elettronica seria da competizione da impostare ad hoc per questo motore, con ovvio spostamento in alto del limitatore di giri, dai 9.000 ai 10.000 giri/m a seconda del profilo di cammes utilizzato.
• Utilizzare benzina da 102 ottani (per stare nei regolamenti FIA), se no esistono anche benzine da 110 e più ottani.

I lavori elencati non sono i soli necessari: bisogna ovviamente adeguare tutto, dagli iniettori alla pompa benzina, dal raffreddamento motore alla sua lubrificazione (particolarmente consigliato il carter secco). Poi, ovviamente, bisognerebbe mettere bielle più resistenti e leggere e un albero motore alleggerito e bilanciato insieme al volano alleggerito (questi 3 ultimi interventi servono a far prendere prima i giri al motore riducendo le masse d'inerzia). Inutile citare aspirazione e scarico rivisti ad hoc perché è scontato.

Un motore del genere sarebbe un vero motore da competizione, ad alto numero di giri e con un alto rapporto di compressione. I pregi sono tantissimi, gli aspetti negativi solo quelli legati a tutti i motori da gara, ossia impegnativo da utilizzare, e da aprire e rifare ogni 1-2 stagioni. Per il resto solo pregi! Non bollate come negativo in assoluto l'aumento del R/C; se uno vuole aumentare il R/C e fare un vero motore da gara (da un minimo di 10.000 euro a salire) per utilizzarlo seriamente in pista, allora fa bene e i pregi sono moltissimi!

Qui non si parla di motori da gara, ma di motori stradali atti a portarci ogni tanto in pista ma che per lo più girano con utilizzo stradale, con erogazioni stradali e benzine normali. Se uno vuol spendere 1.000 euro di pistoni forgiati ad alto R/C e niente più e continuare ad usare l'auto stradale, è una "cazzata" e concordo. Dipende dal motore e dal tipo di preparazione. Alcuni motori esigono alti valori con bassi anticipi e viceversa, per rendere al meglio. L'esperienza su un dato motore gioca un ruolo determinante nella corretta conoscenza del valore ottimale di R/C. Se si esagera oltre il valore ottimale o si predilige un R/C alto con bassi anticipi piuttosto che un R/C basso e alti anticipi, l'effetto potrebbe essere quello di una minore efficienza.

Esempi Pratici e Specificità dei Motori

Su un Rotax 370cc 2T, eliminare la guarnizione testa in alluminio e spianare la testa, oltre ad altri particolari, non ha causato problemi di detonazione e ha reso meglio. Anche per un 50cc, la sostituzione della guarnizione per aumentare le prestazioni può portare benefici, anche se modesti.

I motori Guzzi sono particolarmente robusti. Per esempio, il 750 attuale ha un rapporto di compressione di 9,6:1, mentre il V50 aveva un 10,4:1 (e il 350 10,6:1). Non mi sorprende che la maggiore compressione non infici in modo significativo la durata di un 350, che ha praticamente le stesse teste e meccanica del 750, ma il pistone più piccolo, quindi la maggiore pressione agisce su superfici più piccole, meno deformabili dalla pressione e dalla temperatura.

In campo motori auto, soprattutto se si parla di motori normali e non esasperati, la questione cambia. Una Ford Fiesta 1.4 del 2012 ha una guarnizione alta 1.4mm. Abbassando la testata anche solo di 1mm, può avere queste potenzialità, influenzando significativamente il rapporto di compressione.

Considerazioni Pratiche per la Modifica

Prima di mettere mano al motore, sarebbe più opportuno considerare modifiche come scarico, centralina e air-box. In un 4 tempi, aumentare il R/C diminuendo lo spessore della guarnizione di testa non mi risulta che sia una buona pratica, e bisogna considerare anche come la si mette con la catena di distribuzione. Per il rapporto di compressione, è fondamentale sentire chi ha profonda esperienza sul motore specifico. Sicuramente con meno compressione dell'originale non si va; il punto è se rimettere la compressione originale o aumentarla. Io non cambierei il R/C aumentandolo se non potessi rimappare o diminuendolo se non dovessi sovralimentare.

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