In questa guida vedremo in generale cos'è la valvola lamellare, come funziona, i suoi vantaggi e svantaggi, soprattutto rispetto ad altri sistemi di aspirazione come la valvola rotante o il piston port. 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. Questo sistema ha consentito di coniugare in un motore 2T elevate potenze, ottima fruibilità e consumi contenuti, mantenendo comunque la sua proverbiale semplicità.
Cos'è il Pacco Lamellare?
La valvola lamellare è costituita da un corpo in plastica o metallo e da delle lamelle, dette anche petali. Questi petali sono 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, e a cuspide, le più diffuse sulle moto.
Le valvole piane solitamente hanno 1 o 2 petali, quelle a cuspide possono avere 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, ma la sostanza rimane sempre la stessa. Il vantaggio di avere più petali è avere 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 stopper, ovvero dei lamierini curvi che fanno da limitatori di apertura/flessione del petalo.
Come Funziona il Pacco Lamellare?
Il principio di funzionamento della valvola lamellare è semplicissimo. La valvola a lamelle è posta fra il carter pompa e il carburatore. A riposo, i petali sono in piano e chiudono i passaggi. Il funzionamento del pacco lamellare si basa sulla depressione che si crea all'interno del carter e del cilindro. Questa depressione apre le lamelle, permettendo alla miscela di entrare.
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 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. Questo sistema serve per evitare che la miscela che si trova nel carter pompa torni indietro nel collettore, invece di entrare nei travasi e poi nel cilindro durante il moto discendente del pistone.
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Un vantaggio significativo di questo sistema è che la quantità di aria aspirata influenza l'apertura delle lamelle, mantenendo la velocità del flusso più o meno costante. Al 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.
Funzionamento 2 Tempi lamellare con valvola di scarico #elaborazioniata🐢🏁
L'Autoregolazione del Sistema
Uno dei principali vantaggi del pacco lamellare è la sua capacità di autoregolarsi in base alle condizioni del motore. 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). 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 ed alle piccole aperture ed una fasatura larga, spinta, agli alti regimi e massime aperture.
L'Evoluzione del Sistema di Aspirazione Lamellare
Nei primi utilizzi dell’epoca dei motori lamellari, il pistone al Punto Morto Inferiore (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 ci sono 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.
Vantaggi del Sistema Lamellare
Il motore lamellare è molto più fruibile, consuma meno e fa meno rifiuto. L'esperienza diretta dimostra che, anche su blocchi con valvola rigata ma non eliminata, il motore poi è un orologio svizzero, a differenza di prima che faceva quello che vuole a livello di aspirazione. Il collettore lamellare non serve a guadagnare in prestazioni, ma a garantire un corretto funzionamento del motore anche quando la valvola è rovinata.
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In sintesi, il sistema lamellare offre:
- Fruibilità e Consumi Contenuti: Un motore più gestibile e con minori consumi di carburante.
- Fasatura Variabile: Adattamento dell'aspirazione ai diversi regimi del motore.
- Affidabilità: Funzionamento corretto anche in presenza di usura della valvola.
- Minore Rifiuto: Riduzione del ritorno di miscela dal carburatore.
Svantaggi e Sfide
Tuttavia, il pacco lamellare presenta anche degli svantaggi. Il principale è che rappresenta un "tappo" che la miscela deve aprire per entrare nel cilindro, consumando parte dell'energia. Inoltre, il sistema può essere un po' puntiglioso sulla carburazione, richiedendo una messa a punto più precisa.
Valvola Lamellare vs. Altri Sistemi: Rotante e Piston Port
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.
Confronto con la Valvola Rotante (a Disco)
Di certo c’è che il motore lamellare è molto più fruibile, consuma meno, fa meno rifiuto ma paga qualcosa in potenza massima. 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 manico 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.
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I Materiali: L'Importanza del 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.
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.
Sinergia 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 sostanza, queste 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 fin quando la pressione interna non supera la forza con la quale i gas stanno entrando attraverso il pacco lamellare.
Riepilogo Componenti e Funzioni
| Componente | Funzione | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|
| Pacco Lamellare | Regola l'ingresso della miscela nel carter | Autoregolazione, velocità del flusso costante | Rappresenta un "tappo" che consuma energia |
| Lamelle in Carbonio | Controllano l'apertura e chiusura del condotto | Flessibilità, resistenza, leggerezza | Richiedono una progettazione accurata per evitare risonanze |
| Marmitta ad Espansione | Ottimizza il riempimento del cilindro | Aumenta la potenza e l'efficienza | Complessità nella progettazione e messa a punto |