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POWERCDI: POTENZA E CONTROLLO Rivoluzionaria centralina per moto racing da enduro, motocross e motard. L'unica dotata di cavo USB e software di serie e dell'innovativo Controllo Dinamico della Potenza.



Copyright © 2017 Fabio Bizzetti, tutti i diritti d'autore riservati. NOTA: la divulgazione e diffusione di questo articolo è gradita ed espressamente consentita, purché sia esclusivamente sotto forma di link diretto a questa pagina: qualsiasi altro uso è severamente vietato e verrà perseguito a norma di legge.




Le pistonate in rilascio dei motori a 2 tempi e come eliminarle con la PowerCDI


Le cosìddette "pistonate in rilascio" presenti nei motori a 2 tempi soprattutto di grossa cilindrata sono uno degli argomenti più dibattuti e irrisolti sui forum di enduro.

Le famigerate pistonate in rilascio non sono né detonazione né preaccensione, come a volte si legge. Si tratta invece di normalissima combustione, originata dalla scintilla della candela, ma combustione molto intensa, tale da far aumentare il regime di rotazione anche di 500-700 RPM in un singolo giro motore, il che si manifesta come un improvviso "balzo in avanti" durante il freno motore.

La causa di questa combustione molto energica è un precedente cospicuo accumulo di benzina incombusta, incombusta a causa dei ripetuti misfire (mancate accensioni) provocati dal ristagno nel cilindro dei gas di scarico combusti (dovuto ad un lavaggio non perfetto viste le bassissime pressioni presenti nel carter quando l'acceleratore è chiuso) che non permette poi la normale accensione per molti dei giri motore successivi. Ad ogni mancata accensione (la scintilla scocca normalmente, ma la miscela non si incendia perché attorno alla candela ci sono troppi gas combusti, non incendiabili, oppure si incendia ma l'eccesso di gas combusti estingue velocemente il fronte di fiamma e si ha solo una combustione parziale) e lavaggio imperfetto, la percentuale di miscela "fresca" in camera di scoppio comunque aumenta, giro motore dopo giro motore, mentre i gas di scarico residui (che impediscono accensione e combustione) vengono diluiti sempre più. Finalmente quindi si arriva di nuovo alle condizioni per cui la scintilla riesce ad innescare la combustione e questa a mantenersi, ma sono tanti e tali gli accumuli di benzina incombusta (nel mentre vaporizzata e quindi divenuta combustibile) che la nuova combustione avviene in maniera molto violenta (produce pressione elevata sul pistone e quindi molta coppia, ma in un solo giro motore, con conseguente "balzo in avanti" a causa dell'incremento anche di 500-700 RPM in appena un giro motore). Questa combustione produce ovviamente anche nuovi gas di scarico, che richiederanno molti giri motore per essere ripuliti dal cilindro nelle condizioni di bassa pressione nel carter in cui ci troviamo in rilascio, e ricomincia così un nuovo lungo ciclo di misfire, col motore impossibilitato a bruciare la miscela, finché i gas di scarico non vengono di nuovo diluiti a sufficienza e abbiamo finalmente una combustione (molto energica per via di tutti i depositi di benzina accumulatesi nel frattempo), percepita come "pistonata", produzione di nuovi gas di scarico, e via dicendo.

La causa quindi non è direttamente la carburazione grassa, anche se certamente questa peggiora il problema indirettamente, poiché è fonte sia di misfire (aggiuntivi) che di accumuli di benzina, oltre che di rallentamento della combustione, tutte cose che non aiutano di certo il motore a girare pulito.

Non basta smagrire (o meglio rendere perfetta, né grassa né magra, perché anche la carburazione magra rallenta la combustione oltre ad essere anch'essa fonte di misfire - oltre ad essere deleteria per molti altri motivi) la carburazione a gas chiuso, perché a poco servirà avere una carburazione perfetta in rilascio se gli accumuli di benzina sono avvenuti fino ad un attimo prima, es. a gas parzializzato (quando la carburazione è data dallo spillo conico, per intenderci). Chiudendo l'acceleratore - anche se da questo momento in poi fossimo carburati bene - il motore si ritroverà comunque un accumulo precedente di benzina incombusta, e questo fenomeno è autoalimentante, cioè lo stesso ciclo in cui avviene la pistonata in rilascio (a causa di combustione di scarsa qualità) è anche fonte di "sporcizia" che causa altri misfire, in un circolo vizioso. Quindi è importante non solo essere carburati bene (né grassi né magri) a gas chiuso, ma anche a tutte le altre aperture del gas, in modo da non ereditare eccessi di benzina da situazioni precedenti, che sarebbe impossibile smaltire nonostante il buon setting carburatore a gas chiuso.

Sbarazzarsi delle fastidiose pistonate in rilascio può essere fatto in diversi modi. Uno è svitando la vite del minimo fino a far chiudere completamente la valvola gas, in questo modo in rilascio entreranno così poca aria e benzina da rendere sempre e comunque impossibile la combustione, e quindi anche in presenza di residui cospicui non avremo comunque mai le condizioni per cui si possa arrivare ad accendere la miscela, con conseguente pistonata (visti i depositi). Questa soluzione però non permette al motore di restare in moto al minimo, e inoltre in staccata non assicura una lubrificazione adeguata ai cuscinetti di banco e di biella. Ancora peggiore sarebbe un sistema apparentemente intelligente che inibisca soltanto l'accensione (la scintilla) a gas chiuso e regimi superiori al minimo (quindi solo in rilascio / freno motore), perché pur permettendo la lubrificazione dei cuscinetti ed eliminando le pistonate in rilascio, causerebbe anche un aumento dei depositi di olio e benzina incombusta, con conseguente disastro (candela bagnata) riaprendo il gas dopo che sia rimasto chiuso per un tempo relativamente lungo.

La soluzione al problema va quindi ricercata non nella risoluzione del sintomo ma della causa, che è l'eccesso di misfire in rilascio (dovuta a lavaggio insufficiente) e conseguente accumulo di benzina incombusta mista a gas di scarico residui. Come regola generale la benzina in ingresso va bruciata, sempre, e il più possibile. Meno misfire abbiamo e meglio è. Più facilmente vengono estratti i gas di scarico e meglio è (quindi a valvola parzializzatrice allo scarico aperta il problema si riduce, così come è vero che scarichi "strozzati" lo peggiorano). Tecnicamente, il blowdown time-area (la quantità di tempo/distanza/gradi tra l'apertura della luce di scarico e quella dei travasi, in relazione anche all'ampiezza delle luci) dev'essere il maggiore possibile, questo aiuta l'espulsione dei gas di scarico e facilita anche l'ingresso di quelli freschi (perché su un motore a 2 tempi ben progettato l'espansione "risucchia" i gas freschi più di quanto il carter li "spinga"), con conseguente maggiore efficacia nello scavenging (lavaggio). Inoltre, come già accennato prima, bisogna diminuire il più possibile sia gli eccessi di benzina (che il motore non può bruciare, quindi prestare attenzione non solo alla carburazione, ma anche e non di meno la qualità della polverizzazione è estremamente importante) che evitare tutto ciò che rallenta la combustione.

Mettendo in pratica questi concetti, bisogna in sostanza innanzitutto carburare correttamente (né grassa né magra) lungo tutto l'arco di aperture del gas, non soltanto a gas chiuso, per evitare accumuli di benzina incombusta. Tutto ciò che favorisce una combustione rapida e completa diminuisce anche gli accumuli di "sporco" nel motore, e di conseguenza diminuisce anche il problema delle pistonate in rilascio. Quindi non solo carburazione perfetta, ma anche testata e scarico efficienti sicuramente aiutano, ma non risolvono completamente il problema.

La tensione e l'energia alla candela molto maggiori sulla PowerCDI rispetto alle centraline Kokusan Denki originali (si parla di incrementi di tensione che passa da 25000V a 45000V e di energia che passa da 60mJ ad oltre 200mJ nel caso meno favorevole alla PowerCDI, ma in condizioni critiche (avviamento e alti regimi) il divario è ancora maggiore. Questo diminuisce in maniera significativa i misfire (mancate combustioni), così come un ulteriore piccolo aiuto si può ottenere usando candele all'iridio (come le NGK BR7EIX) e aumentando il gap tra gli elettrodi (operazione non consigliabile sulla centralina originale per via dell'insufficiente tensione, ma sulla PowerCDI si può passare dai 0.6mm originali a 1.0mm senza problemi) facendo attenzione a non esercitare mai forza sull'elettrodo centrale, ma sempre e solo su quello laterale (di massa).

Con la PowerCDI disponiamo di un'energia alla candela elevatissima, e di un controllo totale su tutti gli aspetti legati alla gestione della stessa, e questo si riflette in una combustione molto più completa che a sua volta fa sparire completamente le pistonate in rilascio anche sui motori più refrattari, e il motore risulta considerabilmente più pulito anche es. dopo una lunga discesa.

Nei motori enduro/cross/motard comuni, il Controllo Dinamico Della Potenza / DynamicPowerControl (vedi il paragrafo "Approfondimenti sul DPC" nella pagina principale del sito PowerCDI) non potendo gestire la farfalla / valvola gas direttamente (drive-by-wire) può agire (per depotenziare dinamicamente il motore) solo attraverso l'applicazione di un ritardo d'accensione o in alcuni casi sull'inibizione della stessa, causando quindi volutamente il rallentamento e/o il posticipo (o in rari casi addirittura l'inibizione) della combustione, per ottenere il depotenziamento eventualmente necessario a garantire il controllo sul motore, ad ogni singolo giro motore. L'introduzione del ritardo (solo quando necessario) ha potenzialmente anche un leggero effetto ingrassante (e quindi "sporcante") sul motore, di conseguenza è essenziale che si parta da una carburazione pulita in modo che le "puntatine" di ritardo non siano causa di accumuli eccessivi di gas combusti e incombusti che sono all'origine del problema in oggetto.
Nella nostra esperienza, un motore messo a punto (carburazione, squish, ecc..) gira molto pulito anche col DPC, persino su terreni molto scivolosi, dove il DPC lavora molto. Ma la carburazione deve ricevere la necessaria attenzione, e questo è il motivo per cui consideriamo la carburazione come parte integrante del sistema e forniamo direttive rigorose, supporto tecnico approfondito e assistenza anche su questo argomento.

In conclusione, con una buona messa a punto generale (carburazione, testata e scarico), la grande energia alla candela prodotta dalla PowerCDI che ottimizza la combustione in tutte le condizioni di funzionamento (grazie anche all'uso di un carburatore dotato di TPS) le pistonate in rilascio dei motori a 2 tempi si risolvono persino durante prolungate fasi dinamiche di depotenziamento (DPC).


In questo grafico (ricordiamo che sulla PowerCDI cavo-interfaccia USB e software sono di serie, è quindi possibile registrare e di conseguenza analizzare le proprie telemetrie) vediamo una prova di ripresa in 3a marcia, dove sulle ascisse abbiamo il tempo (in secondi), e sulle ordinate gli RPM (linea blu) e il TPS (linea fucsia). Si parte col gas al 20% circa, che viene poi spalancato; fino a circa 6000 RPM il motore riprende fluido e senza misfire; da 6000 a 7000 RPM invece, contrassegnati dall'ovale e dalla lettera M, è possibile vedere dei misfire in piena accelerazione dovuti a carburazione grassa e valvola parzializzatrice allo scarico non perfettamente raccordata (e che ostacola in parte un buon lavaggio); una volta apertasi completamente, la valvola cessa di creare problemi e il motore riprende fluido da 7500 a 8200 RPM circa, dopodiché ritornano lievi misfire a causa della carburazione eccessivamente grassa (che non aiuta in fuorigiri). Raggiunti i 9700 RPM circa l'acceleratore viene completamente chiuso, e qui comincia la parte interessante e attinente l'oggetto della presente discussione: finché la valvola parzializzatrice allo scarico è aperta il motore rimane sufficientemente pulito, ma sotto un certo regime avvengono le pistonate (nel grafico sono 3, contrassegnate dalle frecce e dai 3 numeri) che fanno balzare in avanti il regime (e la moto..) in una singola combustione, molto violenta.

Il carico che il veicolo presenta al motore in 3a marcia non permetterebbe al regime di salire realmente così tanto in un solo giro motore, ma complici la sospensione posteriore e il gioco presente sulla catena della trasmissione finale si ottiene un incremento del regime temporaneo, riassorbito poi nei giri motore successivi, che riflettono nuovamente la reale velocità del veicolo.

In folle invece non abbiamo l'effetto "ammortizzante" della sospensione posteriore e del gioco catena, e l'energia rilasciata durante la pistonata e conseguente aumento di regime viene conservata, come è possibile vedere dal seguente grafico di telemetria, dove abbiamo brevemente spalancato il gas in folle (la carburazione è troppo grassa e si vede anche dal fatto che il motore mura a 9500 RPM circa, e il tipico pattern di misfire), quindi in fase di rilascio abbiamo qui 2 pistonate (indicate dalle frecce), ma l'aumento di regime, essendo il motore in folle, non viene riassorbito dalla moto (come invece avveniva nel grafico precedente):


Da notare anche il tipico funzionamento irregolare al minimo dei motori a 2 tempi (dovuto al medesimo fenomeno fisico che è all'origine delle pistonate in rilascio, in breve lavaggio insufficiente), dove abbiamo 1 combustione seguita da numerosi misfire, tipicamente 1 giro motore con combustione riuscita seguito da 4-5 sui 125/144cc e fino a 8-10 sui 250/300cc giri in cui la combustione non riesce (per via dei troppi gas di scarico residui), o anche più se carburati grassi al minimo.

Gli "scoppi" che si sentono al minimo (per intenderci, in folle sul cavalletto) su un motore a 2 tempi non sono i giri del motore, ma le combustioni riuscite, quindi (in media, su un 250-300 2T) circa un decimo dei giri motore reali. Se si vuole "ascoltare" il regime reale del motore, bisogna ascoltare il rumore di aspirazione, non di scarico.

Inutile dire che se 1 giro motore abbiamo combustione (e fumo) dallo scarico, mentre per altri 9 no, in questi 9 una parte della miscela aria-benzina-olio prodotta dal carburatore finirà direttamente allo scarico, con emissione alle stelle di idrocarburi incombusti.

Il cosiddetto "quattrotempi" ("fourstroking") è anch'esso dovuto ad insufficiente lavaggio: è un ciclo molto regolare di 1 giro motore in cui abbiamo la combustione seguito da 1 giro motore dove non riesce (misfire), ed è molto caratteristico dei motori a 2 tempi, specialmente se carburati grassi di spillo (o se viene usato un getto del minimo molto grande).

Ad aperture del gas più grandi (a partire dal 30%-50%, dipende dalla carburazione), il motore a 2 tempi riesce invece a ripulirsi meglio e quindi a iniziare e completare la combustione ad ogni giro motore, in maniera molto efficiente (specialmente quando è "in coppia").



FAQ:

Q: Al ricercatore: nel mondo anglosassone vengono chiamate "pipe-bangs", il che lascia supporre che avvengano nell'espansione, è corretto?
A: Una premessa necessaria è che questo problema (in qualsiasi modo lo vogliamo chiamare) non è trattato in letteratura, quindi (dal momento che trovo le pistonate in rilascio veramente fastidiose e me ne sono voluto liberare) non potevo contare su nessuno a parte me stesso per cercare di capire la causa di questo fenomeno, per trovare una soluzione. Quindi il buon vecchio metodo scientifico è venuto in aiuto, in un processo iterativo di ipotesi/teoria e verifica (ad esempio, smagrire, arricchire, ritardare, anticipare, aggiungere squish, diminuire squish, comprimere, decomprimere, ecc..) verificando empiricamente che la teoria sotto esame tenesse, ed eventualmente raffinandola.
Sono sicuro che la descrizione del fenomeno che ho fatto in questo articolo tecnico è corretta e completa, tuttavia c'è ancora un aspetto che vorrei investigare di più, ed è la quantità di combustibile che entra nell'espansione (che, in particolare, ispira anche il nome "pipe-bangs" usato nel mondo anglosassone). Mentre molti dicono/pensano che la combustione accada (o almeno continui) nell'espansione, questo non trova riscontri perché, se così fosse, allora la pressione proveniente da questa combustione non sarebbe in grado di spingere contro il pistone, bensì, come dimostra la telemetria (la pistonata in rilascio si compie in un singolo ciclo, ma produce molta coppia). Inoltre, se la combustione accadesse (o continuasse) nell'espansione, allora i gas spingeranno dove è più facile per loro farlo, e questo è il lato del silenziatore, non il lato del motore, visto che quest'ultimo è chiuso. Lo sentiresti. Ho provocato la combustione nell'espansione ed è stato molto, molto evidente dal lato silenziatore, fa un forte suono di "sputtering".. questo non è un mio video ed è solo un motore di piccola cilindrata ma questo è ciò che accade quando la combustione accade (o continua) all'interno dell'espansione (si può notare distintamente a 0:10, 0:12, 0:14 e 0:20):

La verifica finale sarebbe quella di realizzare e montare un tubo di scarico senza camera di espansione, solo un semplice tubo, e verificare come cambiano le pistonate in rilascio, naturalmente le provocherei ritardando e ingrassando di conseguenza. Ma tutto quello che ho osservato finora mi fa pensare che, anche se l'espansione funziona sicuramente come un "serbatoio di benzina" per il cilindro (e ritorna a quest'ultimo parte del combustibile), è solo nel cilindro che le pistonate in rilascio si compiono. Sono combustioni molto intense, non è possibile ottenere coppia con la combustione all'interno dell'espansione, che non genererebbe alcuna pressione sul pistone e, anche se accadesse nell'espansione, potrebbe spingere sul pistone solo se la luce di scarico è aperta, e il pistone sarebbe troppo basso e geometricamente non nella migliore condizione per generare un lavoro meccanico (ma sappiamo invece che la pistonata genere un impulso meccanico molto intenso e potente), a parte il fatto che i gas in espansione preferirebbero "spingere" verso il silenziatore, via di fuga ben più facile che non il cilindro. Inoltre, la combustione nell'espansione è molto, molto lenta, è uno "spazio aperto" e abbastanza inefficace nel generare una forza meccanica. Sono molto fiducioso che l'espansione funga da serbatoio di combustibile, niente di più, ma che il vero fenomeno accada all'interno del cilindro, in modo molto tradizionale. Se tagliate l'accensione, le pistonate in rilascio spariranno completamente, è anche una prova indiretta che la combustione è tradizionale, anche se molto intensa.




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ULTIMO AGGIORNAMENTO: 16 Dicembre 2017