Giovedì, 15 February 2018 19:37

Lo squish In evidenza

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Cos’è, come funziona, come ottimizzarlo…

Quante volte avete sentito parlare di squish? Cos’è e a cosa serve questo importante effetto? Alcune informazioni per conoscere a fondo questo importante parametro…

Foto apertura: quella evidenziata in rosso, geometricamente definita corona circolare regolare, è la banda di squish di un motore 2 tempi con candela centrale.

Per capire esattamente cosa si intende per effetto squish dobbiamo immaginare cosa succede all’interno di una camera di scoppio negli istanti che precedono e seguono lo scoccare della scintilla di accensione. La camera di scoppio, bene o male, può essere paragonata ad un caminetto. Avete presente quello che succede in un caminetto? Al centro c’è la catasta di legna che brucia e, man mano che ci si allontana dal centro della fiamma, la combustione è meno forte tanto da lasciare dei pezzi di legna intatti. Poi, ogni tanto, la legna cade fuori dal caminetto e non viene bruciata neanche all’ultimo momento, se non siamo noi a rimetterla dentro. Se poi con una paletta viene spostata la legna al centro del caminetto in prossimità della fiamma, verrà bruciata più rapidamente generando, al contempo, più calore in un tempo inferiore. Vi chiederete, a questo punto, cosa c’entra il caminetto con la camera di scoppio di un motore 2 o 4 tempi da competizione? C’entra eccome!

Nella camera di scoppio, in forma più veloce, succede esattamente quello che abbiamo analizzato in quest’esempio.

La banda di squish, se mi è concessa questa espressione, è la “paletta” della nostra camera di scoppio, ovvero è quella parte che consente di effettuare due operazioni di fondamentale importanza: incrementare la turbolenza della carica e orientare i gas freschi nella parte centrale della testa, avvicinandoli al punto di innesco della scintilla.

Come avviene tutto questo? La dinamica è piuttosto semplice ed intuitiva. Questa volta utilizzeremo l’esempio del tubo dell’acqua: mettendo il dito di fronte al getto d’acqua ne aumenteremo la pressione, ottenendo un getto più energico per spruzzare l’acqua più lontano di quanto possa andare con il getto non ostruito. Nella camera di scoppio avviene un procedimento similare: il pistone, durante la sua fase di ascesa verso il punto morto superiore, tende a schiacciare i gas freschi verso la testa. Se una parte di essa viene realizzata in modo da deviare i gas freschi verso il centro della camera di scoppio, sfruttando una rapida accelerazione dei gas periferici, otterremo un effetto simile a quello del dito messo davanti al getto d’acqua del nostro tubo: li orienteremo verso il centro della camera di scoppio aumentandone allo stesso tempo la loro turbolenza.

Gli effetti dello sfruttamento di questo principio, che furono introdotti dagli studi di Henry Ricardo a cavallo della seconda guerra mondiale, sono molteplici ed estremamente importanti non solo nell’impiego sportivo ed agonistico.

Ricardo, a quanto è dato sapere, fu il primo ad intuire la necessità di incrementare la turbolenza dei gas freschi, orientarli verso il punto di innesco della scintilla, per ridurre l’entità delle sacche di gas freschi lontani dal fronte di fiamma, per ottimizzare le prestazioni dei motori ad accensione comandata e ridurre il rischio di deleteri fenomeni di detonazione.

I vantaggi dello squish

La banda di squish è costituita da una o più zone sporgenti nella camera di scoppio che, quando il pistone sale verso il PMS, imprimono un’accelerazione ai gas freschi periferici per orientarli verso il centro di combustione con un moto turbolento.

I vantaggi sono facilmente intuibili e direttamente connessi tra loro.

Il primo è quello di orientare tutti i gas freschi verso il punto di avvio della combustione, velocizzandola e ottimizzandola: più gas freschi vengono bruciati, più potenza verrà erogata dal nostro motore.

Il secondo è di evitare che ai bordi della camera di scoppio si possano formare delle sacche di gas incombusti che, per via della forte pressione generata dall’avanzata del fronte di fiamma, possano esplodere e dar luogo a fenomeni di detonazione potenzialmente deleteri per l’affidabilità del gruppo termico e dell’imbiellaggio.

Il terzo è di incrementare la turbolenza dei gas durante tutta la fase di combustione, aumentando la velocità della combustione stessa. Una combustione tendenzialmente più rapida richiede, ovviamente, anticipi di accensione inferiori. Una carica particolarmente turbolenta brucia più rapidamente e più efficacemente e, di conseguenza, per poter sfruttare l’espansione dei gas combusti alcuni gradi dopo che il pistone ha iniziato la sua discesa verso il PMI, è possibile far scoccare la scintilla con alcuni gradi di ritardo rispetto ad una combustione tendenzialmente più lenta. L’anticipo di accensione, se ha il vantaggio di consentire di raggiungere la massima espansione dei gas combusti dopo che il pistone ha iniziato la fase discendente verso il PMI, ha lo svantaggio di generare una controforza nel momento in cui il pistone è ancora in fase di salita verso il PMS. Se è possibile sfruttare la massima espansione dei gas combusti senza dover esagerare con l’anticipo di accensione, il vantaggio è di ridurre la controforza generata da anticipi di accensione consistenti. Se, ad esempio, la scintilla scocca 30° prima del PMS, vuol dire che il pistone, per 30° del suo moto verso il PMS, incontrerà una resistenza sempre maggiore, man mano che sale, data dal fatto che si troverà a schiacciare nella camera di scoppio una carica di gas freschi già accesa e che si sta espandendo. Riuscendo ad accendere e far bruciare la carica con minore anticipo, sfruttandone però sempre nel migliore dei modi l’espansione dei gas combusti dopo il PMS, otterremo una riduzione della potenza assorbita da questo “freno” e otterremmo una potenza massima più elevata.

 

Forma e misura della banda di squish

Detto ciò, analizziamo ora come deve essere fatta una banda di squish.

In un motore 2 tempi con candela centrale la banda di squish deve essere realizzata come una corona circolare esterna prominente verso il cielo del pistone che, quando il pistone stesso si avvicina al PMS, convoglia i gas freschi verso il certo della camera di combustione e ne aumenta la turbolenza.

Le variabili della banda di squish sono essenzialmente tre: larghezza, inclinazione e distanza minima con il pistone al PMS.

Parliamo della larghezza. La larghezza della banda di squish deve essere tale che corona circolare non superi mai il 50% della superficie totale della camera di scoppio. Se, ad esempio, il nostro cilindro ha un alesaggio di 47,6 mm e una conseguente area della camera di scoppio di 17,8 cm2, l’area massima della banda di squish deve essere di 8,9 cm2 (metà di 17,8). Da ciò si evince che il diametro minimo della parte interna della camera di scoppio deve essere quella di un cerchio con area di 8,9 cm2 e che, di conseguenza, deve avere 32,2 mm di diametro (ottenuta facendo la radice quadra del risultato di 8,9 cm2 : 3,14). Sottraendo al diametro di 47,6 mm 32,2 di diametro minimo di camera di scoppio e dividendola per 2, otterremo per differenza la larghezza di questa banda, che deve essere di 7,7 mm. 

Ora, una banda di squish molto larga tende a penalizzare il motore agli alti regimi, per via di una forma troppo compatta e necessariamente alta della camera di scoppio. Se, invece, la banda di squish è troppo stretta, si finisce con non beneficiare più degli effetti positivi di questo effetto.

In linea di massima possiamo dire che la banda di squish di un motore scooter alesaggio 47,6 mm deve essere compresa tra i 5 e gli 8 mm come larghezza massima.

L’angolo della banda di squish rispetto all’inclinazione del cielo del pistone è un altro fattore di importanza essenziale. Sono stati effettuati numerosissimi esperimenti in questo senso: i risultati hanno confermato che il rendimento ottimale si ha mantenendo la stessa angolazione tra la banda e il mantello del pistone. Se si desidera ottenere una migliore risposta ai bassi regimi sacrificando l’allungo del motore si può lavorare con un’angolazione negativa di massimo 30’, se si desidera liberare il motore agli alti regimi per farlo distendere meglio in allungo la banda di squish deve avere un angolo maggiore di 30’ rispetto al cielo del pistone. Se il cielo del pistone ha un angolo di 12°, aprendo l’angolo della banda di squish a 12°30’ si avrà un migliore allungo, mentre con l’angolo della banda di squish a 11°30’ si avrà una migliore risposta in basso e la tendenza a murare agli alti regimi. Con uno squish negativo, per quanto sia efficiente il raffreddamento e quanto sia buona la benzina che userete, evitate di utilizzare angoli di oltre 1° inferiori a quelli del cielo del pistone onde evitare l’insorgere di fenomeni di detonazione. Se non disponete di un tornio o di un goniometrio specifico, per misurare lo squish positivo, a zero o negativo dovrete misurare lo schiacciamento della barretta di stagno nel punto più vicino e più lontano dalla candela: un metodo semplice ed efficiente.

Sui motori kart 100 cc, dove è di fondamentale importanza gestire al meglio l’allungo del motore, si arriva a dare fino a 2° di angolazione in più della banda di squish rispetto al pistone: se il cielo del pistone è 12°, la banda viene inclinata a 14°. Si sono viste anche bande di squish con 2 diverse angolazioni o addirittura raggiate, ma si è trattato di esperimenti senza seguito. La finitura in prossimità della camera di scoppio deve essere con uno spigolo piuttosto marcato, per sfruttare al massimo le turbolenze.

L’altezza di squish, che si misura con una barretta di stagno schiacciata dal pistone e su di esso fermata con del nastro isolante, è un altro dei parametri essenziali da gestire in questo senso.

Può variare tra i 0,0125 mm e i 0,020 mm ogni mm di corsa. Un’accensione ad anticipo variabile, un raffreddamento efficiente, un motore perfettamente a punto di carburazione, che impiega benzine di qualità superiore e montato con tolleranze ristrette (soprattutto a livello di banco) può anche lavorare a 0,0115 mm di altezza di squish per ogni mm di corsa (in un motore corsa 39,3 mm sarebbero 39,3 x 0,0115 = 0,45 mm); motori sportivi/stradali alimentati con benzine di qualità variabile, con accensioni ad anticipo fisso e con parecchi residui carboniosi in camera di scoppio lavorano generalmente con valori di 0,20 mm (altezza di squish pari a 0,78 su un motore corsa 39,3 mm). Benzine ad alto numero di ottano possono consentire altezze di squish ancora più contenute senza innescare detonazioni. Sopra al mm l’effetto squish non sortisce più i suoi effetti, mentre sotto i valori minimi si innescano fenomeni di detonazione.

L’altezza di squish deve essere identica in tutti i punti della testa. Se da un lato lo squish è più basso rispetto al lato opposto, potrebbe dipendere da un’errata lavorazione della testa o un mancato parallelismo dei piani del cilindro: a quel punto verificare la testa sul tornio e il cilindro sul piano di riscontro sarà obbligatorio, se non avete effettuato questo controllo prima di iniziare il montaggio del motore… Come abbiamo avuto già modo di spiegare, è di fondamentale importanza che la testa sia centrata sul cilindro, per evitare che la banda di squish possa lavorare in modo non corretto.

Ricordate di effettuare i vostri esperimenti sullo squish senza variare il rapporto di compressione, altrimenti non capirete mai quale dei 2 parametri starà influenzando maggiormente la resa del motore.

 

L’altezza di squish si misura con una barretta di stagno da 1,5 mm di diametro fissata sul pistone. Per la misurazione si utilizza un calibro centesimale.

 

Durante la misurazione dell’altezza di squish si effettua un solo giro dell’albero motore, a mano, per evitare schiacciamenti erronei.

 

Esempio di banda di squish su una testa con candela decentrata. La banda parte dal lato opposto alla candela e orienta i gas freschi verso il punto di innesco della combustione

 

Una testa di un motore scooter velocità di qualche anno fa. Si noti la banda di squish estremamente compatta: misura appena 5,5 mm in larghezza

 

Banda di squish raggiata. Questa soluzione, spesso sperimentata, non ha mai avuto sviluppo in quanto la mancanza di uno spigolo vivo riduce notevolmente la turbolenza dei gas freschi

 

Esempio di testa emisferica e banda di squish con bordo raggiato per motore scooter sportivo/stradale raffreddato ad aria. Anche in questo caso la turbolenza non è massima ma, trattandosi di un motore con temperature di esercizio elevate si è cercato di evitare la presenza di punti di innesco della detonazione

 

Testa Malossi MHR per motore Piaggio. La banda di squish, per garantire la massima turbolenza dei gas freschi, è realizzata con lo spigolo vivo. Ciò è possibile su motori spinti dotati di un efficace raffreddamento e su una perfetta messa a punto a livello di carburazione e anticipo di accensione

 

 

Ecco l’andamento della turbolenza in una camera di scoppio dotata di banda di squish calcolata (Bossaglia). Una giusta turbolenza velocizza la combustione permettendo di ridurre i valori di anticipo di accensione, a vantaggio della potenza massima erogata grazie alla riduzione della controforza generata dall’anticipo di accensione stesso

 

 

Disegno in sezione di testa con camera di scoppio emisferica convenzionale

 

 

Esempio di camera di scoppio a sezione tronco-conica. Facile da realizzare, questo profilo assicura una ridotta tolleranza di lavorazione per poter consegnare i kit già al limite del rapporto di compressione

squish a 0°, con i piani cielo pistone e banda di squish paralleli: il compromesso ideale

 

Un esempio di camera di scoppio emisferica con accenno di sottosquadro in prossimità della banda di squish per ottimizzare la combustione e orientare al meglio la propagazione delle onde di pressione sul pistone.

Soluzione utilizzata nel karting, minimoto e moto GP 125/250 cc

esempio di squish negativo, che si chiude di circa 30’ rispetto al cielo del pistone: soluzione ideale per ottimizzare l’accelerazione, a scapito dell’allungo

 

Letto 2101 volte Ultima modifica il Venerdì, 16 February 2018 11:34

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