L'anticipo di accensione, effetti nei motori a due tempi.

Il motore, sia due che quattro tempi, funziona grazie alla combustione controllata della miscela aria-carburante, come tutti sappiamo quando essa viene incendiata produce un rapido aumento della temperatura, la temperatura fa crescere la pressione dei gas che quindi premono il pistone nella sua corsa discendente e azionano il motore.

La combustione non è un fatto istantaneo, e avviene più o meno in questo modo:

1. La tensione tra gli elettrodi della candela sale fino ad arrivare a un certo valore, il massimo valore di tensione sopportabile dalla miscela (rigidità dielettrica),
2. Superato questo valore la miscela passa allo stato di plasma (gas ionizzato) e diventa conduttrice di elettricità. Questo fenomeno è comunemente chiamato... scintilla.
3. L'alta temperatura che si raggiunge in queste condizioni innesca il fenomeno della combustione, con un fronte di fiamma che percorre la camera di combustione dalla candela (di solito posizionata in centro) fino alle estremità.

Come spiegato estesamente in -->questo articolo la velocità con cui il fronte di fiamma percorre la camera di combustione varia a seconda delle condizioni della miscela (grassa,magra,temperatura...) e aumenta di molti ordini di grandezza con l'effetto dello squish. Molto banalmente, se la miscela si sta rimescolando, il fronte di fiamma si propaga più velocemente.


Andamento generico della pressione in un cilindro 2t di buone prestazioni

Va da se che durante la rotazione dell'albero, il pistone è disponibile a raccogliere 'energia rilasciata dalla combustione solamente dopo il punto morto superiore, nel verso di rotazione dell'albero. E' naturale che fintantochè il pistone "sta salendo" un aumento della pressione in camera di combustione è deleterio, per il semplice fatto che va contro la rotazione dell'albero motore (grafico -> quota di energia sprecata)

Allo stesso modo, il punto morto superiore non è ancora un punto buono per raccogliere l'energia, in questa posizione infatti la biella è perfettamente verticale e la forza esercitata, più che a far ruotare l'albero, tenderebbe solo a spingerlo contro i cuscinetti senza produrre lavoro utile.

Ecco quindi che la combustione ideale sarebbe nulla fino al punto morto superiore, massima subito dopo.

Purtroppo la combustione reale è ben lontana da quella ideale: la durata complessiva della combustione, dall'inzio al completamento, varia nei motori scooter due tempi tra i 60° e i 40° di manovella a seconda del livello di preparazione del motore, con i valori di durata maggiori per motori più tranquilli e durate più brevi per motori con potenze specifiche più alte.

Sperimentalmente si è visto che la combustione dovrebbe presentare il suo picco di pressione in camera intorno ai 9/12° di albero dopo il punto morto superiore per avere la massima efficienza di "raccoglimento dell'energia" (passatemi il termine) da parte del pistone.

Quindi l'anticipo ideale per un dato motore è quello che, considerati tutti i parametri di funzionamento, permette alla combustione di iniziare, progredire e presentarsi all'appuntamento dei 9/12 gradi con il suo picco massimo di pressione.
L'anticipo ideale per un dato motore sarà quindi totalmente dipendente dalla velocità a cui la combustione giunge al suo picco massimo.

Molto brevemente (ci sarebbe materiale per molti altri articoli) il tempo che la combustione impiega per giungere al suo apice di pressione può essere suddiviso in due parti, un ritardo e un tempo di salita.

il ritardo (grafico->ritardo) dipende dal fatto che la tensione non sale istantaneamente agli elettrodi della candela, ma anche e sopratutto dal fatto che la scintilla non innesca istantaneamente la combustione, come tutte le reazioni chimiche ha bisogno di una sua energia di attivazione e di un tempo minimo perchè si inneschi il fenomeno.



Il tempo di salita è il tempo fisiologico per arrivare al picco di pressione, chiaramente il picco di pressione si ha solamente quando il fronte di fiamma ha ormai incendiato la maggior parte della miscela, questo dipende a sua volta dalla velocità con cui il fronte di fiamma percorre la camera di scoppio.

Analizzando più a fondo l'andamento della pressione si puo notare come, per presentarsi all'appuntamento dei 9/12°, la combustione debba iniziare e quindi far crescere la pressione molto prima del punto morto superiore, andando quindi contro il moto del pistone.
Da questo si intuisce come sia desiderabile avere una combustione molto rapida, perlomeno in questa fase.

A questo punto siamo già in grado di sfatare un mito, che qualche volta ritorna nei forum, ovvero quello di anticipare l'accensione all'inverosimile, basta guardare il grafico per capire che un anticipo eccessivo non fa bene alle prestazioni del motore.
L'area sottesa dalla curva corrisponde alla quantità di energia rilasciata, è quindi evidente che l'ammontare prima del punto morto superiore va perso.

Allo stesso tempo è facile intuire come i motori con una combustione più efficiente (quindi più veloce) vogliano meno anticipo di motori con una combustione meno efficiente (più lenta)-

L'efficienza della combustione come accennato prima dipende da vari fattori:

• Temperatura: la temperatura è catalizzatrice di tutte le reazioni chimiche, perchè è proprio una misura dell'agitazione delle molecole e quindi della loro propensione a combinarsi.
• Pressione in camera (leggi rapporto di compressione): con una pressione maggiore le molecole sono più vicine e hanno urti più frequenti
• Estensione della camera di combustione (quindi alesaggio): si intende la distanza tra l'elettrodo centrale della candela e la parete piu lontana della camera, questo fattore ovviamente è influenzato dalla "altezza" della camera (distanza elettrodo/cielo pistone), dall'alesaggio, da una eventuale posizione decentrata della candela... piu la camera è estesa e più distanza dovraà percorrere il fronte di fiamma per completare la combustione.
• Rapporto aria/carburante
• Diametro delle gocce dell-aerosol di carburante
• Inquinamento della carica fresca da parte dei gas combusti
• Turbolenza: sotto questo nome va ovviamente il rimescolamento dovuto allo squish, ma non solo, alla turbolenza dovuta allo squish si sommano anche le turbolenze precedenti, dovute al movimento di entrata e uscita della miscela dal cilindro.

Analizzando l'andamento della pressione in camera di scoppio si può facilmente giungere alla conclusione che, almeno fino al punto morto superiore, l'aumento di pressione compie lavoro contrario a quello voluto, pertanto quello che si cerca di fare per massimizzare la potenza è velocizzare la combustione il piu possibile e ridurre al minimo l'anticipo di accensione necessario.

Osserviamo ora la curva di anticipo tipica di un'accensione cdi ad anticipo variabile per motori a due tempi.



Notiamo immediatamente che l'anticipo ai bassi regimi e molto maggiore di quello in potenza massima e in generale i regimi piu alti. Perchè questo?
Ai bassi regimi la respirazione non è ottimale, il riempimento del cilindro non è buono (quindi il rapporto di compressione effettivo è piuttosto basso) e allo stesso tempo la carica fresca è diluita dai gas esausti che a questi regimi vengono evacuati solo grazie alla loro pressione, senza alcun aiuto da parte dell'impianto di scarico. La velocita di squish (che cresce linearmente con il regime di rotazione) è bassa.
Tutti questi effetti fanno si che la velocità (ma anche la qualità) di combustione sia molto bassa e si renda quindi necessario usare molto anticipo di accensione.

Questa è la fondamentale differenza dai motori quattro tempi, nei quali la mappa d'anticipo tipica è crescente, non decrescente, anche se meno inclinata e piu progressiva.

Una cosa simile succede in fuorigiri, la respirazione del motore non e piu ottimale e l'anticipo di accensione ideale, per avere una combustione completa in questa fase, torna a crescere.

Tuttavia spesso si preferisce sfruttare un'altro effetto dell'anticipo di accensione sul motore, per massimizzare le prestazioni in fuorigiri: la sua capacità di modificare la temperatura dell'impianto di scarico.
Ritardando l'accensione a sufficienza, si può far si che la combustione inizi cosi tardi che non sia ancora completata quando la luce di scarico si apre, rilasciando così nello scarico dei gas a una temperatura maggiore.
Avendo la marmitta una dimensione fissata, ed essendo le onde di pressione sonore (con le quali funziona la marmitta) più veloci quando la temperatura dei gas è elevata, diventa possibile modificare il regime di intonazione della marmitta, "accorciandola" virtualmente e migliorando quindi il riempimento del gruppo termico in fuorigiri.

Le accensioni del grafico mantengono in fuorigiri lo stesso anticipo che in potenza massima, realizzando una sorta di compromesso a quanto detto sopra.

A titolo di esempio alcuni famosi motori Honda da velocita usano, in fuorigiri, anche anticipi di accensione negativi (la scintilla scocca dopo il punto morto superiore...).

Allo stesso modo l'anticipo di accensione va generalmente ridotto qualora, a seguito di modifiche, il motore goda di una combustione più spiccante, classici esempi sono l'aumento del rapporto di compressione, l'avvicinamento della candela al cielo del pistone e anche l'aumento dell'effetto di squish (abbassando lo spessore di squish, aumentando la larghezza della banda o chiudendo l'angolo relativo al cielo). Talvolta basta una marmitta che migliori un po' il riempimento del cilindro per rendere necessario meno anticipo, oppure una marmitta che faccia salire la temperatura interna del motore (collettori bendati, spilli stretti ecc.)

In fine vale la pena di menzionare la relazione tra anticipo di accensione e numero di ottani del carburante, questo numero infatti esprime la resistenza alla detonazione del carburante, che solitamente (ma non sempre, vedi articolo sulla detonazione -->QUI) è ottenuta con una miscela di idrocarburi che brucia piu lentamente.
Questa lentenzza intrinseca solitamente è compensata dal maggior rapporto di compressione usato nel motore nel caso di carburanti altottanici, ma se il numero di ottani del carburante è eccessivo per una certa applicazione, per un corretto funzionamento e per la massima potenza sarà necessario usare un anticipo maggiore.
Va da sè che si otterrebbe una potenza ancora maggiore usando un carburante col numero di ottano giusto e non eccessivo, e l'anticipo corretto... (salvo il fatto che il carburante altottanico sia anche ossigenato, nel qual caso potrebbe esserci un guadagno anche tenendosi l'eccesso di ottani...).


Sintomi di un anticipo eccessivo

• Motore molto pronto ai bassi e medi regimi
• Tendenza a "murare" agli alti regimi
• Riscaldamento veloce del motore, temperatura eccessiva
• rumore di percussione metallica (detonazione)
• Fusione del cielo del pistone

Sintomi di un anticipo insufficiente

• Potenza massima spostata a regime troppo alto
• Pigrizia ai bassi regimi
• Scoppiettamenti

Se ve li siete persi, nel repertorio trovate una serie di articoli che sono intimamente collegati a questo:
Il Rapporto di compressione
La Detonazione
Messa in fase di un'accensione a rotore interno

Anticipate con cautela.
Nasone32