Scarico speciale per Gilera Nordwest 600: le leggi del due tempi sul quattro tempi
3:07Si possono sfruttare le leggi di uno scarico a due tempi su un monocilindrico a quattro tempi? La risposta è sì, e un vecchio articolo di Moto Tecnica lo dimostra con i numeri del banco prova: su una Gilera Nordwest 600 con il Bi4, cambiando solo la lunghezza dei collettori, la potenza agli alti regimi sale fino a 11-13 CV rispetto allo scarico di serie. In questa pagina riassumo l'articolo, spiego il principio fisico e racconto come l'ho applicato sulla mia Nordwest.
La fonte: "Voglio uno scarico speciale!", Moto Tecnica, febbraio 2005
L'articolo è firmato da Giancarlo Carlini, un tecnico eccezionale che oggi purtroppo non c'è più. Racconta il lavoro di un lettore, chiamato "signor NordWest", un appassionato umbro che sulla sua Gilera Nordwest 600 ha costruito uno scarico artigianale e lo ha provato al banco con l'aiuto dell'ing. Serpilli di Soft Engine. Potete scaricare e leggere l'articolo originale completo in PDF qui: Moto Tecnica, "Voglio uno scarico speciale!" (PDF, 11 pagine).
Perché lo scarico di serie della Nordwest strozza il Bi4
Negli anni 90 la Gilera usava lo stesso impianto di scarico per tutte le versioni del Bi4, dal 350 al 600, dalla stradale all'enduro da competizione. Un compromesso dettato dai costi che mortificava un motore eccellente. I difetti dell'impianto originale, secondo l'articolo, sono tre:
- Collettori di lunghezza diversa: i due tubi che escono dalle due valvole di scarico differiscono di ben 100 mm nel primo tratto.
- Diametri strozzati: nelle prime curve il diametro interno scende a meno di 27 mm, più stretto addirittura del condotto ricavato nella testa.
- Briglia di giunzione mal raccordata: il due-in-uno è voluminoso e disegnato male, al punto da compromettere l'efficienza di qualsiasi silenziatore.
Il lavoro sul motore prima dello scarico
Prima di toccare lo scarico il motore era stato aperto, e meno male: lo spinotto del pistone aveva due crepe vistose e c'erano segni di grippaggio sulla boccola del piede di biella, il tutto senza alcun rumore anomalo. Oltre a sostituire cilindro, pistone e spinotto, il motore è stato rivisto così:
- rapporto di compressione portato da 9,7:1 (quello reale, contro 10,5:1 dichiarato) a 11,1:1, riducendo lo squish da 1,6 a 0,9 mm e spianando la testa di 0,8 mm;
- camera di combustione allargata di circa 4 mm per parte vicino alle valvole di aspirazione;
- condotti raccordati, satinati in aspirazione e lucidati a specchio allo scarico;
- biella, albero motore e contralbero lucidati a specchio per ridurre lo sbattimento dell'olio (il Bi4 ha il carter umido);
- carburatori e cassa filtro della RC 600 R senza avviamento elettrico, che valgono circa 2 CV in più rispetto alle altre 600.
Con questi interventi e lo scarico ancora di serie, al banco la moto faceva 51 CV a 6.800 giri e 5,6 kgm a 6.100 giri. La Casa dichiarava 49,5 CV, ma una Nordwest di serie al banco raramente supera i 47,5 CV.
L'idea geniale: il "polmone" per provare tante lunghezze
Quanto devono essere lunghi i collettori? Le formule dei libri danno solo indicazioni generiche e non tengono conto delle curve, della temperatura dei gas e del carattere del motore. Invece di costruire tanti scarichi diversi, il signor NordWest ha avuto un'idea semplice: un polmone in acciaio inox di circa 6 litri, a sezione trapezoidale, sistemato sotto il motore. I due collettori, ora di lunghezza uguale e più larghi (tubi da 35 x 1 mm, diametro interno 33 mm contro i 22 di serie), entrano nel polmone attraverso bussole calibrate e restano separati.
Così si può partire dalla lunghezza massima e accorciare i tubi di 50 mm alla volta, provando ogni configurazione al banco. Il polmone ha anche un secondo scopo: la sua grande espansione "taglia" l'effetto del tratto finale dello scarico e isola le onde di risonanza nei soli collettori. Dal polmone i gas escono in un tubo da 50 mm verso un silenziatore Arrow nato per la Honda CBR600F. Le saldature fatte "in economia" si sono aperte per le vibrazioni dopo un quarto d'ora: nella versione successiva le pareti sono state rivestite internamente con rete e lana di roccia.
I risultati al banco: fino a 13 CV in più agli alti
Le prove sono state fatte su un banco inerziale Soft Engine Inertial 150, tutte nello stesso giorno, con almeno tre lanci per configurazione e i fattori correttivi CE.
| Configurazione | Potenza max | Coppia max |
|---|---|---|
| Scarico di serie | 51,0 CV a 6.800 giri | 5,6 kgm a 6.100 giri |
| Collettori 100 cm | 57,5 CV a 7.650 giri | 6,1 kgm a 6.100 giri |
| Collettori 95 cm | 57,8 CV a 7.470 giri | 6,0 kgm a 6.400 giri |
| Collettori 90 cm | 58,6 CV a 7.520 giri | 6,0 kgm a 6.470 giri |
| Collettori 85 cm | 58,0 CV a 7.960 giri | 5,8 kgm a 6.560 giri |
| Collettori 80 cm | 58,2 CV a 8.000 giri | 5,9 kgm a 6.650 giri |
| Collettori 63 cm | 58,1 CV a 8.200 giri | 5,6 kgm a meno di 4.000 giri |
Cosa dicono questi numeri:
- Con i collettori da 100 cm la moto perde al massimo 1 CV tra 3.500 e 4.200 giri, poi è sempre superiore allo scarico di serie: +2,7 CV a 5.500 giri, +4,9 CV a 6.500 giri, +8,4 CV al regime di potenza massima e quasi +10 CV a 8.500 giri.
- Con 90 cm si ottiene il valore assoluto più alto, 58,6 CV, e a 8.500 giri ci sono quasi 13 CV in più del serie.
- Accorciando ancora il picco di potenza sale di regime ma la "schiena" ai medi cala, fino a tornare simile al serie.
- A 63 cm succede una cosa curiosa: un'armonica più alta regala un picco di coppia da trattore sotto i 4.000 giri, poi un buco a 5.200 giri e la potenza massima arriva a ben 8.200 giri. Un'erogazione anomala, con 58 CV a un regime "stratosferico" per un monocilindrico.
Una regola pratica che emerge dalle curve: ogni 50 mm di collettore tagliati, il picco di coppia e il buco ai bassi salgono di circa 150 giri. Le stesse tendenze sono state confermate dal software di simulazione 4TBASE di Soft Engine, usato dopo aver costruito il prototipo.
Il principio: onde di pressione accordate come in un due tempi
Quando la valvola di scarico si apre, dal cilindro parte un'onda di pressione. Quando quest'onda incontra una variazione di sezione (il polmone, un cono, la fine del tubo) torna indietro un'onda riflessa, di depressione o di contropressione. Se la lunghezza del collettore è giusta, l'onda di depressione arriva alla valvola proprio mentre è aperta e aiuta a svuotare il cilindro, migliorando il riempimento della camera di combustione al ciclo successivo.
È esattamente il principio dell'espansione di un due tempi, con il suo cono e controcono. Si tratta di uno strumento armonico: cambiando la lunghezza non si eliminano le flessioni della curva di coppia, si spostano. Si sceglie quindi il regime a cui "accordare" il motore. Un salto di sezione netto, come il polmone, dà un picco forte ma stretto; un cono a inclinazione variabile allarga l'effetto su più giri rinunciando a un po' di picco. Lo stesso concetto si può applicare all'aspirazione, per esempio con i risuonatori di Helmholtz.
Nel monocilindrico c'è un dettaglio importante: anche con due collettori separati, una briglia due-in-uno di sezione pari alla somma dei tubi non genera vere riflessioni, perché i gas arrivano contemporaneamente da entrambi. Nei quattro cilindri invece i collettori lavorano uno alla volta e quelli "a riposo" si comportano come volumi aggiunti. Per questo nel mono serve un salto di sezione deciso come il polmone.
Come l'ho applicato sulla mia Nordwest
Sulla mia Gilera Nordwest 600 ho costruito uno scarico con lo stesso principio, raccontato nella pagina sui collettori di scarico artigianali per Gilera RC e Nordwest. Io però non ho tolto il limitatore di giri, quindi non posso sfruttare il motore oltre un certo regime: ho dovuto allungare i collettori, intorno ai 92 cm, per farli risuonare a una frequenza più bassa e avere il vantaggio dove il motore lavora davvero.
Il messaggio del test è chiaro: non cambia tanto la potenza massima, cambia la caduta della curva dopo il picco, che resta molto più alta ai regimi elevati. Su un mono come il Bi4 vuol dire un allungo che lo scarico di serie non avrà mai.
Cosa serve per provarci
- collettori di uguale lunghezza e di diametro adeguato (nel test 33 mm interni);
- un volume di espansione deciso, che faccia da salto di sezione;
- la possibilità di accorciare i collettori a passi di 50 mm;
- un banco prova, perché a sensazione è facile ingannarsi;
- pazienza con le saldature: le vibrazioni del mono aprono tutto quello che non è fatto bene.
Nel finale dell'articolo il signor NordWest annunciava camme più spinte, pulegge regolabili e un kit con pistone stampato da 102,4 mm che porta il Bi4 da 558 a 610 cm³. Il bello di queste moto è che c'è sempre una puntata successiva.
