Alberi a cammes usati sul motore Rotax 798cc (F800GS)

Come aumentare le prestazioni con alberi a cammes a fasatura più spinta

Alberi di aspirazione e scarico a confronto.

Uno stesso motore può esprimere prestazioni ed erogazioni diverse non solo in base alla diversa gestione elettronica (come ho spiegato nell'articolo sulla mappatura), ma anche grazie a una fasatura di distribuzione diversa.

Questo è ben evidente Sul motore Rotax 800 usato da BMW sulla serie F800, nelle 3 declinazioni GS 650-700, 800GS e le stradali 800R, 800S/ST, 800GT.

In realtà ci sono anche altre differenze nei motori, ma la più importante per modificarne il carattere è sicuramente il diverso tipo di alberi a cammes, sia sul lato aspirazione che su quello di scarico.

Ci sono molte particolarità che caratterizzano gli alberi a cammes, la diversa fasatura di distribuzione espressa in gradi di apertura di aspirazione e scarico, gli anticipi e ritardi di apertura e chiusura della valvole, i gradi di incrocio al PMS, le alzate, il calettettamento, la forma dei boccioli con le diverse ripidità. Questi ultimi fattori tra l'altro sono quelli critici per le eventuali interferenze fisiche tra valvole e pistoni. Per rendere il discorso più semplice e comprensibile a tutti, mi limieterò a dire che nel mio caso ho 3 possibili livelli di fasatura disponibili: 650/700GS - 800GS - 800stradali. Chi volesse approfondire l'argomento cammes troverà molto altro materiale tecnico sul web.

Dopo aver ottenuto un incremento delle prestazioni agendo sui parametri della ECU ho voluto spingermi oltre e sostituire gli alberi a cammes per vedere cosa si poteva ottenere con una diversa e ottimizzata dinamica dei fluidi in entrata e uscita nel gruppo termico.

Partendo da una F650GS Twin, la motorizzazione più tranquilla del Rotax 798cc (usata anche per GS700) avevo 2 possibilità di "upgrade": gli alberi della 800GS e quelli della 800R.

analisi preliminare

Alberi appena montati e lubrificati sulla testa, manca il castello superiore e ovviamente il coperchio.

Per prima cosa ho verificato che nelle differenti motorizzazioni gli alberi a cammes fossero realmente intercambiabili (non è certo scontato) e che non ci fossero altre differenze nella testata, come valvole di dimensioni diverse o pistoni dalla diversa conformazione del cielo.

I codici risultano uguali in quesi tutte le parti, quindi l'ipotesi di fare un cambio di alberi a cammes era davvero percorribile!

L'unico dubbio che rimaneva era che una maggiore alzata e incrocio potessero portare le valvole a interferire con il cielo del pistone, ma i codici dei pistoni solo uguali per cui sembrava che si potesse almeno provare a montare tutto e a fare fare qualche giro al mano sull'albero motore.

confronti degli alberi a cammes

riferimenti di allineamento di aspirazione e scarico al PMS

mi sono procurato le due varianti più spinte, sia per l'aspirazione che per lo scarico, e le ho confrontate con le mie.

Nello slide show successivo è visibile già ad occhio nudo una differenza sostanziale delle quote di apertura offerte dai boccioli più pronunciati. Il calibro appoggiato in foto serve solo ad evindenziare queste caratteristiche.

Non è possibile vedere a occhio il differente incrocio se non quando gli alberi sono montati e fasati sulla testa, ma anche in questo caso la differenza è evidente. I due motori più spinti usano incrici più elevati, per cui è prevedibile un rendimento del motore più orientato ad alti giri e meno pieno ai bassi, ambito in cui le cammes del 650 sono invece ottimali.

cammes 650GS

oltre ad una minore alzata e incrocio hanno anche un minore tempo di apertura

cammes 800GS

alzata maggiore di circa 2mm e più ampia fasatura di apertura

cammes 800R

alzata simile alla 800GS, ma il periodo di apertura e incrocio è sensibilmente maggiore

quali scegliere

alberi a cammes lato scarico di 3 tipi diversi

Proveniendo dal GS650 Twin (da 71CV dichiarati) la tentazione di passare direttamente alla variante di cammes più spinta, montata sulle 800 stradali (87CV dichiarati), era forte, e infatti ho provato inizialmente quella strada.

Successivamente ho constatato che si concretizzavano alcune criticità. Le versioni stradali del Rotax 798cc hanno infatti un sistema di scarico con sviluppo diverso e anche un airbox con geometria completamente differente (GS650 e 800 invece li convididono).

Quindi passare da 650 a 800 GS implica una semplice copiatura della gestione ECU (e la rimappatura per guadagnare ancora qualcosa), mentre il passaggio alle cammes delle 800 stradali richiederebbe un lavoro di adeguamento della mappatura a una meccanica ibrida tra i GS e le 800 stradali.

Iniziamo quindi questa trattazione dalla situazione più semplice: cammes 800GS sulla 650GS e relativa mappatura di adeguamento. La differenza attesa è di circa 14CV sulle mappature originali, ma potrebbe aumentare con una rimappatura, anche se i dati rilevati alla ruota si sono sempre rivelati ben diversi da quelli dichiarati. 

parte meccanica, la sostituzione degli alberi

testa della F650GS senza il castelletto superiore e senza i due alberi a cammes. Sono ben visibili i correttori di spinta che coprono le valvole e le pasticche di calibrazione del gioco.

In parole semplici bisogna cambiare le cammes con la variante più prestante e adeguare la centralina caricando il file della motorizzazione corrispondente.

Tutta la componentistica meccanica a contorno è uguale, l'unica differenza nella testata è la mancanza (nelle 650 e 700) del dispositivo di immissioni di aria allo scarico (SLS) per abbassare le emissioni, ma non influenza il rendimento del motore. Andrà però lasciato disattivato in centralina, quando caricherete il file aggiornato, per non avere errori in diagnosi.

L'albero motore va portato al PMS e bloccato in quella posizione. Dopo aver rimosso tutte le strutture superiori (carena, airbox e cablaggi) si puo togliere i coperchio valvole e il castello di chiusura degli alberi, e godere della vusta del cuore della distribuzione. La parte "magica"  che decide in buona parte come respirerà il motore nell'arco dei giri.

Con procedimento inverso si rimettono gli alberi diversi in posizione e si riposiziona sopra la catena morse, avendo cura di far combaciare i riferimenti, per metterli correttamente in fase.

Ad onor del vero ho fatto anche diverse prove sfasando di un dente in anticipo e in ritardo gli alberi. Ogni volta verificavo che non ci fossero interferenze con i pistoni e altri organi o sarebbe stato un disastro al primo avviamento! Ho poi provando anche "soluzioni ibride" accoppiando l'aspirazione di un motore e lo scarico di un altro, ma non ritengo siano soluzioni soddisfacenti come la fasatura specifica predisposta dalla casa. Inoltre il diverso sviluppo della fasi rendeva la distribuzione particolarmente rumorosa, e non è una bella sensazione, ve lo garantisco.

L'avvertenza più importante dopo aver sostituito gli alberi è quella di verificare sempre con lo spessimetro che siano rispettati i limiti di tolleranza del gioco della valvole. Altrimenti sarà obbligatorio sostituire gli spessori calibrati che sono presenti tra l'estremità della valvola e il "dito" correttore di spinta. Se il gioco valvole fosse eccessivo avreste un rendimento inferiore e un forte ticchettio sulla distribuzione, ma se fosse troppo poco potreste avere un motore insolitamente silenzioso, ma con valvole che non chiudono completamente, con il rischio della bruciatura delle stesse... in questi casi poi brucia anche il portafoglio.

 

parte elettronica, adeguamento ECU e rimappatura

mappe ECM e relativi indirizzi di memoria in cui sono ubicate sulla Flash della ECU

Dopo aver rimontato tutto la F650GS diventa meccanicamente identica alla F800GS (almeno per quanto riguarda il livello del motore). Manca l'adeguamento della centralina, che essendo ancora programmata per le cammes originali non farà rendere il motore nel modo opportuno.

In realtà qui il discorso si fa più articolato, perchè se ricordate la centralina era già stata rimappata per ottimizzare il motore e ne avevamo parlato nell'articolo riprogrammazione ECU.

Quindi mettere semplicemente la mappatura di una F800GS presa pari pari da un altra moto (con i dovuti adeguamenti dei codici chiavi ecc.) funzionerebbe bene, ma non sarebbe la scelta migliore perchè le prestazioni sarebbero inferiori.

Per inciso, anche se la potenza massima dichiarata è superiore (85CV contro 71CV), una F800GS ha prestazioni inferiori ad una F650GS Twin fino a 5500giri, dove poi il suo maggiore allungo la fa esprimere tutta la sua verve, mentre il 650 (con le cammes e la mappatura da tiro in basso) affievolisce rapidamente la sua spinta oltre i 6000 giri.

La soluzione più efficace sarà trasformare il file originale 650 in 800 e poi procedere alla sua rimappatura come se si elaborasse il file di una F800GS nata così di fabbrica.

La rimappatura - considerazioni

Controllo visivo della sonda lambda dopo la mappatura. La colorazione nocciola testimonia una combustione perfetta, frutto di carburazione e anticipi azzeccati

la parte più lunga e delicata è stata ovviamente la rimappatura.

Avevo già visto che i risultati possono essere controversi su questi motori e avevo capito che non potevo affidarmi a feedback di altre persone con F800GS rimappate.

Ho nel frattempo imparato moltissimo seguendo dei corsi di formazione sulla modifica e gestione ECM, per completare e integrare tutte le esperienze fatte precedentemente in modo empirico.

I passaggi importanti sulla rimappatura erano stati descritti ampiamente nell'articolo dedicato riprogrammazione ECU. Si sono poi aggiunte correzioni grazie ad una rivisitazione accurata delle parti di momoria toccate in modo diverso o lasciate stare in base a tutta una serie di considerazioni successive, e strategie più mirate e ponderate. 

Il risultato è stato molto soddisfacente su strada, il motore è diventato più pronto e reattivo rispetto alle cammes precedenti anche se evidentemente prima c'era più coppia a giri bassi. E' molto aumetato l'allungo e il respiro del motore a regimi più alti, tanto da trovarsi più facilmente a velocità di croceiera più elevate nei trasferimenti autostradali, anche viaggiando a filo di gas.

I consumi sono rimasti ottimi, variabili tra i 18 e i 24Km/l in base alla condotta di guida. Il controllo periodico dei gas di scarico ha confermato valori di inquinanti bassi, testimonianza di una combustione pulita con un rapporto stechiometrico corretto.

la rullata al banco e condizioni

la prova sul banco, il momento della verità.

Condizioni del test:

-Tutte le rullate sono state fatte sempre sul banco inerziale dell'officina Falcone Moto di Lavagna(GE) e sono state effettuate nelle stesse condizioni (marcia usata, numero di giri) per avere lo stesso tipo di rilevazione e poter confrontare in modo significativo i risultati.

-La moto è stata equipaggiata con filtro aria Guglatech (nelle rullate con cammes 650 era un BMC)

- Impianto di scarico originale (sia collettori catalizzati che terminale)

- Olio motore Motul 7100 10w40 e additivo nanoteconologico Motoperformances nell'olio motore (nelle rullate con cammes 650 era presente il Sintoflon al teflon) 

- E' stata usata benzina normale 95RON 

- E' stato inserito un disco frizione in più perchè nelle prime rullate di prova si erano manifestati slittamenti che falsavano la rilevazione.

- Sono stati mantenuti i rapporti lunghi del 650 (17/41) invece di quelli corti della 800 (16/42)

risultati: grafici della rullata

Ecco di seguito i grafici della potenza e della coppia. Le 3 rullate sono state messe insieme per poter comparare le differenze, che sono così confrontabili in modo molto diretto.

  • colore blu: F650GS originale
  • colore rosso: F650GS rimappata
  • colore giallo: F800GS rimappata

potenze a confronto: le cammes 800 spostano l'erogazione della potenza massima più in alto. A regimi più bassi sono più efficaci le cammes 650

l'erogazione della potenza

L'incremento della potenza alla ruota con le cammes 800 è davvero notevole. Con le cammes 650 si passava dai 63,5 CV a 7100 giri originali a 68,5CV a 6200 giri con rimappatura. Qui siamo arrivati addirittura a 78CV a 7800 giri! Un guadagno assoluto di quasi 10CV! Se confrontiamo il grafico a 8000 giri  c'è una diffrenza di ben 18CV che diventano 20CV in zona rossa. Un notevole allungo guadagnato soltanto con il cambio di cammes e la corretta rimappatura della centralina.

Il rovescio della medaglia è evidente: lo spostamento di coppia ad alti regimi, ottenibile con una fasatura più spinta, rende il motore meno potente ai regimi più bassi. Seppure sia sempre un grande miglioramento rispetto alla moto originale, è meno pieno rispetto alle cammes originali+mappatura fino ad oltre 6000 giri. Dopo questo regime la potenza esplode dove prima il motore si "sedeva" inesorabilmente.

Va sottolineato che una rullata (che viene fatta a tutto gas) non rende merito della aumentata fruibilità del motore, che risulta pronto e reattivo anche a regimi bassi, ed è evidente già dalle piccole aperture di gas. Ad alti regimi invece basta aprire molto meno il gas di prima per tenere velocità di crociera più sostenute.

Anche nella curva di coppia si nota in modo evidentissimo lo spostamento della erogazione a regimi più alti. E' anche calato il valore massimo disponibile. E' una cosa inaspettata che si manifesta nel tutto gas perchè nella guida a basse aperture l'elasticità del motore è praticamente la stessa.

l'erogazione della coppia

La curva di coppia è quella che mi ha lasciato più spiazzato, anche se alla guida non si avverte affatto una minore spinta ai bassi. Mi sarei aspettato sicuramente una curva più spostata verso i giri alti, ma non in modo così pronunciato e con un valore assoluto addirittura più basso (8 Kg-m contro 8,4 Kg-m tra i 5000 e i 5300 giri). Evidentemente anche qui vale la famosa analogia della coperta corta, una coppia più alta e spalmata, e oggettivamente meno appuntita si doveva pagare da qualche parte. Quindi ad una parziale delusione corrisponde poi nell'uso della moto una erogazione sicuramente più fruibile ed estesa, che non fa rimpiangere il maggiore spunto a bassissimi giri se non in condizioni estreme. Ricordo che una 800 originale ha una curva di coppia ben più bassa anche rispetto alla 650/700 originali. In diverse rullate visionate non andavano oltre i 7,7km-m.

consumi

 Come variano i consumi del motore con questo tipo di interventi? C'è chi sostiene che le moto mappate possano diventare molto assetate, specie se la mappatura non è ponderata. Ho fatto per lungo tempo delle rilevazioni in diverse condizioni. Come testimonia la foto non è difficile percorrere 22-23km/l che per quanto mi riguarda sono praticamente gli stessi consumi che avevo sulla moto originale. Ho provato anche a spremere il motore, svitando molto di più il gas, con una guida molto aggressiva, molte frenate e apri e chiudi, per simulare le condizioni peggiori. Sono sceso fino a 17-18km/l che sono cmq un buon risultato anche nella peggiore delle ipotesi. 

emissioni

Esiti del test sulle emissioni di scarico. REGOLARE con i complimenti dell'operatore quando ha saputo delle modifiche effettuate.

Anche l'aumento delle emissioni allo scarico è un problema concreto quando si effettua la rimappatura. Si rischia di eccedere con il titolo per ottimizzare le prestazioni, e non entrare più nei limiti previsti per la revisione perdiodica. Sono stato aspramente contestato da alcune persone a riguardo. Ho deciso di effettuare un controllo emissioni con le cammes 800 montate e la mia vituperata rimappatura e, per ulteriore grado di verifica, i collettori Arrow senza catalizzatore (ricordo che le rullate di questo articolo sono state invece fatte con lo scarico completamente originale per parità di confronto con quelle precedenti). Il risultato è in bella evidenza in questa schermata: emissioni regolari. Nonostante la mappatura, le cammes, l'assenza del catalizzatore e del dispositivo SLS le emissini sono rimaste ampiamente entro i limiti previsti. Credo non servano altri commenti per chiudere ogni discussione al riguardo. Se la mappatura è fatta bene la combustione è pulita.

conclusioni

Lo scarico di colore nocciola anche in assenza di catalizatore

Dedico questo articolo a chi si chiedeva quali fossero le reali differenze tra un F650/700GS e una F800GS. Lo stesso motore, declinato con cammes e mappatura diversa può esprimere un carattere ed erogazione completamente spostati nell'arco di giri.

Docile e corposo in un caso o sportivo e brillante nell'altro. In sostanza dipende da cosa si vuole dalla moto e dal proprio stile di guida. Verrebbe quasi da pensare che sulle F800GS usate per un fuoristrada tranquillo potrebbe essere addirittura interessante un "donw-grade" alle cammes della 650-700GS, rinunciando a una fetta di potenza massima per avere più schiena sotto...

Questa analisi è anche la mia rivincita nei confronti di chi mi ha attaccato in passato sulle mappature e sul mio modo di studiare queste modifiche. La moto funziona bene, il motore è in buona salute, non consuma e non inquina. Sono soddisfatto. 😀

Non finisce qui... mi sono procurato la testata e gli alberi a cammes di una F800GT (90CV) prossimamente ci sarà un ulteriore step di modifica da analizzare 😉

DISCLAIMER

Non fatevi venire strane idee, quello che ho scritto in fondo all'articolo riprogrammazione ECU vale anche in questo caso. Non mi prendo resposabilità di cambiare cammes ne di effettuare mappature sulle F800GS di chicchessia. Un aiuto tra appassionati si da sempre volentieri, ma se fate casini sulla vostra moto sono affaracci vostri. Non date la colpa a belinassu 😉