Como os coletores de admissão de comprimento variável funcionam?

Ouvi dizer que muitos fabricantes de veículos têm usado isso para melhorar os valores de potência e torque.

Eles fazem isso alterando o comprimento do coletor, esperando uma melhor explicação diagramática.

O comprimento dos corredores de admissão tem certos efeitos na operação do motor. Por exemplo, corredores de admissão mais longos são usados ​​para melhorar o torque final inferior (torque em baixas RPMs) enquanto corredores de admissão mais curtos melhoram a potência final (cavalos de potência em altas RPMs). Os comprimentos variam de motor para motor, bem como quais são os objetivos de cada veículo que o motor estará acionando.

Você também deve levar em consideração o diâmetro de cada corredor. Tudo se correlaciona com a massa e a velocidade do fluxo de ar. Através da faixa de RPM, a velocidade do fluxo de ar nos corredores aumenta, mas em algum momento ele atinge o máximo e não pode ir mais rápido, o que será limitador. À medida que a velocidade do fluxo de ar aumenta, o mesmo ocorre com a inércia. Na parte inferior do curso de admissão, a inércia do fluxo de ar ajudará a empurrar um pouco mais de ar para dentro do cilindro, o que ajudará na alimentação. Mas, se o corredor não é o ideal, isso não pode acontecer.

Por exemplo, um corredor longo e de diâmetro menor ajudará o torque final baixo, porque atingirá o limite de velocidade mais cedo, mas prejudicará a potência final porque é muito restritivo. Um canal de diâmetro pequeno e grande ajudará a potência máxima, pois atingirá a velocidade máxima mais tarde, mas não ajudará o torque final baixo, porque não pode obter velocidade suficiente para gerar inércia.

Agora que você sabe quais são as diferenças entre os comprimentos das guias, pode imaginar por que ter uma variedade de guias de comprimento variável seria uma boa idéia. Você obtém o melhor dos dois mundos. Com um coletor normal, você deve escolher o coletor exato para quaisquer que sejam seus objetivos. Se você planeja fazer muitas corridas de arrancada, provavelmente uma variedade de corredores para oferecer suporte à potência de ponta seria melhor onde, como se você estivesse fazendo autocross, onde está na faixa de RPM mais baixa na maioria das vezes , você pode escolher um coletor para melhorar melhor o torque final baixo. Tudo varia e não há resposta certa ou errada para todos os aplicativos. Mas haverá um compromisso.

No entanto, para o motorista diário comum, você não quer se comprometer, porque precisa do torque final baixo para dirigir em torno do semáforo para o semáforo, mas também precisa dessa potência no topo para se fundir na estrada ou passar por alguém.

Os coletores de canal variável de comprimento usam uma válvula para alternar entre dois canais, dependendo do que a situação exigir. Quando a carga do motor é alta (baixa rotação), o coletor passa a usar um corredor menor e mais longo para obter o torque final mais baixo. Quando a carga do motor é baixa (RPM alta), o coletor muda para usar um corredor menor e maior para ajudar na alimentação da parte superior. O melhor de dois mundos.

Isenção de responsabilidade : Esta é uma explicação simplificada dos coletores de admissão e dos corredores. Existe um mundo inteiro de ciência entre tanques de sobretensão, mais dinâmica de fluxo de ar como turbulência, turbilhão, etc. e, claro, quando se trata de motores de indução forçada (turbo, super carregadores), essas regras mudam.

Edit: Aqui está uma imagem

Você pode ver, conforme descrito em um dos comentários, que existe um eixo que controla um conjunto de borboletas. O eixo irá girar, reposicionando as borboletas, alterando efetivamente as propriedades do canal. O eixo é modulado a vácuo nesta imagem, como você pode ver (inicie a articulação e trabalhe para a esquerda). Há um modulador em forma de sino com uma linha de vácuo conectada a ele. Os modernos podem usar métodos mais eletrônicos.

As entradas de comprimento variável aumentam a pressão do ar que entra no coletor de admissão, graças a um fenômeno físico chamado ressonância de Helmholtz .

Também é conhecido como sobrealimentação dinâmica, pois evita o uso de um dispositivo mecânico (compressor / ventilador) para aumentar a pressão do ar de admissão.

Como o Helmholtz aumenta a pressão do ar?

Sem ser muito técnico, qualquer geometria de entrada de ar tem uma certa frequência Helmholtz associada, assim como o sopro no gargalo de uma garrafa aberta produz uma certa nota ou tom.

Nessa frequência, as moléculas de ar vibram mais, resultando em maior pressão.

Então, por que a variação da geometria de entrada efetiva ajuda?

As RPMs do motor controlam a frequência com que as válvulas de admissão são abertas e fechadas. Essas válvulas geram pulsos que se traduzem em uma assinatura de frequência.

A idéia por trás da variação da geometria efetiva é fazer com que a frequência Helmholtz da entrada de ar sincronize com a frequência exigida pelo motor em uma série de RPMs .

Isso faz com que o ar de entrada entre nos cilindros a uma pressão mais alta. Escusado será dizer que:

▲ Air Pressure → ▲ Bang → ▲ Torque → ▲ Power

Então, como os fabricantes variam a geometria de admissão?

Existem várias maneiras, cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens:

• Alongar / encurtar os corredores de admissão

  O Mazda 787B, vencedor de Le Mans em 91, é um exemplo disso; o vídeo vinculado do YouTube mostra os corredores de entrada deslizando para cima e para baixo como um trombone.

  ▲ RPM → ▼ Length required
  

• Regulação entre dois canais de admissão de comprimentos diferentes

  É isso que a resposta de DustinDavis descreve. Imagine o ar fluindo através de dois canais de admissão, um longo e outro curto.

  No final do corredor, uma válvula borboleta determina quanto ar é aspirado de cada corredor por vez. Alterar a posição da válvula altera o comprimento efetivo da entrada

• Sistemas de admissão oscilatória

  Essas configurações usam a abertura e o fechamento das válvulas de admissão para controlar a geometria efetiva da admissão.

Então, por que essa configuração não é mais comum?

Muitas vezes, os custos superam os benefícios. Por mais que desejemos, poder não é tudo.

Além disso, essa configuração oferece apenas ganhos modestos de potência / torque. Ganhos típicos ocorrerão no estádio de 3-5% com essa abordagem.