Come funzionano i collettori di aspirazione a lunghezza variabile?

Ho sentito che molti produttori di veicoli lo hanno utilizzato per migliorare i valori di potenza e coppia.

Lo fanno modificando la lunghezza del collettore, spero in una migliore spiegazione schematica.

La lunghezza delle guide di aspirazione ha alcuni effetti sul funzionamento del motore. Ad esempio, i corridori di aspirazione più lunghi vengono utilizzati per migliorare la coppia finale inferiore (coppia a basso numero di giri), mentre i corridori di aspirazione più brevi migliorano la potenza superiore (potenza ad alti giri / min). Le lunghezze varieranno da motore a motore, nonché quali saranno gli obiettivi di ciascun veicolo che verrà alimentato dal motore.

Devi anche tener conto del diametro di ciascun corridore. Tutto è correlato alla massa e alla velocità del flusso d'aria. Attraverso la gamma RPM la velocità del flusso d'aria nei corridori aumenta, ma ad un certo punto, raggiunge il massimo e non può andare più veloce, il che limiterà. All'aumentare della velocità del flusso d'aria, aumenta anche l'inerzia. Nella parte inferiore della corsa di aspirazione, l'inerzia del flusso d'aria contribuirà a spingere un po 'più di aria nel cilindro, contribuendo alla potenza. Ma, se il corridore non è ottimale, ciò non può accadere.

Ad esempio, un corridore lungo e di diametro inferiore aiuterà una coppia di fascia bassa perché colpirà prima il limite di velocità, ma danneggerà la potenza dell'estremità superiore perché è troppo restrittivo. Un corridore corto e di grande diametro aiuterà la potenza di fascia alta perché raggiungerà la velocità massima in un secondo momento, ma non aiuterà la coppia di fascia bassa perché non è in grado di ottenere una velocità sufficiente per creare inerzia.

Ora che sai quali sono le differenze tra le lunghezze dei corridori, puoi immaginare perché avere una varietà di corridori a lunghezza variabile sarebbe una buona idea. Ottieni il meglio da entrambi i mondi. Con una varietà normale, devi scegliere la varietà esatta per qualunque sia il tuo obiettivo. Se hai intenzione di fare molte drag racing, probabilmente una varietà con corridori per supportare la potenza di fascia alta sarebbe la cosa migliore dove come se stessi facendo autocross dove sei giù nella gamma RPM di fascia bassa per la maggior parte del tempo , è possibile scegliere un collettore per migliorare al meglio la coppia di fascia bassa. Tutto varia e non esiste una risposta giusta o sbagliata per tutte le applicazioni. Ma ci sarà un compromesso.

Tuttavia, per il guidatore quotidiano regolare, non vuoi scendere a compromessi perché hai bisogno della coppia di fascia bassa per guidare la luce di stop per fermare la luce, ma hai anche bisogno di quella potenza in cima per fonderti sull'autostrada senza pedaggio o passare qualcuno.

I collettori a lunghezza variabile utilizzano una valvola per passare avanti e indietro tra due canali a seconda di ciò che la situazione richiede. Quando il carico del motore è elevato (basso numero di giri), il collettore passerà a utilizzare un corridore più lungo e più piccolo per ottenere la coppia di fascia bassa. Quando il carico del motore è basso (RPM elevato), il collettore passerà a utilizzare un corridore più corto e più grande per aiutare con la potenza in alto. Il meglio dei due mondi.

Dichiarazione di non responsabilità : questa è una spiegazione semplificata di collettori di aspirazione e guide. C'è un intero mondo di scienza là fuori tra serbatoi di sovracorrente, più dinamiche del flusso d'aria come turbolenze, turbolenze, ecc. E, naturalmente, quando si tratta di motori a induzione forzata (turbo, super caricabatterie), queste regole cambiano.

Modifica: ecco un'immagine

Puoi vedere come descritto in uno dei commenti, c'è un albero che controlla una serie di farfalle. L'albero ruoterà e riposizionerà le farfalle cambiando efficacemente le proprietà del corridore. L'albero è modulato sottovuoto in questa immagine come puoi vedere (avvia il collegamento e lavora a sinistra). C'è un modulatore a campana con una linea del vuoto collegata ad esso. Quelli moderni possono usare metodi più elettronici.

Le prese a lunghezza variabile aumentano la pressione dell'aria che entra nel collettore di aspirazione grazie a un fenomeno fisico chiamato risonanza di Helmholtz .

È anche noto come sovralimentazione dinamica poiché evita l'uso di un dispositivo meccanico (compressore / soffiante) per aumentare la pressione dell'aria aspirata.

In che modo Helmholtz aumenta la pressione dell'aria?

Senza diventare troppo tecnico, qualsiasi geometria della presa d'aria ha una certa frequenza di Helmholtz ad essa associata, proprio come il soffiare sul collo di una bottiglia aperta produce una certa nota o tono.

A questa frequenza, le molecole dell'aria vibrano di più, con conseguente maggiore pressione.

Allora perché la variazione della geometria di aspirazione effettiva aiuta?

Il regime motore regola la frequenza con cui le valvole di aspirazione si aprono e si chiudono. Queste valvole generano impulsi che si traducono in una firma di frequenza.

L'idea alla base della variazione della geometria effettiva è di far sincronizzare la frequenza di Helmholtz della presa d'aria con la frequenza richiesta dal motore su una gamma di giri / min .

Ciò provoca l'ingresso dell'aria di aspirazione nei cilindri a una pressione più elevata. Inutile dire che:

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

In che modo i produttori possono variare la geometria di aspirazione?

Ci sono molti modi, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi:

• Allungamento / accorciamento delle guide di aspirazione

  La Mazda 787B, vincitrice del Le91 del '91, ne è un primo esempio; il video di YouTube collegato mostra i corridori di aspirazione che scivolano su e giù come un trombone.

  ▲ RPM → ▼ Length required
  

• Regolazione tra due guide di aspirazione di diverse lunghezze

  Questo è ciò che descrive la risposta di DustinDavis . Immagina che l'aria scorra attraverso due canali di aspirazione, uno lungo e uno corto.

  Alla fine del corridore, una valvola a farfalla determina quanta aria viene aspirata da ciascun corridore a sua volta. La modifica della posizione della valvola modifica la lunghezza effettiva dell'aspirazione

• Sistemi di aspirazione oscillatoria

  Queste configurazioni utilizzano l'apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione per controllare l'effettiva geometria dell'aspirazione.

Quindi perché questa configurazione non è più comune?

Spesso i costi superano i benefici. Per quanto possiamo desiderarlo, il potere non è tutto.

Inoltre, questa configurazione offre solo modesti guadagni di potenza / coppia. I guadagni tipici saranno nel 3-5% con questo approccio.