Colector de admisión variable

El rendimiento de un motor de explosión, equilibrio entre prestaciones y consumo/contaminación, depende de muchos factores. Uno de los principales objetivos para mejorar el rendimiento es lograr que el llenado de los cilindros sea el mayor posible, y que se mantenga en el margen de RPM más amplio. No es fácil, pues el tránsito por los colectores de los gases a velocidades vertiginosas implica turbulencias, rebotes y otros aspectos dinámicos que alteran el comportamiento ideal.

Se denomina “resonancia” el efecto de vaivén o rebote de los gases en el interior de los colectores, si se logra que el retorno del rebote de entrada en admisión, y de salida en escape, coincida con la apertura de la válvula correspondiente se mejora el llenado de admisión y vaciado de escape. Se explicó en el artículo “Resonancia en colectores” y lo puedes ver en este enlace del blog;

http://autastec.com/blog/tecnologias-limpias/resonancia-en-colectores/

En otro artículo “Distribución de fase variable (DFV)” en el blog, se explica cómo lograr mantener el llenado lo más constante posible a diferentes RPM, variando en marcha la posición del/los árbol/es de levas, en este enlace lo puedes consultar;

http://autastec.com/blog/tecnologias-limpias/distribucion-de-fase-variable-dfv/

En este artículo se propone explicar otra forma de lograr el mismo objetivo, hacer que el colector de admisión tenga una geometría variable que se adapte a las condiciones de funcionamiento del motor. Esta tecnología se puede incorporar junto a la anterior (DFV) logrando sumar mejoras al resultado final.

Colector de admisión a bajas y altas RPM

Por el colector de admisión pasan los gases que han de llegar a los cilindros. Su recorrido tiene curvas y elementos que alteran su circulación, uno es el filtro de aire. Se producen fuertes turbulencias y rebotes. Lo que interesa es que los gases de admisión lleguen a la válvula que se va a abrir y justo en el momento en que lo hace, así se suma la succión del pistón al descender con la inercia de la masa de admisión en el mismo sentido. Pero las inercias de los gases de admisión varían con las RPM y posición de la mariposa de gases. Veamos cómo debería ser el colector de admisión para obtener el mejor rendimiento en dos RPM muy diferentes, bajas y altas.

En la animación siguiente se ven estos dos tipos de colectores y se explica después:

 

Colector de admisión para bajas RPM

    • Las válvulas tardan más en actuar a este régimen.
    • Para que coincida la llegada de la masa de gases de admisión a la válvula que va a abrir se ha de retardar, lo que requiere un colector de largo recorrido.
    • Además, la velocidad de los gases es reducida e interesa que aumente para mejorar los efectos de la resonancia, lo que supone que la sección de paso sea estrecha.
    • El colector ideal para bajas RPM es largo y estrecho

Colector de admisión para altas RPM

    • En estas condiciones sucede lo contrario, las secuencias de actuación de las válvulas son más rápidas.
    • Para que coincida la llegada de los gases de admisión a la válvula en el instante que abre el colector ha de tener poco recorrido.
    • La velocidad de los gases ya es elevada por lo que un colector de poca sección dificulta su tránsito, se ha de aumentar la sección.
    • El mejor colector para altas RPM es corto y ancho.

Las RPM de más uso en automóviles de turismo en utilización normal son las medias, por lo que hay que favorecer lo más posible el llenado a este régimen de giro, con la geometría del colector de admisión.

Colector de admisión para medias RPM

Se deduce la geometría del colector con el apoyo de la animación que sigue:

    • A bajas RPM hemos visto que el colector de admisión óptimo es largo y estrecho.
    • A altas RPM el colector de admisión ideal ha de ser corto y ancho.
    • La solución, de compromiso, para favorecer el llenado a medias RPM es diseñar un colector intermedio entre los dos extremos adecuados para bajas y altas RPM; recorrido y sección medias.
    • Con este colector se logra que a las RPM de más utilización el rendimiento del motor sea el mejor posible.
    • Por debajo y por arriba de las RPM medias, el rendimiento, consumo y contaminación son peores……. ¿se puede conseguir un colector que pueda variar de geometría?

 

Colector de geometría variable

Esta tecnología consiste en combinar la geometría de los colectores ideales para bajas y altas RPM conjuntamente, seleccionado los tramos por los que han de pasar los gases de admisión. Con la siguiente animación comentamos este colector:

    • En realidad hay dos colectores, uno largo y estrecho que favorece el llenado a bajas RPM y otro corto y ancho adecuado para altas RPM.
    • Unas mariposas adicionales controlan el paso por los ramales de cada tramo del colector corto y ancho a cada uno de los cilindros.
    • A bajas RPM estas mariposas de selección de recorrido están cerradas; los gases de admisión hacen el recorrido largo y estrecho, ideal en estas condiciones.
    • Al ir subiendo el motor de RPM, se van abriendo las mariposas de selección de recorrido, añadiendo más cantidad de masa de admisión por los colectores cortos y anchos, en cantidad proporcional al aumento de RPM.
    • Según se acelera más, las mariposas de selección de recorrido abren más ángulo, haciendo que la masa de admisión pase por el recorrido corto y ancho, pues es más fácil para los gases.

 

Con este tipo de colector de geometría variable se favorece el llenado en un amplio margen de RPM del motor, resultando una curva de par más plana que permite el uso del motor desde menos RPM y con mejor respuesta, y también mejora el rendimiento a altas RPM.

Esta tecnología junto a la distribución de fase variable han permitido mejorar la respuesta a bajas RPM de los motores multiválvulas, que es su punto más débil. Estas tecnologías de colector y distribución variables se utilizan incluso con la incorporación generalizada de la sobrealimentación.

Una solución técnica relacionada con las que estamos comentando, y que veremos en otra ocasión, es el “Alzado variable de las válvulas de admisión”.

 

Enlaces de interés

Texto e imagen

http://www.km77.com/glosario/a/admision.asp

http://www.aficionadosalamecanica.com/admision-variable.htm

 

Vídeo

 

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