Coletor de entrada - Inlet manifold

Carburadores usados ​​como corredores de admissão

Uma vista em corte da entrada do trator Fordson original (incluindo o coletor de admissão, vaporizador , carburador e linhas de combustível)

Na engenharia automotiva , um coletor de admissão ou coletor de admissão (em inglês americano ) é a parte de um motor que fornece a mistura combustível / ar aos cilindros . A palavra manifold vem da palavra do inglês antigo manigfeald (do anglo-saxão manig [muitos] e feald [repetidamente]) e se refere à multiplicação de um (tubo) em muitos.

Em contraste, um coletor de escapamento coleta os gases de escapamento de vários cilindros em um número menor de tubos - muitas vezes em um tubo.

A função principal do coletor de admissão é distribuir uniformemente a mistura de combustão (ou apenas o ar em um motor de injeção direta) para cada porta de admissão na (s) cabeça (s) do cilindro. A distribuição uniforme é importante para otimizar a eficiência e o desempenho do motor. Também pode servir como suporte para o carburador, corpo do acelerador, injetores de combustível e outros componentes do motor.

Devido ao movimento descendente dos pistões e à restrição causada pela válvula borboleta, em um motor de pistão de ignição por centelha alternativo , um vácuo parcial (inferior à pressão atmosférica ) existe no coletor de admissão. Esta tubagem de vácuo pode ser substancial, e pode ser usado como uma fonte de automóvel poder auxiliar a dirigir os sistemas auxiliares: poder assistidas freios , dispositivos de controlo de emissões, controlo da velocidade , de ignição antecipada, limpa pára-brisas , janelas de energia , válvulas do sistema de ventilação, etc.

Esse vácuo também pode ser usado para extrair quaisquer gases de escape do pistão do cárter do motor . Isso é conhecido como sistema de ventilação positiva do cárter , no qual os gases são queimados com a mistura combustível / ar.

O coletor de admissão tem sido historicamente fabricado em alumínio ou ferro fundido, mas o uso de materiais plásticos compostos está ganhando popularidade (por exemplo, a maioria dos Chrysler de 4 cilindros, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 e 2.3 e a série Ecotec da GM ).

Turbulência

O carburador ou os injetores de combustível borrifam gotículas de combustível no ar do coletor. Devido às forças eletrostáticas e à condensação da camada limite, parte do combustível se formará em poças ao longo das paredes do coletor e, devido à tensão superficial do combustível, pequenas gotas podem se combinar em gotas maiores na corrente de ar. Ambas as ações são indesejáveis ​​porque criam inconsistências na proporção ar-combustível . A turbulência na entrada ajuda a quebrar as gotículas de combustível, melhorando o grau de atomização. Uma melhor atomização permite uma queima mais completa de todo o combustível e ajuda a reduzir a detonação do motor , ampliando a frente da chama. Para obter esta turbulência, é uma prática comum deixar as superfícies das portas de admissão e de admissão na cabeça do cilindro ásperas e sem polimento.

Apenas um certo grau de turbulência é útil na ingestão. Uma vez que o combustível esteja suficientemente atomizado, turbulência adicional causa quedas desnecessárias de pressão e uma queda no desempenho do motor.

Eficiência volumétrica

Comparação de um coletor de admissão de ações para um motor Volkswagen 1.8T (em cima) com um customizado usado em competição (embaixo). No coletor customizado, os corredores para as portas de admissão no cabeçote do cilindro são muito mais largos e mais suavemente cônicos. Essa diferença melhora a eficiência volumétrica da entrada de combustível / ar do motor.

O projeto e a orientação do coletor de admissão é um fator importante na eficiência volumétrica de um motor. Mudanças abruptas de contorno provocam quedas de pressão, resultando em menos ar (e / ou combustível) entrando na câmara de combustão; coletores de alto desempenho têm contornos suaves e transições graduais entre segmentos adjacentes.

Os coletores de admissão modernos geralmente empregam corredores , tubos individuais que se estendem a cada porta de admissão na cabeça do cilindro que emanam de um volume central ou "plenum" abaixo do carburador. O objetivo do corredor é aproveitar a propriedade de ressonância do ar de Helmholtz . O ar flui a uma velocidade considerável através da válvula aberta. Quando a válvula fecha, o ar que ainda não entrou na válvula ainda tem muito impulso e se comprime contra a válvula, criando uma bolsa de alta pressão. Esse ar de alta pressão começa a se equalizar com o ar de baixa pressão no coletor. Devido à inércia do ar, a equalização tende a oscilar: a princípio, o ar no rotor estará a uma pressão mais baixa do que o coletor. O ar no coletor tenta então se equalizar de volta ao corredor, e a oscilação se repete. Esse processo ocorre na velocidade do som e, na maioria dos manifolds, sobe e desce no canal muitas vezes antes que a válvula se abra novamente.

Quanto menor for a área da seção transversal do corredor, maiores serão as mudanças de pressão na ressonância para um determinado fluxo de ar. Este aspecto da ressonância de Helmholtz reproduz um resultado do efeito Venturi . Quando o pistão acelera para baixo, a pressão na saída do duto de admissão é reduzida. Esse pulso de baixa pressão vai até a extremidade de entrada, onde é convertido em um pulso de sobrepressão. Este pulso viaja de volta pelo corredor e impele o ar pela válvula. A válvula então fecha.

Para aproveitar toda a potência do efeito de ressonância Helmholtz, a abertura da válvula de admissão deve ser cronometrada corretamente, caso contrário, o pulso pode ter um efeito negativo. Isso representa um problema muito difícil para os motores, uma vez que a sincronização da válvula é dinâmica e baseada na velocidade do motor, enquanto a sincronização do pulso é estática e depende do comprimento do duto de admissão e da velocidade do som. A solução tradicional tem sido ajustar o comprimento do duto de admissão para uma rotação específica do motor onde o desempenho máximo é desejado. No entanto, a tecnologia moderna deu origem a uma série de soluções envolvendo a sincronização da válvula controlada eletronicamente (por exemplo, Valvetronic ) e geometria de admissão dinâmica (veja abaixo).

Como resultado da "sintonia de ressonância", alguns sistemas de admissão aspirados naturalmente operam com uma eficiência volumétrica acima de 100%: a pressão do ar na câmara de combustão antes do curso de compressão é maior do que a pressão atmosférica. Em combinação com esta característica do projeto do coletor de admissão, o projeto do coletor de escapamento, bem como o tempo de abertura da válvula de escapamento, podem ser calibrados de forma a obter uma maior evacuação do cilindro. Os coletores de escapamento atingem um vácuo no cilindro pouco antes de o pistão atingir o ponto morto superior. A válvula de entrada de abertura pode então - em taxas de compressão típicas - encher 10% do cilindro antes de iniciar o deslocamento para baixo. Em vez de atingir uma pressão mais alta no cilindro, a válvula de admissão pode permanecer aberta depois que o pistão atinge o ponto morto inferior enquanto o ar ainda flui para dentro.

Em alguns motores, os dutos de admissão são retos para resistência mínima. Na maioria dos motores, no entanto, os corredores têm curvas, algumas muito complicadas para atingir o comprimento desejado do rotor. Essas voltas permitem um coletor mais compacto, com um empacotamento mais denso de todo o motor, como resultado. Além disso, esses corredores em "serpentina" são necessários para alguns projetos de corredores de comprimento variável / divisão e permitem que o tamanho do plenum seja reduzido. Em um motor com pelo menos seis cilindros, o fluxo médio de admissão é quase constante e o volume do plenum pode ser menor. Para evitar ondas estacionárias dentro do plenum, ele é o mais compacto possível. Cada um dos dutos de admissão usa uma parte menor da superfície do plenum do que a entrada, que fornece ar ao plenum, por razões aerodinâmicas. Cada corredor é colocado quase à mesma distância da entrada principal. Os corredores cujos cilindros disparam próximos uns dos outros não são colocados como vizinhos.

Em coletores de admissão de 180 graus , originalmente projetados para motores V8 com carburador, o plano de dois, o coletor de admissão pleno dividido separa os pulsos de admissão que o coletor experimenta em 180 graus na ordem de disparo. Isso minimiza a interferência das ondas de pressão de um cilindro com as de outro, dando melhor torque a partir de um fluxo suave de médio alcance. Esses coletores podem ter sido originalmente projetados para carburadores de dois ou quatro cilindros, mas agora são usados ​​com injeção de combustível de corpo de borboleta e multiponto . Um exemplo deste último é o motor Honda J, que se converte em um coletor de plano único em torno de 3500 rpm para maior fluxo de pico e potência.

Os coletores de riser de calor mais antigos com 'canais úmidos' para motores com carburador usavam o desvio de gás de escapamento através do coletor de admissão para fornecer calor de vaporização. A quantidade de desvio do fluxo de gás de escapamento era controlada por uma válvula elevadora de calor no coletor de escapamento e empregava uma mola bimetálica que mudava a tensão de acordo com o calor no coletor. Os motores com injeção de combustível de hoje não requerem tais dispositivos.

Coletor de admissão de comprimento variável

Coletor de admissão inferior em um motor Mazda Miata de 1999 , mostrando os componentes de um sistema de admissão de comprimento variável.

Um coletor de admissão de comprimento variável ( VLIM ) é uma tecnologia de coletor de motor de combustão interna . Existem quatro implementações comuns. Primeiro, dois canais de admissão discretos com comprimentos diferentes são empregados e uma válvula borboleta pode fechar o caminho curto. Em segundo lugar, os corredores de admissão podem ser dobrados em torno de um plenum comum, e uma válvula deslizante os separa do plenum com um comprimento variável. Corredores retos de alta velocidade podem receber plugues, que contêm pequenas extensões de corredor longo. O plenum de um motor de 6 ou 8 cilindros pode ser dividido em duas metades, com os cilindros de disparo pares em uma metade e os cilindros de disparo ímpares na outra parte. Ambos os subplenos e a entrada de ar são conectados a um Y (uma espécie de plenum principal). O ar oscila entre os dois subplenos, com uma grande oscilação de pressão ali, mas uma pressão constante no plenum principal. O comprimento de cada corredor de um subplenum para o principal pode ser alterado. Para motores em V, isso pode ser implementado pela divisão de um único grande plenum em alta rotação do motor por meio de válvulas deslizantes nele quando a velocidade é reduzida.

Como o nome indica, o VLIM pode variar o comprimento do trato de admissão para otimizar a potência e o torque , além de fornecer melhor eficiência de combustível .

Existem dois efeitos principais da geometria de ingestão variável:

• Efeito Venturi : Em baixa rotação , a velocidade do fluxo de ar é aumentada direcionando o ar por um caminho com capacidade limitada (área da seção transversal). O caminho maior se abre quando a carga aumenta para que uma maior quantidade de ar possa entrar na câmara. Em projetos de duplo came suspenso (DOHC), os caminhos de ar são frequentemente conectados a válvulas de admissão separadas , de modo que o caminho mais curto pode ser excluído desativando a própria válvula de admissão.
• Pressurização : um caminho de admissão sintonizado pode ter um leve efeito de pressurização semelhante a um superalimentador de baixa pressão devido à ressonância de Helmholtz. No entanto, esse efeito ocorre apenas em uma faixa estreita de rotação do motor, que é diretamente influenciada pelo comprimento de admissão. Uma ingestão variável pode criar dois ou mais "pontos quentes" pressurizados. Quando a velocidade do ar de admissão é maior, a pressão dinâmica que empurra o ar (e / ou mistura) para dentro do motor é aumentada. A pressão dinâmica é proporcional ao quadrado da velocidade do ar de entrada, portanto, ao tornar a passagem mais estreita ou mais longa, a velocidade / pressão dinâmica é aumentada.

Muitos fabricantes de automóveis usam tecnologia semelhante com nomes diferentes. Outro termo comum para esta tecnologia é sistema de indução de ressonância variável ( VRIS ).

Veja também

• Porting da cabeça do cilindro
• Moldagem por injeção de núcleo fusível

Referências