Un colector de admisión o colector de admisión (en inglés americano ) es la parte de un motor de combustión interna que suministra la mezcla de combustible / aire a los cilindros . [1] La palabra colector proviene del vocablo inglés antiguo manigfeald (del anglosajón manig [muchos] y feald [repetidamente]) y se refiere a la multiplicación de uno (tubería) en muchos. [2]
Por el contrario, un colector de escape recoge los gases de escape de varios cilindros en un número menor de tubos, normalmente hasta un solo tubo.
La función principal del colector de admisión es distribuir de manera uniforme la mezcla de combustión (o simplemente el aire en un motor de inyección directa) a cada puerto de admisión en la(s) culata(s). Una distribución uniforme es importante para optimizar la eficiencia y el rendimiento del motor. También puede servir como soporte para el carburador, el cuerpo del acelerador, los inyectores de combustible y otros componentes del motor.
Debido al movimiento descendente de los pistones y a la restricción causada por la válvula de mariposa, en un motor de pistón de encendido por chispa alternativo, existe un vacío parcial (inferior a la presión atmosférica ) en el colector de admisión. Este vacío en el colector puede ser sustancial y puede utilizarse como fuente de energía auxiliar del automóvil para impulsar sistemas auxiliares: frenos asistidos , dispositivos de control de emisiones, control de crucero , avance de encendido , limpiaparabrisas , elevalunas eléctricos , válvulas del sistema de ventilación, etc.
Este vacío también se puede utilizar para extraer los gases que se escapan del pistón del cárter del motor . Esto se conoce como sistema de ventilación positiva del cárter , en el que los gases se queman con la mezcla de combustible y aire.
Históricamente, el colector de admisión se ha fabricado en aluminio o hierro fundido, pero el uso de materiales plásticos compuestos está ganando popularidad (por ejemplo, la mayoría de los Chrysler de 4 cilindros, Ford Zetec 2.0, Duratec 2.0 y 2.3, y la serie Ecotec de GM ).
El carburador o los inyectores de combustible rocían gotitas de combustible en el aire del colector. Debido a las fuerzas electrostáticas y la condensación de la capa límite, parte del combustible se acumulará en las paredes del colector y, debido a la tensión superficial del combustible, las gotitas pequeñas pueden combinarse en gotitas más grandes en la corriente de aire. Ambas acciones son indeseables porque crean inconsistencias en la relación aire-combustible . La turbulencia en la admisión ayuda a romper las gotitas de combustible, mejorando el grado de atomización. Una mejor atomización permite una combustión más completa de todo el combustible y ayuda a reducir el golpeteo del motor al agrandar el frente de llama. Para lograr esta turbulencia, es una práctica común dejar las superficies de la admisión y los puertos de admisión en la culata ásperas y sin pulir.
En la admisión, solo es útil un cierto grado de turbulencia. Una vez que el combustible está suficientemente atomizado, la turbulencia adicional provoca caídas de presión innecesarias y una disminución del rendimiento del motor.
El diseño y la orientación del colector de admisión son factores importantes en la eficiencia volumétrica de un motor. Los cambios bruscos de contorno provocan caídas de presión, lo que hace que entre menos aire (y/o combustible) en la cámara de combustión; los colectores de alto rendimiento tienen contornos suaves y transiciones graduales entre segmentos adyacentes.
Los colectores de admisión modernos suelen emplear corredores , tubos individuales que se extienden hasta cada puerto de admisión en la culata y que emanan de un volumen central o "cámara de distribución" debajo del carburador. El propósito del corredor es aprovechar la propiedad de resonancia de Helmholtz del aire. El aire fluye a una velocidad considerable a través de la válvula abierta. Cuando la válvula se cierra, el aire que aún no ha entrado en la válvula todavía tiene mucho impulso y se comprime contra la válvula, creando una bolsa de alta presión. Este aire de alta presión comienza a igualarse con el aire de menor presión en el colector. Debido a la inercia del aire, la ecualización tenderá a oscilar: al principio, el aire en el corredor estará a una presión menor que el colector. Luego, el aire en el colector intenta igualarse nuevamente en el corredor y la oscilación se repite. Este proceso ocurre a la velocidad del sonido y, en la mayoría de los colectores, sube y baja por el corredor muchas veces antes de que la válvula se abra nuevamente.
Cuanto menor sea la sección transversal del corredor, mayores serán los cambios de presión en resonancia para un flujo de aire determinado. Este aspecto de la resonancia de Helmholtz reproduce un resultado del efecto Venturi . Cuando el pistón se acelera hacia abajo, se reduce la presión en la salida del corredor de admisión. Este pulso de baja presión se dirige al extremo de entrada, donde se convierte en un pulso de sobrepresión. Este pulso viaja de regreso a través del corredor e impulsa aire a través de la válvula. Luego, la válvula se cierra.
Para aprovechar al máximo la potencia del efecto de resonancia de Helmholtz, la apertura de la válvula de admisión debe estar sincronizada correctamente, de lo contrario el pulso podría tener un efecto negativo. Esto plantea un problema muy difícil para los motores, ya que la sincronización de las válvulas es dinámica y se basa en la velocidad del motor, mientras que la sincronización del pulso es estática y depende de la longitud del conducto de admisión y de la velocidad del sonido. La solución tradicional ha sido ajustar la longitud del conducto de admisión para una velocidad específica del motor en la que se desea el máximo rendimiento. Sin embargo, la tecnología moderna ha dado lugar a una serie de soluciones que implican la sincronización de válvulas controlada electrónicamente (por ejemplo, Valvetronic ) y la geometría de admisión dinámica (ver a continuación).
Como resultado de la "sintonización por resonancia", algunos sistemas de admisión de aspiración natural funcionan con una eficiencia volumétrica superior al 100%: la presión de aire en la cámara de combustión antes de la carrera de compresión es mayor que la presión atmosférica. En combinación con esta característica de diseño del colector de admisión, el diseño del colector de escape, así como el tiempo de apertura de la válvula de escape, se pueden calibrar de manera que se logre una mayor evacuación del cilindro. Los colectores de escape logran un vacío en el cilindro justo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior. [ cita requerida ] La válvula de entrada que se abre puede entonces, en relaciones de compresión típicas, llenar el 10% del cilindro antes de comenzar el recorrido descendente. [ cita requerida ] En lugar de lograr una mayor presión en el cilindro, la válvula de entrada puede permanecer abierta después de que el pistón alcance el punto muerto inferior mientras el aire aún fluye hacia adentro. [ cita requerida ] [ vago ]
En algunos motores, los conductos de admisión son rectos para ofrecer una resistencia mínima. Sin embargo, en la mayoría de los motores, los conductos tienen curvas, algunas muy enrevesadas, para lograr la longitud deseada. Estas curvas permiten un colector más compacto, con un empaquetamiento más denso de todo el motor como resultado. Además, estos conductos "serpenteantes" son necesarios para algunos diseños de conductos divididos o de longitud variable, y permiten reducir el tamaño del recinto . En un motor con al menos seis cilindros, el flujo de admisión promedio es casi constante y el volumen del recinto puede ser menor. Para evitar ondas estacionarias dentro del recinto, se hace lo más compacto posible. Los conductos de admisión utilizan cada uno una parte más pequeña de la superficie del recinto que la entrada, que suministra aire al recinto, por razones aerodinámicas. Cada conducto se coloca de manera que tenga casi la misma distancia a la entrada principal. Los conductos cuyos cilindros se encienden uno tras otro no se colocan como vecinos.
En los colectores de admisión de 180 grados , diseñados originalmente para motores V8 con carburador, el colector de admisión de dos planos y con cámara de admisión dividida separa los pulsos de admisión que experimenta el colector en 180 grados en el orden de encendido. Esto minimiza la interferencia de las ondas de presión de un cilindro con las de otro, lo que proporciona un mejor par a partir de un flujo suave de rango medio. Es posible que dichos colectores se hayan diseñado originalmente para carburadores de dos o cuatro cuerpos, pero ahora se utilizan tanto con inyección de combustible de cuerpo de acelerador como de múltiples puntos . Un ejemplo de este último es el motor Honda J , que se convierte en un colector de un solo plano alrededor de las 3500 rpm para obtener un mayor flujo máximo y mayor potencia.
Los colectores de calor más antiguos con "conductos húmedos" para motores con carburador utilizaban la desviación de los gases de escape a través del colector de admisión para proporcionar calor vaporizante. La cantidad de desviación del flujo de gases de escape se controlaba mediante una válvula de elevación de calor en el colector de escape y empleaba un resorte bimetálico que cambiaba de tensión según el calor en el colector. Los motores de inyección de combustible actuales no requieren tales dispositivos.
Un colector de admisión de longitud variable ( VLIM ) es una tecnología de colector de motor de combustión interna . Existen cuatro implementaciones comunes. Primero, se emplean dos canales de admisión discretos con diferentes longitudes, y una válvula de mariposa puede cerrar el camino corto. En segundo lugar, los canales de admisión se pueden doblar alrededor de un plenum común, y una válvula deslizante los separa del plenum con una longitud variable. Los canales rectos de alta velocidad pueden recibir tapones, que contienen pequeñas extensiones de canal largo. El plenum de un motor de 6 u 8 cilindros se puede dividir en mitades, con los cilindros de encendido par en una mitad y los cilindros de encendido impar en la otra parte. Ambos sub-plenums y la entrada de aire están conectados a una Y (una especie de plenum principal). El aire oscila entre ambos sub-plenums, con una gran oscilación de presión allí, pero una presión constante en el plenum principal. Cada canal desde un sub-plenum al plenum principal se puede cambiar de longitud. En el caso de los motores en V, esto se puede implementar dividiendo una única cámara grande a alta velocidad del motor por medio de válvulas deslizantes cuando se reduce la velocidad.
Como su nombre lo indica, VLIM puede variar la longitud del tracto de admisión para optimizar la potencia y el torque , además de proporcionar una mejor eficiencia de combustible .
La geometría de admisión variable tiene dos efectos principales:
Muchos fabricantes de automóviles utilizan una tecnología similar con distintos nombres. Otro término común para esta tecnología es sistema de inducción por resonancia variable ( VRIS ).
