Soggetti:
- Collettore di aspirazione
- Impulsi d'aria nel collettore di aspirazione
- Risonatore di Helmholtz
- Collettore di aspirazione con alette di turbolenza
- Collettore di aspirazione a lunghezza variabile
- Valvola DISA
- Collettore di scarico
Contenuto della confezione:
Il collettore di aspirazione è montato tra il tubo di aspirazione del filtro dell'aria e il motore. I tubi del collettore sono montati direttamente sulla sezione di aspirazione del motore, proprio in corrispondenza delle valvole di aspirazione. Nei motori a benzina a iniezione indiretta, anche l'iniettore del carburante è montato nel collettore di aspirazione. Questo iniettore spruzza la benzina direttamente sulla valvola di ingresso.
Un collettore di aspirazione non è solo un mucchio di tubi. La sua forma e finitura devono offrire la minor resistenza possibile all'aria in entrata. Tutti i cilindri devono ricevere la stessa quantità di aria. I tubi di aspirazione dovrebbero quindi avere la stessa lunghezza per tutti i cilindri. Il collettore di aspirazione è solitamente realizzato in plastica, perché è più economico e meno suscettibile al riscaldamento dovuto alle alte temperature rispetto, ad esempio, al metallo. L'aria nel collettore di aspirazione deve rimanere il più fresca possibile.
Impulsi d'aria nel collettore di aspirazione:
Quando la valvola di ingresso è aperta, l'aria viene aspirata ad alta velocità. La portata d'aria nel collettore di aspirazione è elevata. Quando la valvola di aspirazione si chiude, l'aria non ancora immessa nel cilindro collide con la valvola di aspirazione e provoca un aumento di pressione. Questo aumento di pressione provoca un movimento ondulatorio nel collettore di aspirazione, che si muove contro la direzione del flusso d'aria nel collettore di aspirazione. Quando la valvola di aspirazione si apre nel momento in cui ritorna l'onda di pressione, si ha il massimo riempimento della bombola; l'onda di pressione garantisce l'ingresso di aria extra nella camera di combustione. Tuttavia questo non avviene quasi mai, perché il numero di giri del motore varia e quindi la valvola di aspirazione non si apre quasi mai nel momento ottimale per l'onda di pressione. Con un collettore di aspirazione più lungo ci vorrà meno tempo affinché l'onda di pressione ritorni alla valvola di aspirazione rispetto a un collettore di aspirazione corto. Per questo motivo è utile poter adattare la lunghezza del collettore di aspirazione alle condizioni di funzionamento del motore (vedere il paragrafo “collettore di aspirazione a lunghezza variabile” oppure l'utilizzo di un cosiddetto risonatore di Helmholtz.
Risonatore di Helmholtz:
Un risonatore di Helmholtz è una camera di risonanza che riceve onde di pressione causate dalla chiusura della valvola di ingresso. Il risonatore non è altro che una camera d'aria chiusa collegata al tubo di aspirazione dell'aria tra il misuratore della massa d'aria e la valvola a farfalla. Un esempio di risonatore di Helmholtz è indicato da una freccia rossa nella figura.
Le onde di pressione che entrano nel risonatore vengono riflesse verso la valvola di ingresso. Le onde di pressione aiutano il movimento dell'aria verso l'interno, in modo da ottenere alla fine un livello di riempimento più elevato. Il risonatore assicura inoltre che il rumore di aspirazione venga smorzato, rendendo il motore più silenzioso. Il motore diventa quindi più potente e silenzioso.
Collettore di aspirazione con alette di turbolenza:
Nei motori diesel vengono talvolta utilizzati collettori di aspirazione con valvole a turbolenza. Queste valvole assicurano la rotazione dell'aria in entrata. A bassi regimi, la velocità dell'aria può essere così bassa (perché il turbo non ha ancora raggiunto la velocità) che il vortice dell'aria non è sufficiente per garantire una buona miscelazione con il gasolio. La pressione di iniezione è separata da questa. Se le valvole non funzionassero, la miscelazione con il combustibile, e quindi anche la combustione finale, non sarebbe ottimale. Ciò significa che il motore consuma più carburante, produce meno potenza ed emette fuliggine.
Quando è necessario accendere le valvole di turbolenza, la ventosa viene attivata, consentendo all'asta di controllo di spostarsi da sinistra a destra. Facendo scorrere l'asta di controllo, le valvole possono essere impostate nella posizione desiderata.
Collettore di aspirazione a lunghezza variabile:
Nella costruzione di un motore è necessario tenere conto della lunghezza dei condotti di aspirazione del collettore di aspirazione. La lunghezza dei canali di ingresso determina gli impulsi di pressione che si generano all'apertura e chiusura della valvola di ingresso (vedere il paragrafo sugli impulsi d'aria). Se questi condotti di aspirazione sono sempre lunghi, il motore ha una coppia elevata ai bassi regimi, ma la forza di traino diminuisce sempre più agli alti regimi. E viceversa, se questi sono sempre troppo corti, il motore avrà coppia e potenza sufficienti solo a regimi più elevati. Utilizzando un collettore di aspirazione variabile, la lunghezza viene regolata in base alle condizioni di guida. Ecco le 2 situazioni:
- Tubo di aspirazione lungo: spostando l'aria per una distanza maggiore e riducendo il diametro del tubo, l'aria acquisisce una velocità maggiore. Ciò è molto vantaggioso ad alta velocità con carico basso o a bassa velocità con carico elevato (più coppia).
- Tubo di aspirazione corto: l'aria ora percorre una distanza più breve e fornisce un migliore riempimento del cilindro a bassa velocità con carico basso e ad alta velocità con carico elevato (più potenza).
Valvola DISA:
La valvola DISA si trova nei collettori di aspirazione BMW. DISA sta per: Differenzierte SaugAnlage. La valvola DISA garantisce che a determinati regimi del motore il flusso d'aria possa essere bloccato in diverse parti del collettore di aspirazione. Questo divide il collettore di aspirazione in due parti. Di seguito una spiegazione con tre immagini.
A velocità basse o medie la valvola DISA è chiusa. Dal corpo farfallato l'aria fluisce direttamente al cilindro 1. Dirigendo l'aria aspirata alla valvola di aspirazione attraverso una sezione del collettore, si crea una velocità dell'aria più elevata. Questa maggiore velocità dell'aria provoca un movimento vorticoso dell'aria ed è possibile una migliore miscelazione con il carburante iniettato.
Quando le valvole di aspirazione del cilindro 1 si chiudono, si crea un'onda di pressione. Poiché la valvola è chiusa, l'onda di pressione dovrà percorrere un lungo percorso attraverso i tubi di risonanza per fluire verso le valvole di aspirazione del cilindro 5. L'onda di pressione ora non avrà più alcuna influenza sul flusso d'aria aspirata attraverso il cilindro 5.
A regimi del motore più elevati si apre la valvola DISA. Poiché la lunghezza di aspirazione è ora estesa, si ottiene una potenza maggiore a velocità più elevate.
L'aria aspirata attraversa entrambe le camere di risonanza. Il rimbalzo dell'aria dopo la chiusura della valvola di aspirazione del cilindro 1 fornisce la propulsione dell'aria che fluisce al cilindro 5; viene così aumentato il livello di riempimento del cilindro 5.
Collettore di scarico:
Anche il collettore di scarico non è solo un mucchio di tubi. Più velocemente i gas di scarico possono defluire, meglio è. Non è solo una questione di resistenza al flusso. Dopotutto è necessario tenere conto anche dell'apertura e della chiusura delle valvole di scarico.
Esempio: un quattro cilindri ha un ordine di accensione 1-2-4-3. Quando si apre la valvola di scarico del secondo cilindro, quella del primo è ancora aperta. Poiché il periodo di scarico del cilindro 2 è appena iniziato, il gas fuoriesce con una pressione maggiore rispetto al cilindro 1.
Se il collettore non ha forma e diametro corretti i gas di scarico avranno problemi di interferenze. I gas di scarico del cilindro 1 possono contrastare quelli del cilindro 2. Tuttavia, con una corretta costruzione, accade il contrario e i gas del cilindro 1 aiutano ad estrarre i rimanenti gas di scarico dal cilindro 2. Questo è particolarmente vero nel caso della cosiddetta varietà Spaghetti (nell'immagine sotto).
Alcuni motori a benzina e la maggior parte dei motori diesel ne hanno un altro turbogas di scarico montato sul collettore. Questo viene montato nel collettore appena possibile dopo la curva, per rallentare il meno possibile l'uscita dell'aria.
Il rumore infernale di un motore senza silenziatore di scarico è causato dai gas di scarico che fuoriescono ad alta pressione e velocità, facendo vibrare l'aria. UN silenziatore dovrebbe ridurre questa pressione e velocità.
