Artigo técnico: coletores de admissão harmúnicos
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? sempre bom ler uns artigos técnicos interessantes que botam a nossa cabeça pra funcionar… 8)
tópico indicado principalmente pros tarados por performance/engenheiros frustrados
o sistema de admissão no motor de quatro tempos de um automóvel tem como objetivo principal introduzir o máximo possível de mistura de ar-combustável dentro do cilindro. uma maneira de ajudar a admissão é ajustar o comprimento dos dutos.
quando a válvula de admissão está aberta, o ar é sugado para dentro do motor, de forma que o ar no duto de admissão se move mais rapidamente em direção ao cilindro. quando a válvula de admissão se fecha repentinamente, esse ar pora bruscamente e se comprime, formando uma área de alta pressão. essa onda de alta pressão percorre seu caminho até o duto de admissão, para longe do cilindro. quando ele atinge a extremidade do duto de admissão, onde o duto se conecta a um tubo de distribuição de admissão, a onda de pressão bate e volta pelo duto de admissão.
se o duto de admissão tem o comprimento certo, essa onda de pressão voltará é válvula de entrada assim que ela se abrir para a realização do próximo ciclo. esta pressão extra ajuda a capturar mais mistura de ar-combustável dentro do cilindro, agindo efetivamente como um turbocompressor.
o problema dessa técnica é que ela proporciona benefício apenas em uma faixa de velocidade bastante limitada. a onda de pressão viaja é velocidade do som (o que depende da densidade do ar) em direção ao duto de admissão. a velocidade apresenta pequenas variações dependendo da temperatura do ar e da velocidade na qual ela se movimenta, mas uma boa estimativa para a velocidade do som seria 396 metros por segundo (m/s). vamos tentar ter uma idéia do comprimento que o duto de admissão deve ter para tirar vantagem deste efeito.
digamos que o motor esteja girando a 5 mil rpm. a válvula de admissão de ar se abre uma vez a cada duas revoluções (720 graus), mas vamos supor que elas permanecem abertas por 250 graus. isso significa que existem 470 graus entre o tempo em que a válvula de entrada de ar se fecha e de quando ela abre novamente. a 5 mil rpm, o motor levar? 0,012 segundos para girar uma revolução, e 470 graus corresponde a cerca de 1,3 revolução, assim ele levar? 0,0156 segundos entre o tempo em que a válvula se fecha e o tempo em que ela se abre novamente. a 396,24 m/s multiplicado por 0,0156 segundos, a onda de pressão viajaria cerca de 6,096 m. mas, como ela precisa ir até o duto de admissão e depois retornar, este deveria ter a metade desse comprimento ou cerca de 3,048 m.
duas coisas se tornam aparentes depois da realização deste cálculo:
1. o ajuste do duto de admissão de ar surtir? algum efeito apenas em uma intervalo de rpm bastante curto. se refizermos o cálculo considerando 3000 rpm, o comprimento calculado será completamente diferente;
2. 3,048 m é muito comprimento. você não pode encaixar dutos que se estendam abaixo do capo de um carro tão facilmente assim.
não h? muito o que fazer para resolver o primeiro problema. uma entrada ajustada tem seu principal benefício em uma faixa de velocidade bem limitada. mas existe uma maneira de encurtar os dutos de admissão e ainda obter algum benefício com a onda de pressão. se encurtarmos o comprimento do duto de admissão usando um fator quatro, alterando o seu comprimento para 0,762 m, a onda de pressão viajar? para cima e para baixo do duto quatro vezes antes que a válvula de admissão se abra novamente. mas ela ainda atinge a válvula no tempo certo.
existem muitas particularidades e truques usados nos sistemas de admissão. por exemplo, é vantajoso que o ar de admissão se mova o mais rapidamente possível para dentro dos cilindros, pois isto aumenta a turbulencia e mistura melhor o combustável com o ar. uma maneira de aumentar a velocidade do ar é usar um duto de admissão com di?metro menor. como dificilmente o mesmo volume de ar entra no cilindro a cada ciclo, se este ar for bombeado atravṍs de um duto com di?metro menor, dever? se mover mais rapidamente.
a desvantagem da utilização de dutos de admissão com di?metro menor é que, em velocidades altas do motor, quando um volume grande de ar está passando atravṍs dos dutos, a restrição do di?metro menor pode inibir o fluxo de ar. assim, é melhor ter dutos com di?metro maior para grandes volumes de fluxo de ar com velocidades mais altas. alguns fabricantes de autom?veis tentam usufruir do melhor dos dois mundos usando dutos de entrada duplos para cada cilindro, um com um di?metro pequeno e um com di?metro grande. eles usam uma válvula borboleta para bloquear o duto com di?metro grande, com velocidades de motor mais baixas, para usufruirem do desempenho obtido com o duto estreito. então, a válvula é desbloqueada com velocidades de motor mais altas para reduzir a restrição de admissão de ar e aumentar a potência de sa?da.
fonte: http://carros.hsw.com.br/questao517.htm
mais um artigo muito foda (só que é em ingl?s): http://www.chrysler300club.com/uniq/allabo…s/ramtheory.htm
toda essa teoria se baseia no princ?pio dos resonadores(?) de helmholtz (texto em ingl?s.. foi o menor e mais simples que achei, sorry):
the idea here is to continue to use the tuned port advantages in the plenum and intake pipe. actually, tuned ports are helmholtz resonators themselves. so you can rear the tuned port basics page to get an idea of how it all works, this page will just take that system further up in the intake track. to make it simple, lets say that there is one throttle bore for a 4 cylinder engine. there will be 2 induction pulses through the throttle bore per revolution. when the air pulses through the throttle bore, is causes a negative pressure wave traveling through the intake pipe. once this pulse reaches the open end of the pipe (usually at the air cleaner), it will invert to a positive pressure wave. if we can time this wave to arrive back at the plenum to boost pressure when it s needed the most, we may see a power increase. the helmholtz resonator theory does work well, however, it is limited to how many cylinders can operate off a single plenum. to be effective, no more than 4 cylinders should be used in a single plenum. this set up is very effective on 6 cylinder engine with two plenums, each plenum feeding 3 cylinders. to make matters worse, the cylinders must be even firing, so simply dividing banks of a v6 or v8 will not work unless the banks each fire evenly. for a v8, the best solution is to use a 180 degree crankshaft to even out the firing order of each bank. then the helmholtz resonator can be applied as if it were a pair of 4 cylinders. it is possible to see small gains at low rpm with using one plenum for 8 cylinders, but this will usually lead to a reduction in top-end power. there are 3 tunable aspects of the helmholtz resonator, the plenum volume, intake ram pipe, and intake ram pipe diameter.
intake ram diameter
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this is the easiest to figure out. the velocity in the plenum intake pipe should not be higher than 180 ft/sec at maximum rpm. the formula to figure out the diameter pipe that should be used is for a given velocity is:
d = square root of (cid é ve é rpm) é ( v é 1130)
where:
d = pipe diameter
cid = cubic inch displacement
ve = volumetric efficiency
v = velocity in ft/sec
if you re dealing with liters, change cid to liters and the constant to 18.5 so the formula will look like this:
d = square root of (liters é ve é rpm) é (v é 18.5)
an example for a 153 cubic inch 4 cylinder with a 85% ve, revving to 6000 rpm would and a desired 180 ft/sec air speed though the intake pipe would look like this:
d = square root of (153 é 0.85 é 6000) é (180 é 1130) = 1.96
you would need an intake pipe that has a 1.96 inside diameter to have 180 ft/sec air velocity at 6000 rpm for that engine. in other words the engine would need a little over 3 square inches of intake pipe area.
plenum volume
there is not going to be a simple answer to the needed plenum volume for a given application or rpm range. the good thing about plenum volume is that there is a pretty wide range that it can be and still be effective, so general rules work well. the following guide lines are for engine operating in the 5000-6000 rpm rage. v8 s with one large plenum feeding all 8 cylinders does not work all that well as far as the helmholtz resonator goes, but if this is the case, plenum volume should be about 40-50% of total cylinder displacement. for a four cylinder 50-60% works well. for 3 cylinders (6 cylinder engine with two plenums), each plenum needs to be about 65-80% of the 3 cylinders it feeds. if a boost is desired in a higher rpm range, closer 7000-7500 rpm, the plenum will need to be 10-15% smaller. to get a boost in the 2500-3500 rpm range, it will need to need about 30% larger. the plenum size of a helmholtz resonator may go against the typical plenum size rules, but the rules change when the resonator is being used. the whole idea of a plenum is to allow the gases to slow down and gain density. the helmholtz plenum makes a dense charge by use of pressure waves, in the same way tuned port intake runners work. this plenum sizing method does not apply to engines that to not use a tuned intake pipe. many engine simply have the air cleaner assembly directly on the carb or throttle body having very little intake length. in those cases the helmholtz resonator system does not work.
intake ram pipe length
the last thing to adjust is the length of the intake ram pipe. it is possible to make an adjustable pipe that can be made longer or shorter for testing purposes. for a starting point figure a 13 long pipe will help at about 6000 rpm. for each 1000 rpm drop in rpm add 1.7 and subtract 1.7 per 1000 rpm increase. this is just a starting point. the inlet of the pipe should have about a 1/2 radius for smooth flow. once you get a base line, you must do a power pull and get a baseline. this can be done at the track or on a dyno. they try moving the pipe 1/2 in either direction as see how power improves. the dyno may be a little deceiving, since peak hp my go up but average power may drop. track testing will be best, since you will be testing in actual racing condition and can tune the pipe for the best times. it is usually best for average power if the intake ram pipe is tuned about 1000 rpm lower than the intake runner length.
f?rmulas da teoria:
http://scienceworld.wolfram.com/physics/he…zresonator.html
abaixo, pra quem se interessar, a patente de alguns coletores harmúnicos… ah se eu tivesse um contexto de metalurgia... :wub:
http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-parser?…p;rs=pn/5379735
http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-parser?…&rs=5551387 (nessa tem detalhados os cálculos que o malandro usou)
e lembrando que isso funciona tambem no escape (só que no caso a idéia é fazer o inverso.. aproveitar o backpressure que o escape de um cilindro gera, pra esvaziar outro)
http://www.mgparts.co.nz/extractor.html
pra fechar com chave de ouro.. ainda achei um zip, mostrando o escape da ducati 999 se aproveitando desse efeito de resson?ncia pra atingir potências ainda maiores.
http://www.eurospares.com/graphics/engine/duc999exhaust.pdf
literatura:
http://www.amazon.com/scientific-exhaust-s…e/dp/0837603099
espero que curtam… :mrgreen:
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poxa cara, excelente tópico
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engenharia pura…
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sei lá… a vida real é mais complicada pois vc tem q casar a abertura da válvula (q depende da rotação e do comando utilizado) com o lift do comando q ir? impor ou não restrição é onda e saber com q ponto da abertura vc maximiza a entrada de fluido.
sem contar q tem q saber a temperatura e pressão do fluido para cada condição de rotação, pois isto ir? influenciar a velocidade da onda (velocidade do som).
tentei calcular isto e não cheguei a lugar nenhum
um colega de uma montadora disse q o usual é mais parecido com tentativa e erros
na industria.mas na pistas eles tem uns segredos q alguem poderia descobrir....
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sei lá… a vida real é mais complicada pois vc tem q casar a abertura da válvula (q depende da rotação e do comando utilizado) com o lift do comando q ir? impor ou não restrição é onda e saber com q ponto da abertura vc maximiza a entrada de fluido.
sem contar q tem q saber a temperatura e pressão do fluido para cada condição de rotação, pois isto ir? influenciar a velocidade da onda (velocidade do som).
tentei calcular isto e não cheguei a lugar nenhum
um colega de uma montadora disse q o usual é mais parecido com tentativa e erros
na industria.mas na pistas eles tem uns segredos q alguem poderia descobrir....
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na pista é tentativa e erro tb…a diferença é que se o preparador tem mais experiencia em confeccionar coletores de admissão, ele sabe mais ou menos que caminho seguir...
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bom topico mesmo.
? exatamente compo no radiamadorismo, onde casa-se o tamanho dos elementos da antena com a frequencia,impedindo a presença das terr?veis ondas estacion?rias e ainda acerta-se a imped?ncia com a do cabo coaxial e até o comprimento deste. tudo por ci?ncia, nada é tentativa e erro.
na f?rmula 1, desde a dácada de 90 os coletores de admissão(cornetas) tem comprimento móvel conforme o rpm. hoje eles tem coisas ainda melhores para administrar isso.
nos carros de rua originais, uma breve visita aos vêdeos de fábrica mostra que por exemplo o gol gti 2.0 16v tem um ressonador interno no coletor de escape( in?cio da tubagem), trazendo um ganho de fluxo em toda a faixa de rotação original do motor. por isso mesmo, o original 4x2x1 com ressonador bate os 4x1 manufaturados para esse motor, quando naturalmente aspirado. o pessoal só escape ali altera do flexível para tr?s.
outro fato bem curioso, esse envolvendo admissão de motores , envolve a extinta f renault, cujos carros usavam o motor de 172 cv do clio 2.0 16v. com escape direto dimensionado,filtro de ar esportivo, avg?s, centralina retrabalhada para tudo isso, o motor rendia 183 hp a 6.600 rpm e para equalizar a potência de todos os carros ( sim, motores de linha tem potencias desiguais, para competir tem que equalizar) iam ser adotados restritores de 45 mm para menos entre o corpo de borboleta e o filtro de ar cúnico. assim feito, foi notado um aumento na potencia máxima com o restritor 45 mm. ( provavelmente casou velocifdade/fluxo melhor que abert?o).foi feito novo estudo e só haveria redução de potencia com adoção de 42 mm para baixo, portanto os restritores-equalizadores de potência ficaram entre 37.5 e 41.5 mm,mantendo a cavalaria máxima em 178 hp e a média /torque m?dio bem estabilizados para todos os carros, num trabalho muito bom ,de alto nível. portanto, muito cuidado no seu carrinho de rua sagrado, cada cavalinho a mais sofrido, antes de arrancar uma entrada de ar todinha e ir colocando um filtrão cúnico num cano.
tecnomax.
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esse lance de cornetas de comprimento móvel existe h? vêrias dácadas…não sei na f1 a qto tempo, mas nos carros aspirados de corridas de longa duração (aqueles tops que eram ponteiros em le mans), isso já existe a uns 20 anos pelo menos...
essa copa clio q vc falou é a que rola na europa, né? pq aqui no brasil eles usam motores 1.6 16v praticamente originais (pode mexer só em chip e mais umas coisinhas, mas cabeçote e taxa tem q ser originais)iginal)
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acertar o escape de um carro não é como r?dio amador, pois a velocidade de propagação da onda no radio amador é aprox a da luz, enquanto no motor ela varia conforme a temp do escape e pressão. então para marchas diferentes vc pode ter ressonancia a rotações diferentes. é bem mais complicado e dificil. não é só aplicar tr?s formulas de ondas para ter um bom coletor.
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esse lance de cornetas de comprimento móvel existe h? vêrias dácadas…não sei na f1 a qto tempo, mas nos carros aspirados de corridas de longa duração (aqueles tops que eram ponteiros em le mans), isso já existe a uns 20 anos pelo menos...
exato, na f1 acho que foi 1988 ou 89, na volta do aspirado no carro do mansell, praticamente 20 anos então.
essa copa clio q vc falou é a que rola na europa, né? pq aqui no brasil eles usam motores 1.6 16v praticamente originais (pode mexer só em chip e mais umas coisinhas, mas cabeçote e taxa tem q ser originais)iginal)
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nao nao, era a f- renault mesmo, categoria de monopostos que correu até 2006. de 2002 a 2006 no brasil e que na europa segue forte em vêrios pa?ses,como categoria monoposto. nos clio-brasil é como vc disse, um motor mexido levemente e muito semelhante ao 1.6 16v do carro de rua. o motor da formula renault era do clio 2.0 16v, que teve umas unidades importadas para o brasil. um foguetinho de 0 a 100 em 7 segundos, original. a categoria no brasil ainda tinha um pace car v6, motor aspirado entreeixos trazeiro, como no antigo renault 5 turbo, o v6 fechava o retão de jacarepagu? a 230/235 km/h, contra 215/220 dos monopoistos, na mesma fotoc?lula da zf, que estava medindo.
acertar o escape de um carro não é como r?dio amador, pois a velocidade de propagação da onda no radio amador é aprox a da luz, enquanto no motor ela varia conforme a temp do escape e pressão. então para marchas diferentes vc pode ter ressonancia a rotações diferentes. é bem mais complicado e dificil. não é só aplicar tr?s formulas de ondas para ter um bom coletor.
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sim, sim. no radioamador a gente também tem que regular o comprimento da antena de acordo com a bitola dos elementos ,da separação f?sica entre elementos quando mais de um é ativo, , ou mesmo o comprimento do coaxial, então tudo é matematicamente calculado e pode variar até 8 % da velocidade da luz.
no coletor é mais ou menos assim também, e veja vc que no brasil temos duas fábricas que conseguem fabricar boas antenas de radiamadores e uma delas é dos anos 60.
ali?s, o ressonador no coletor original do vw 2.0 16v ( veja numa revenda volks o raio x do mesmo como é legal) faz exatamente essa função de tornar ressonantes vêrias hipoteses,no radioamador tem isso também,uma caixinha m?gica chamada casadora de imped?ncias que entra em ação quando as vari?veis atingem os limites f?sicos das antenas.
