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Mar 09, 2023

Cómo sobrealimentar el aire que entra en su motor, sin un sobrealimentador

El ajuste de admisión ayuda a los fabricantes de automóviles a aprovechar el poder de las ondas de presión, forzando más

El ajuste de la admisión ayuda a los fabricantes de automóviles a aprovechar el poder de las ondas de presión, lo que fuerza la entrada de más aire en el motor.

Abrir el capó de un nuevo Mercedes-Benz 300SL Gullwing debe haber sido toda una experiencia para la mayoría de los entusiastas de los años cincuenta. Para empezar, el seis cilindros en línea de 3.0 litros estaba inclinado en un ángulo de cincuenta grados. Sobre el bulto, un enorme colector de admisión de aluminio fundido sin carburador a la vista. Los largos conductos de admisión del Gullwing no se parecían a nada de lo que se usaba en ese momento y sirvieron como referente para los motores de combustión interna de alto rendimiento.

En el colector de admisión de un automóvil, el aire ingresa a presión atmosférica y se precipita hacia las válvulas de admisión a una velocidad tremenda. Pero cuando las válvulas de admisión se cierran por completo, el aire que entra llega a un callejón sin salida y efectivamente rebota, creando una onda de presión. Si cronometra la frecuencia de esta onda y la sincronización de las válvulas correctamente, puede hacer que esta onda de presión se dirija hacia la válvula de admisión justo cuando se abre. Esto permite que el aire que ingresa a la cámara de combustión se presurice más allá de la presión atmosférica. Esa presión no es una tonelada más alta, pero es suficiente para crear un efecto de "sobrealimentación", mejorando la eficiencia volumétrica de la cabeza.

Con un corredor de admisión corto, la onda de presión en la válvula de admisión rebota hacia adelante y hacia atrás a alta frecuencia, ofreciendo este efecto de sobrealimentación cuando aumentan las rpm del motor. Con un corredor más largo, la onda de presión tiene que viajar una distancia mayor, creando un pulso de aire de menor frecuencia.

"Básicamente, más largo genera más potencia de gama baja, y más corto genera más potencia de gama alta", dice Steve Dinan, veterano preparador de autos europeos y BMW e ingeniero de carreras. "La razón es que a RPM más altas, tiene menos tiempo [para que un pulso de aire presurizado llegue a la válvula que se cierra rápidamente]. Por lo tanto, debe acortar el colector de admisión para que el pulso pueda llegar allí". Según Autozine, los corredores en el 300SL tardaron mucho en ayudar con la potencia de gama baja. (Recuerde que esta fue una adaptación del sedán grande de 3.0 litros 'seis de Mercedes', no un grito de carreras de alta velocidad).

Si desea aprovechar el efecto de sobrealimentación en una gama más amplia de velocidades del motor, idealmente necesita corredores de admisión de diferentes longitudes. Mercedes recibió una patente en los años cincuenta para un sistema de colector de admisión de longitud variable, y en la edición de mayo de 1966 de Road & Track, detallamos una serie de sistemas de admisión de longitud variable experimentales. Sin embargo, no fue sino hasta los años ochenta que los fabricantes de automóviles comenzaron a utilizar colectores de admisión de longitud variable.

Un gran ejemplo temprano es el Porsche 928 S4. Por debajo de las 3500 rpm, el V-8 de 5.0 litros se alimentaba a través de un conducto de admisión más largo. Por encima de las 3500 rpm, y dependiendo de la posición del acelerador, se abrió una válvula de mariposa operada por vacío y el motor respiró a través de un tramo más corto. Esto le dio al 928 S4 al menos 300 libras-pie de torque entre 2700 y 4500 rpm. Porsche hizo algo similar con el 911 de la generación 964, aunque en lugar de usar corredores de diferentes longitudes, usó tuberías de diferentes diámetros que conectaban los plenos sobre cada banco de cilindros. Estos tubos produjeron diferentes resonancias que ayudaron a aumentar la potencia en diferentes puntos de la banda de potencia.

Para una de las últimas iteraciones de su seis cilindros en línea refrigerado por aire, el 911 Carrera de 1996 recibió un nuevo sistema de admisión llamado Varioram, que combinaba el sistema de resonancia de Porsche con tuberías de diferentes longitudes. Eso ofreció al motor tres modos de admisión diferentes. Por debajo de 5000 rpm, el motor respira por conductos más largos; Por encima de las 5000 rpm, el motor cambia a tubos más cortos y se abre una válvula para llenar el sistema de resonancia; Por encima de las 5800 rpm, el sistema de resonancia se abre para alimentar los cilindros con aún más aire. Como señaló Paul Frere en su totémica Historia del Porsche 911, Varioram proporcionaba un importante aumento de par en el rango medio, pero el sistema era complejo. Porsche abandonó el Varioram junto con su cambio a los seis cilindros refrigerados por agua. Los seis planos M96 y M97 que aparecieron en los 911 de las generaciones 996 y 997 y los Boxster/Cayman de las generaciones 986 y 987 usaban un sistema de admisión de resonancia con solo dos tubos de diferentes longitudes, que conectaban los dos plenos.

Ferrari utilizó una solución similar con sus motores de los noventa. El 550 Maranello, por ejemplo, con su V-12 ilustrado en la parte superior de esta pieza, usó un sistema con 12 válvulas de mariposa que efectivamente alargaron el tracto de admisión de cada cilindro. Hasta el día de hoy, Ferrari usa sistemas similares en sus V-12. Un punto culminante particular, la admisión de longitud continuamente variable de LaFerrari, que utiliza un sistema de engranajes de piñón para brindar una gama de longitudes de admisión. No es solo exótico, tampoco. El Duratec V-6 de 2.5 litros de Ford tenía un sistema con conjuntos de tuberías largas y cortas, mientras que Honda usó tomas de admisión de longitud variable durante varios años. El N62 V-8 de BMW, utilizado en sus autos más grandes a principios de la década de 2000, también tenía un sistema de admisión continuamente variable.

Quizás el sistema más espectacular se implementó en las carreras, con el R26 de cuatro rotores de Mazda. Los motores rotativos no producen mucho par motor a bajas revoluciones y generan la mayor parte de su potencia a altas revoluciones. Mazda ideó un sistema salvaje que podía cambiar la longitud de sus cuatro trompetas de admisión, convirtiéndolas en una especie de trombón de admisión. En el 787B, el motor generaba 690 hp a 9000 rpm y 448 lb-ft de torque a 6000 rpm, y su excelente economía de combustible ayudó a que Mazda obtuviera su primera y única victoria en Le Mans, en 1991.

También puede emparejar el escape con estos sistemas de admisión resonantes. Cuando el aire expulsado del motor llega al colector de escape, crea un área de baja presión. Dinan explica que esta presión negativa aumenta a medida que el aire viaja a través de los primarios de escape y regresa a través de la válvula de escape. Si tiene un poco de superposición de válvulas, cuando la válvula de escape se abre y la válvula de admisión se cierra, puede usar ese pulso de escape para ayudar a introducir más aire en el cilindro.

"Esa onda de presión negativa sube a través de la válvula de escape... hasta el final del corredor de admisión y crea un área de presión negativa que aumenta el flujo de aire por encima del 100 por ciento de eficiencia", dice Dinan.

Si bien el artículo antes mencionado de nuestro mayo de 1966, emite conceptos detallados para un múltiple de escape de longitud variable, no se produjo ninguno porque, bueno, el múltiple de escape está caliente y los sistemas mecánicos no prosperan en ese entorno. Sin embargo, con la sincronización variable de la leva, puede cronometrar la superposición de la válvula para que la onda de presión negativa llegue a la válvula de admisión justo cuando la necesita.

Dinan señala que en los motores de aspiración natural, este efecto de onda es útil, pero en la era de los turbocompresores, cuando aumentar la presión de sobrealimentación produce grandes ganancias en la eficiencia volumétrica, en su mayoría no tiene sentido. Aún así, hay algunos ejemplos de fabricantes de automóviles que ajustan sus consumos. El nuevo Corvette Z06, por ejemplo, tiene un plenum para cada banco de cilindros conectado a través de tres tubos, cada uno con su propia válvula de mariposa. Esas válvulas se abren y cierran en varias combinaciones dependiendo de la velocidad del motor, el modo de manejo y la posición del acelerador para darle al LT6 un fuerte par de rango bajo y medio y una carga dura a su línea roja de 8600 rpm.

Al igual que el Mercedes Gullwing anterior, el sistema es espectacular a la vista e increíble en acción.

Entusiasta de los automóviles desde la infancia, Chris Perkins es un nerd de la ingeniería de Road & Track y apologista de Porsche. Se unió al personal en 2016 y nadie ha encontrado la manera de despedirlo desde entonces. Estaciona un Porsche Boxster en la calle en Brooklyn, Nueva York, para horror de todos los que ven el auto, incluido el propio autor. También insiste en que no es una persona convertible, a pesar de tener tres.

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