Confronto tra un collettore di aspirazione di serie per un motore Volkswagen 1.8 T (in alto) e uno su misura utilizzato in competizione (in basso)., Nel collettore su misura, i corridori alle porte di aspirazione sulla testa del cilindro sono molto più ampi e più delicatamente affusolati. Questa differenza migliora l’efficienza volumetrica della presa carburante/aria del motore.
Il design e l’orientamento del collettore di aspirazione sono un fattore importante nell’efficienza volumetrica di un motore. Bruschi cambiamenti di contorno provocano cadute di pressione, con conseguente minor ingresso di aria (e/o carburante) nella camera di combustione; i collettori ad alte prestazioni hanno contorni lisci e transizioni graduali tra segmenti adiacenti.,
I collettori di aspirazione moderni di solito impiegano corridori, tubi individuali che si estendono a ciascuna porta di aspirazione sulla testata che emana da un volume centrale o “plenum” sotto il carburatore. Lo scopo del corridore è quello di sfruttare la proprietà di risonanza di Helmholtz dell’aria. L’aria scorre a notevole velocità attraverso la valvola aperta. Quando la valvola si chiude, l’aria che non è ancora entrata nella valvola ha ancora molto slancio e si comprime contro la valvola, creando una tasca di alta pressione. Questa aria ad alta pressione inizia a equalizzare con l’aria a bassa pressione nel collettore., A causa dell’inerzia dell’aria, l’equalizzazione tenderà ad oscillare: all’inizio l’aria nel corridore sarà ad una pressione inferiore rispetto al collettore. L’aria nel collettore cerca quindi di equalizzare nuovamente nel corridore e l’oscillazione si ripete. Questo processo avviene alla velocità del suono, e nella maggior parte dei collettori viaggia su e giù per il corridore molte volte prima che la valvola si riapra.
Minore è l’area della sezione trasversale del corridore, maggiore è la variazione di pressione sulla risonanza per un dato flusso d’aria. Questo aspetto della risonanza di Helmholtz riproduce un risultato dell’effetto Venturi., Quando il pistone accelera verso il basso, la pressione all’uscita del canale di aspirazione viene ridotta. Questo impulso a bassa pressione viene eseguito fino all’estremità di ingresso, dove viene convertito in un impulso di sovrapressione. Questo impulso viaggia indietro attraverso il corridore e rams aria attraverso la valvola. La valvola quindi si chiude.
Per sfruttare tutta la potenza dell’effetto di risonanza di Helmholtz, l’apertura della valvola di aspirazione deve essere temporizzata correttamente, altrimenti l’impulso potrebbe avere un effetto negativo., Ciò pone un problema molto difficile per i motori, poiché la fasatura delle valvole è dinamica e basata sul regime del motore, mentre la fasatura degli impulsi è statica e dipende dalla lunghezza del canale di aspirazione e dalla velocità del suono. La soluzione tradizionale è stata quella di regolare la lunghezza del canale di aspirazione per un regime specifico del motore in cui si desiderano le massime prestazioni. Tuttavia, la tecnologia moderna ha dato origine a una serie di soluzioni che coinvolgono la fasatura delle valvole a controllo elettronico (ad esempio Valvetronic) e la geometria dinamica dell’aspirazione (vedi sotto).,
Come risultato della “risonanza tuning”, alcuni sistemi di aspirazione aspirati funzionano con un’efficienza volumetrica superiore al 100%: la pressione dell’aria nella camera di combustione prima della corsa di compressione è maggiore della pressione atmosferica. In combinazione con questa caratteristica di design del collettore di aspirazione, il design del collettore di scarico e il tempo di apertura della valvola di scarico possono essere calibrati in modo da ottenere una maggiore evacuazione del cilindro. I collettori di scarico raggiungono un vuoto nel cilindro appena prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore., La valvola di ingresso di apertura può quindi—a rapporti di compressione tipici-riempire il 10% del cilindro prima di iniziare la corsa verso il basso. Invece di ottenere una pressione più elevata nel cilindro, la valvola di ingresso può rimanere aperta dopo che il pistone raggiunge il punto morto inferiore mentre l’aria scorre ancora.
In alcuni motori le guide di aspirazione sono diritte per una resistenza minima. Nella maggior parte dei motori, tuttavia, i corridori hanno curve, alcune molto contorte per ottenere la lunghezza desiderata del corridore. Questi giri consentono un collettore più compatto, con un imballaggio più denso dell’intero motore, di conseguenza., Inoltre, questi corridori “snaked” sono necessari per alcuni disegni di lunghezza variabile/ split runner e consentono di ridurre le dimensioni del plenum. In un motore con almeno sei cilindri il flusso medio di aspirazione è quasi costante e il volume del plenum può essere inferiore. Per evitare onde stazionarie all’interno del plenum è reso il più compatto possibile. Le guide di aspirazione utilizzano ciascuna una parte minore della superficie del plenum rispetto all’ingresso, che fornisce aria al plenum, per motivi aerodinamici. Ogni corridore è disposto per avere quasi la stessa distanza all’entrata principale., I corridori i cui cilindri sparano vicini l’uno dopo l’altro, non sono collocati come vicini.
Nei collettori di aspirazione a 180 gradi, originariamente progettati per i motori V8 a carburatore, i due piani, il collettore di aspirazione split plenum separa gli impulsi di aspirazione che il collettore sperimenta di 180 gradi nell’ordine di cottura. Ciò riduce al minimo l’interferenza delle onde di pressione di un cilindro con quelle di un altro, dando una coppia migliore dal flusso medio liscio., Tali collettori potrebbero essere stati originariamente progettati per carburatori a due o quattro cilindri, ma ora sono utilizzati sia con il corpo farfallato che con l’iniezione di carburante multipunto. Un esempio di quest’ultimo è il motore Honda J che si converte in un singolo collettore aereo intorno a 3500 giri / min per una maggiore portata di picco e potenza.
I collettori montanti di calore più vecchi con “guide bagnate” per motori a carburatore utilizzavano la deviazione dei gas di scarico attraverso il collettore di aspirazione per fornire calore vaporizzante., La quantità di deviazione del flusso del gas di scarico è stata controllata da una valvola di riser di calore nel collettore di scarico e ha impiegato una molla bi-metallica che ha cambiato la tensione in base al calore nel collettore. I motori a iniezione di carburante di oggi non richiedono tali dispositivi.