Il sistema di aspirazione su un motore di un'auto a quattro tempi ha un obiettivo principale, per ottenere quanta più miscela aria-carburante nel cilindro. Un modo per aiutare l'aspirazione è regolare le lunghezze dei tubi.
Quando la valvola di aspirazione è aperta sul motore, l'aria viene aspirata nel motore, quindi l'aria nel canale di aspirazione si muove rapidamente verso il cilindro. Quando la valvola di aspirazione si chiude improvvisamente, quest'aria si ferma e si accumula su se stessa, formando un'area di alta pressione. Questa onda ad alta pressione si fa strada lungo il canale di aspirazione allontanandosi dal cilindro. Quando raggiunge l'estremità del canale di aspirazione, dove il canale si collega al collettore di aspirazione, l'onda di pressione rimbalza lungo il canale di aspirazione.
Se il canale di aspirazione è della giusta lunghezza, quell'onda di pressione tornerà alla valvola di aspirazione proprio mentre si apre per il ciclo successivo. Questa pressione extra aiuta a stipare più miscela aria-carburante nel cilindro, agendo efficacemente come un turbocompressore.
Il problema con questa tecnica è che fornisce un vantaggio solo in un intervallo di velocità abbastanza ristretto. L'onda di pressione viaggia alla velocità del suono (che dipende dalla densità dell'aria) lungo il canale di aspirazione. La velocità varierà leggermente a seconda della temperatura dell'aria e della velocità con cui si sta muovendo, ma una buona ipotesi per la velocità del suono sarebbe 1.300 piedi al secondo (fps). Proviamo a farci un'idea di quanto tempo dovrebbe essere il canale di aspirazione per sfruttare questo effetto.
Diciamo che il motore gira a 5.000 giri/min. La valvola di aspirazione si apre una volta ogni due giri (720 gradi), ma diciamo che rimangono aperte per 250 gradi. Ciò significa che ci sono 470 gradi tra quando la valvola di aspirazione si chiude e quando si riapre. A 5.000 giri il motore impiegherà 0,012 secondi per girare un giro e 470 gradi sono circa 1,31 giri, quindi ci vogliono 0,0156 secondi tra quando la valvola si chiude e quando si riapre. A 1.300 fps moltiplicati per 0,0156 secondi, l'onda di pressione viaggerebbe di circa 20 piedi. Ma, dal momento che deve risalire il canale di aspirazione e poi tornare indietro, il canale di aspirazione dovrebbe essere solo la metà di questa lunghezza o circa 10 piedi.
Due cose diventano evidenti dopo aver eseguito questo calcolo:
Non c'è molto da fare per il primo problema. Un'aspirazione sintonizzata ha il suo principale vantaggio in una gamma di velocità molto ristretta. Ma c'è un modo per accorciare i canali di aspirazione e ottenere comunque qualche beneficio dall'onda di pressione. Se riduciamo la lunghezza del canale di aspirazione di un fattore quattro, rendendolo di 2,5 piedi, l'onda di pressione viaggerà su e giù per il tubo quattro volte prima che la valvola di aspirazione si apra di nuovo. Ma arriva comunque alla valvola al momento giusto.
Ci sono molte complessità e trucchi per i sistemi di aspirazione. Ad esempio, è utile che l'aria aspirata si muova il più velocemente possibile nei cilindri. Ciò aumenta la turbolenza e mescola meglio il carburante con l'aria. Un modo per aumentare la velocità dell'aria è utilizzare un canale di aspirazione di diametro inferiore. Poiché all'incirca lo stesso volume d'aria entra nel cilindro ad ogni ciclo, se si pompa quell'aria attraverso un tubo di diametro inferiore dovrà andare più veloce.
Lo svantaggio dell'utilizzo di canali di aspirazione di diametro più piccolo è che a regimi motore elevati quando molta aria passa attraverso i tubi, la restrizione del diametro più piccolo può inibire il flusso d'aria. Quindi per i grandi flussi d'aria a velocità più elevate è meglio avere tubi di grande diametro. Alcune case automobilistiche tentano di ottenere il meglio da entrambi i mondi utilizzando guide di aspirazione doppie per ciascun cilindro, una con un diametro piccolo e una con un diametro grande. Usano una valvola a farfalla per chiudere la guida di grande diametro a regimi del motore più bassi dove la guida stretta può aiutare le prestazioni. Quindi la valvola si apre a regimi motore più elevati per ridurre la restrizione dell'aspirazione, aumentando la potenza erogata nella fascia alta.
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