Los sistemas de admisión pueden hacer más que solo entregar aire; pueden cronometrar las ondas de presión para aumentar el par motor y utilizar volúmenes de ramales laterales para cancelar el boom. La longitud de los conductos aprovecha las reflexiones de cuarto de onda, de modo que una onda de presión positiva llegue justo antes del cierre de la válvula de admisión, mejorando el llenado del cilindro. Los resonadores se enfocan en bandas de frecuencia estrechas relacionadas con los órdenes del motor, atenuando el ruido de la cabina sin añadir contrapresión. Con unas cuantas ecuaciones y reglas prácticas, puedes elegir longitudes y volúmenes que coloquen el aumento de par donde lo deseas y reducir los puntos críticos de NVH, todo mientras mantienes las pérdidas de flujo al mínimo y un diseño realista.
El problema básico es que los motores de aspiración natural y los ligeramente sobrealimentados pierden eficiencia de llenado a medida que aumenta la velocidad, y las pulsaciones de admisión pueden generar un retumbo audible a crucero constante. La idea central utiliza la acústica de dos maneras: primero, una longitud de conducto ajustada devuelve una onda de compresión a la válvula justo antes de que se cierre para empujar un poco más de aire; segundo, un resonador de rama lateral se ajusta a la frecuencia dominante del retumbo para atenuar las fluctuaciones de presión en el conducto de admisión. La afinación del conducto depende del tiempo de viaje de la onda. Cuando se abre la válvula, una onda de rarefacción viaja por el conducto y se refleja en el colector como una onda de compresión.
Si esa onda positiva llega cerca del IVC (típicamente 40–80° ABDC), incrementa la presión instantánea en la válvula y aumenta la eficiencia volumétrica. Una regla práctica es: L_eff ≈ a × θ_target / (12 × RPM × m) donde a es la velocidad del sonido en el gas del conducto (m/s), θ_target es el ángulo del cigüeñal desde IVO hasta la llegada deseada (grados, generalmente 90–120), RPM es la velocidad del motor en el pico de torque deseado, y m es el armónico impar (1, 3, 5...). Usa a ≈ sqrt(γRT); a 60–80°C del aire de admisión, a ≈ 360–380 m/s. L_eff incluye correcciones de puerto, conducto y extremo.
Mecanismo y ejemplo: las reflexiones de extremo abierto en el colector invierten la fase, convirtiendo la rarefacción inicial en una compresión de retorno. El tiempo de viaje es t = 2L_eff/a; alineas t con la ventana de ángulo de cigüeñal deseada dentro del ciclo de 4 tiempos (2 revoluciones = 720° = 120/RPM s). Ejemplo: motor I4 de 2.0 L, pico de torque objetivo a 4000 rpm, θ_target = 100°, a = 365 m/s, m = 3 (tercer armónico por cuestiones de espacio). L_eff ≈ 365×100/(12×4000×3) ≈ 0.28 m.
Al añadir la longitud del puerto y la corrección del extremo de campana (≈0.6–0.8×radio del conducto) se obtiene a menudo un conducto físico de 300–380 mm. Se espera un aumento de aproximadamente 3–8% en BMEP centrado cerca de la velocidad afinada, con el tamaño del embudo y el colector moldeando el ancho de banda. Limitaciones y compensaciones: los conductos más cortos empujan el aumento de torque a RPM más altas; los conductos más largos favorecen el rango medio. La amplitud depende de la fuerza de la onda (la relación área del conducto/colector y el tiempo de evento de la válvula) y se disipa con el estrangulamiento y el calentamiento de la carga.
El volumen del colector V_pl respecto al desplazamiento total suele ser de 1.5–2.5× para amortiguar el acoplamiento entre cilindros y ampliar la respuesta. El CSA del conducto debería mantener el Mach pico ≲0.6; una alta velocidad incrementa la intensidad de la onda pero arriesga pérdidas de presión. En motores turbo, el volumen posterior al compresor y los intercambiadores de calor amortiguan los pulsos, así que la afinación del conducto aún ayuda a bajas y medias RPM, pero con ganancias menores. Los sistemas de longitud variable alternan entre, digamos, ≈350 mm y ≈200 mm para ampliar el plateau.
La reducción de retumbos utiliza resonadores. Dos tipos comunes: - Helmholtz (cavidad de rama lateral): f_H = (a/(2π)) × sqrt(A/(V × L_eff)), donde A es el área del cuello, V es el volumen de la cavidad, L_eff es la longitud efectiva del cuello (añadir correcciones de extremo ≈1.7r en cada extremo sin brida). Son compactos y de banda estrecha. Ejemplo: objetivo de 120 Hz de retumbo en un motor de 4 cilindros (el retumbo a menudo se alinea con la tasa de eventos de admisión general (N_cyl/2)×RPM/60: a 2000 rpm, 2×33.3 ≈ 67 Hz; órdenes superiores y modos de conducto pueden aterrizar cerca de 120–150 Hz).
Elige un cuello d = 25 mm (A ≈ 4.9×10^-4 m^2) y L_eff = 0.08 m; resuelve V = A/[((2πf_H)/a)^2 × L_eff] ≈ 1.4×10^-3 m^3 ≈ 1.4 L. - Rama de cuarto de onda: f_QW ≈ a/(4L_qw) para el 1er modo; muy efectiva pero más larga. Para 120 Hz a = 360 m/s, L_qw ≈ 0.75 m; enrollar o usar modos impares superiores (L ≈ L_qw/3, /5) puede ayudar con el espacio a costa del ancho de banda. Notas prácticas sobre NVH: coloca los resonadores cerca de la fuente (colector o conducto aguas arriba) y en regiones de baja velocidad para minimizar la pérdida de flujo.
Apunta a los órdenes dominantes del motor: para un motor de 4 cilindros y 4 tiempos, los eventos de admisión suman al 2° orden; inline-6 al 3° orden; V8 al 4° orden. Los cambios de temperatura afectan f en ~0.5% por cada 3°C porque a ∝ sqrt(T); añade un margen del 5–10% o usa múltiples resonadores más pequeños escalonados en frecuencia. Los cuellos perforados añaden resistencia, ampliando el notch pero reduciendo la profundidad. Asegúrate de que haya desagües y ten en cuenta la colocación del sensor MAF para evitar sesgos en la medición.
Implicaciones: Una longitud de conducto adecuada produce un aumento notable del torque en el rango medio sin cambios en la mezcla, mejorando el BSFC entre un 1–3% en cruceros/cargas comunes al permitir un menor estrangulamiento y relaciones de marcha más largas. Los resonadores reducen entre 5–15 dB el retumbo objetivo con una restricción insignificante cuando A_neck es pequeña en relación con el área del conducto. La fiabilidad es alta—sin piezas móviles—pero el espacio y el calor incrementan el costo y la variabilidad. Las emisiones son neutras; una presión de admisión más suave puede estabilizar el ralentí y la mezcla transitoria.
La conducibilidad en el mundo real mejora a medida que la curva de torque se llena y el retumbo en la cabina a 1500–2500 rpm se suprime sin recurrir a un control activo de ruido agresivo.
