¿Cómo funciona un resonador de admisión de rama lateral (¿Helmholtz?)?

Esta es una generalización de esta pregunta , espero obtener información más detallada basada en la física con algunas matemáticas. El tubo de admisión de mi automóvil tiene lo que creo que es (he estado tratando de investigarlo) un tipo de resonador de Helmholtz llamado resonador de "rama lateral" (¡corríjame si me equivoco!).

Mi pregunta aquí es sobre la siguiente configuración (etiqueté dimensiones aleatorias, no sé qué importa):

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Esta es una generalización de la admisión en mi automóvil:

  • El aire fluye a través de un cilindro de longitud L t y diámetro D t (etiquetemos su volumen V t ).
  • Hay un "resonador de rama lateral" P r desde la entrada del tubo, con volumen V r .
  • Hay una bomba que "succiona" aire a través de pulsos regulares, en el rango de 25 a 250 Hz (-ish, estas son las válvulas de admisión del motor del automóvil que se abren y cierran a medida que los cilindros bajan y disminuyen la presión, permitiendo que el aire entre ). No etiquetado: La "bomba" toma un volumen fijo y constante de aire en cada ciclo, llamémoslo V d . Si es significativo: esta bomba nunca proporciona un camino directo desde el lado de admisión al lado de escape.

Tengo entendido (puede que no sea correcto) que el resonador tiene dos propósitos:

  1. Para aumentar el flujo de aire al amortiguar los reflejos armónicos debido a que el flujo de aire se corta repentinamente (en el borde descendente de cada ciclo de bombeo), lo que hace que la masa de aire rebote y cree una contrapresión que interfiere con el siguiente ciclo de bombeo.
  2. Para amortiguar el sonido producido por la admisión (es decir, para amortiguar los cambios de presión que encuentran su salida del tubo; aunque no estoy seguro de qué camino suelen tomar, podría ser el lado de admisión, el lado de escape o a través de las paredes del tubo, no lo sé) saber cómo funciona).

Intenté leer sobre los resonadores de Helmholtz pero me confundí porque los artículos sobre ellos realmente se enfocan en que el cuello del resonador es más pequeño que su contenedor . No pude averiguar cómo extenderlo a estos tubos laterales de diámetro constante, y tengo problemas para visualizar cómo se mueve el aire en este sistema.

Entonces mis preguntas son:

  • ¿Cómo amortigua exactamente el resonador los reflejos y permite un mayor flujo de aire?
  • ¿Cómo amortigua el sonido audible fuera de este sistema?
  • ¿Cómo se comporta de manera diferente el sistema si el resonador no está presente?
  • ¿Cómo calculan los ingenieros P r y V r dados otros parámetros del sistema?
  • Pregunta adicional: ¿Hay algunos valores para los diversos parámetros aquí que harían que el resonador sea solo una adición superflua que no tiene ningún efecto? (La razón del mundo real para la pregunta adicional es que es un tema de incertidumbre en los foros de automóviles si quitar el resonador ayuda o perjudica el rendimiento del vehículo, y sospecho que la respuesta real depende de los parámetros específicos del diseño de admisión de un vehículo en particular).
¡Solo una nota de que el motor no toma aire a nada como 15kHz! Un cilindro de cuatro tiempos aspira aire una vez cada dos rotaciones del cigüeñal, por lo que un motor de 6 cilindros aspira aire a tres veces la velocidad de rotación del cigüeñal. A 10.000 rpm eso es alrededor de 500 Hz. Sospecho que confundiste rpm y rps, es fácil de hacer.
No pretendo entender el diseño del sistema de admisión o escape del motor, es un asunto sutil en el que ingenieros realmente inteligentes han trabajado durante un siglo, pero creo que tiene razón en que esto es amortiguación. Los colectores de admisión (y de escape) son sistemas resonantes en los que la resonancia ayuda a extraer aire a través del motor. Pero no desea que la Q sea demasiado grande, ya que entonces el motor solo funcionará bien en un rango muy estrecho de revoluciones, y también será muy fuerte a esa velocidad, ya que es un tubo de órgano. Eso está bien para un auto de carreras en el que puedes cambiar de marcha sin cesar y el ruido no es una preocupación.
Hace que uno se pregunte si un resonador activo que cambia su longitud/volumen con las rpm del motor sería algo bueno.
@CuriousOne Echa un vistazo a esta brillante obra de ingeniería .
Wow... No se me habría ocurrido... pero es casi obvio después de verlo. :-)
¡Me sorprende que nadie aquí haya respondido esto!

Respuestas (1)

  1. Reduce la frecuencia de resonancia a través del tubo de inducción, lo que reduce el rugido natural de los automóviles de carretera.

  2. Proporciona una pequeña reserva de aire que se utilizará en la respuesta inmediata del acelerador hasta que aumente la presión por encima de la atmosférica en el tubo de inducción, lo que reduce el retraso inicial en el tiempo de respuesta.

  3. Ayuda en el frenado del motor cuando el cuerpo del acelerador se cierra; sin él, la presión acumulada obligaría ligeramente a la mariposa a permanecer abierta por más tiempo. El resonador permite que el flujo laminar se invierta y se reduzca casi de inmediato al permitir que el flujo escape a una cámara de presión negativa y luego se almacene cuando se requiere aceleración máxima inmediatamente después de la entrada de aceleración cero.

  4. La reducción del sonido se logra a menudo mediante la introducción de filtración de carbón y pequeños orificios de entrada dentro del propio resonador.

  5. Por la capacidad natural de responder inicialmente a la necesidad de aumentar y reducir la presión atmosférica. Permite que la cámara impelente responda al ciclo de apertura y cierre rápidamente en un ciclo de cuatro tiempos reduciendo de manera más eficiente la contrapresión en la cámara de combustión.

Aquí en Alfa Romeo, invertimos una gran cantidad de recursos en la forma más efectiva de brindar la mejor experiencia de manejo a nuestros clientes. Es un acto de equilibrio, ya que cada cliente conduce de manera diferente, por lo que también invertimos en la investigación de colectores de admisión de alargamiento variable y VVT basados ​​en los mismos principios y criterios.

Espero que esto responda completamente a su pregunta.

Esto tiene mucho sentido. Gracias. ¡Estoy muy feliz de ver finalmente una respuesta a esta pregunta!
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