Admisión de aire

Página dedicada al RX8 con las siguientes subpáginas:

  • Filtrado del aire
  • Caudalímetro y sensor de temperatura de aire
  • Mariposa electrónica
  • Colector de admisión
  • Sobrealimentación

 

Sistema de admisión de aire

Descripción general del sistema de admisión

Tomas de aire y VFAD

Filtro de aire

Caudalímetro

Mariposa de admisión

Colectores y puertos de admisión

 

Admisiones de aftermarket y productos relacionados

Tomas de aire

Filtros de aire

Filtros de polen

Sobrealimentación: kits de turbocompresores y compresores

Kits de óxido nitroso

 

Sistema de admisión de aire: descripción general

Por Sistema de Admisión o admisión se entiende el conjunto de dispositivos que permiten que ingrese el aire comburente a las cámaras de combustión del motor. Las funciones principales que debe cumplir la admisión son 4:

  1. Filtrar el aire atmosférico de forma que llegue limpio al motor
  2. Medir y regular la cantidad de aire que formará la mezcla explosiva
  3. Atenuar el ruido procedente del interior del motor
  4. Distribuir adecuadamente el aire entre los puertos de admisión del motor

 

En el caso del RX-8, el camino que sigue el sistema de admisión de fuera hacia adentro es el siguiente:

  1. Tomas de aire – sistema VFAD (Variable fresh air duct)
  2. Filtro de aire
  3. Caudalímetro/sensor de temperatura de aire
  4. Mariposa de admisión
  5. Colector de admisión
  6. Puertos de admisión (que pueden considerarse también parte del motor)

 

Tomas de aire y VFAD

El RX-8 tiene dos tomas de aire. Una está situada justo enfrente de la caja del filtro de aire y la otra en el lado izquierdo (lado del copiloto) del frontal a la altura del radiador de A/C.

 

 

El objetivo de las 2 tomas de aire con el sistema VFAD y  es el de permitir la entrada de aire y al mismo modo atenuar el ruido procedente del interior del motor el máximo posible (por donde entra aire sale también ruido).

El funcionamiento de este sistema es tal que a bajas rpm y baja carga, el aire entra desde la toma más alejada discurriendo a través de un tubo corrugado que actúa de absorbedor acústico.

Cuando la cantidad de aire necesaria es mayor (a altas cargas/altas rpm) se abre una válvula neumática permitiendo el paso del aire desde la toma frontal, que es más directa. El ruido de succión de aire también es mayor.

 

Filtro de aire

El polvo y las partículas en suspensión presentes en el aire comburente son agentes abrasivos especialmente para las carcasas del motor. Si entrara polvo, con el giro de los rotores, sus sellos lo restregarían contra el recubrimiento presente en las carcasas periféricas y laterales arañándolas y haciendo que perdieran su estanqueidad hasta terminar con la vida del motor. El polvo además se iría depositando en la mariposa de admisión, caudalímetro, colectores de admisión, etc.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Antes de que esto suceda hay que limpiar el aire con un filtro. El del RX8 tiene un tamaño muy importante haciendo que la superficie de filtrado sea también grande y por ello la restricción al paso del aire pequeña.

 

 

Caudalímetro/sensor de temperatura de aire

Una vez filtrado el aire se mide la cantidad que va a ingresar al motor de forma que la PCM sepa cuanta gasolina tiene que inyectar para que la relación aire/combustible sea la programada.

La medición la realiza un sensor llamado MAF (mass air flow) y su localización puede verse en la foto de la derecha.

En el interior del tubo se halla el sensor MAF que es en si un filamento elevada sensibilidad y de respuesta calibrada. Un sistema electrónico hace circular corriente por el filamento que se calienta. El aire al pasar por el filamento lo enfría, tanto más cuanto más aire circula.

 

El filamento varía su resistencia con la temperatura y con ella se varía la corriente que es medida por el sistema electrónico. De este modo, midiendo la corriente eléctrica y mediante transformaciones se sabe el caudal másico de aire que circula.

El importante saber que el MAF es extremadamente sensible. Para que las lecturas sean correctas su posición debe ser exacta (la prescrita por Mazda) dentro de un recipiente (el tubo de dimensiones dadas por Mazda) y el aire debe circular en régimen laminar (lo contrario al régimen turbulento).

Esto es de especial importancia cuando veamos los sistemas de admisión de aftermarket.

Por otro lado con el tiempo sobre el MAF se deposita ser una capa negruzca proveniente de los humos de otros coches y de la recirculación de gases de carter. Esta suciedad evita que el filamento se caliente/enfríe como está previsto y las lecturas de caudal de aire van perdiendo precisión. Esto trae como consecuencia una perdida progresiva de la precisión de la relación aire/combustible y consecuentemente el ralentí, la potencia, la respuesta general y los consumos van empeorando.

Periódicamente hay que limpiar el caudalímetro. El problema es que es una operaión muy delicada y entraña el riesgo de estropear el propio caudalímetro por lo que RotaryPit está estudiando cómo poder hacerlo.

En estudio. Próximamente en

Al lado del caudalímetro se halla el sensor de temperatura de aire (en la foto es la bola de color marrón resina). Esta información es necesaria para que la PCM realice las correcciones por temperatura del MAF y para cálculos de eficiencia volumétrica, entre otros.

 

 

Mariposa de admisión

Es una válvula que regula la cantidad de aire que ingresará al motor. Se llama “mariposa” porque su forma es circular con un eje en el centro que divide el círculo en 2 “alas”. Esto la hace parecer (con algo de imaginación) a una mariposa.

En la mayoría de los coches esta válvula está movida por un cable que a su vez es movido por el pedal del acelerador.

En el RX-8 la válvula la mueve un motor eléctrico comandado por la PCM que a su vez lee la posición del pedal del acelerador mediante 2 potenciómetros redundantes. Esto permite a la PCM obtener una respuesta más precisa del motor para responder a los deseos del conductor (el que está pisando el acelerador).

 

 

Colectores y puertos de admisión

Los colectores de admisión son los conductos que llevan el aire ya regulado en caudal desde la mariposa de admisión hasta los puertos de admisión de cada rotor. El siguiente esquema muestra el sistema completo de admisión (salvo el caudalímetro y el sensor de temperatura).

 

Después de la mariposa aparece un complejo juego de tubos que se dirigen hacia los puertos de admisión del motor.

Los tubos tienen un conjunto de válvulas cuya apertura y cierre varía la geometría resultante y con ella los caminos a seguir por el aire.

El objetivo único de todo este laberinto es maximizar la eficiencia volumétrica en todo el rango de rpm del motor. Estas válvulas se llaman SSV (secondary shutter valve), APV (auxiliary port valve) y VIV (variable intake valve) que forman parte del S-DAIS (sequential dinamic air intake system) y VDI (variable dynamic intake). La válvula VIV es más conocida como VDI ya que es la única participante específica del sistema VDI.

Para comprender cómo funcionan estas válvulas y el colector de admisión primero hay que saber que el renesis versión high power (231 cv) tiene 3 puertos de admisión por cada rotor, llamados primario, secundario y auxiliar.

La versión standard-power (192 cv) se diferencia del high power en que no tiene puertos auxiliares.

A bajas cargas y bajas rpm las válvulas SSV, APV y VIV/VDI están cerradas de forma que el aire entra solamente por los puertos primarios (diagrama de abajo a la izquierda) . Conforme aumentan la rpm y la carga del motor se abren las válvulas SSV permaneciendo cerradas las demás. Ahora el aire entra por los puertos primarios y secundarios consiguiendo el máximo llenado de la cámara de combustión en esas condiciones de carga y rpm.

 

 

A partir de otro valor de rpm/carga (ver tabla) se mantienen abiertas las SSV y se abren las APV entrando aire por los puertos primario, secundario y auxiliar. Finalmente en la parte alta de rpm y a plena carga se abren la válvula VIV-VDI (diagrama de arriba a la derecha). Esta válvula conecta las admisiones de los dos rotores dando lugar a una mejor carga de aire por efecto Helmhotz.

 

Admisiones de aftermarket

El sistema de admisión del RX-8 está bastante optimizado tal y como viene de serie. No hay grandes ganancias de potencia esperables de admisiones aftermarket.

De todos los elementos que componen en conjunto completo de la admisión (tomas  y filtro de aire, caudalímetro, sensor de temperatura, mariposa y colectores de admisión) hay 2 que se ofrecen comúnmente de aftermarket: los  filtros y las tomas de aire, con varias variantes constructivas.

Es menos frecuente y casi exclusivo para preparaciones de sobrealimentación, encontrar mariposas diferentes (p.e. de mayor diámetro), colectores de admisión adaptados (p.e. a un compresor), o sensores de temperatura y caudal.

 

Tomas de aire

Fundamentalmente pretenden lo siguiente: realizar una toma de aire en lugares más apropiados que los de serie, que el aire entre con una sobrepresión generada por movimiento del vehículo y en algunos casos eliminar el VFAD para ganar ruido de succión.

Por el propio diseño del coche el lugar más apropiado para colocar las tomas de aire es la parrilla de “entrada de aire falsa” del frontal. Se llama falsa porque viene taponada y es puramente estética. Mazda, pensando en los mercados a los que va dirigidos no ha colocado las tomas allí pues es donde en muchos países va la matrícula delantera.

Si no te importa reubicar la matrícula a un lateral, al estilo de los Alfa Romeo, quedaría libre la “parrilla falsa”. Esta parrilla tiene un plástico en el interior que se puede retirar y la convierte en funcional. Aprovechando esto algunos fabricantes de tomas de aire fresco aprovechan estos huecos para realizar las tomas en el lugar ideal.

Las fotos muestran varios frontales con las tomas de aire fresco de Racing Beat (para frontal original), RE-ameniya (para frontal propio y otros en los que pueda aprovecharse la forma de su toma) y el Odula.

 

 

 

 

 

 

 

 

A menudo los kits de tomas de aire fresco de aftermarket eliminan el VFAD con lo que se oye aún más la succión de aire. Esto da un efecto más racing al sonido propio del motor y para bastantes usuarios es el motivo principal para el cambio.

Las llamadas admisiones directas, son una variante de la anteriores en la además de tomar el aire del lugar más fresco y aprovechar la velocidad del vehículo para el efecto de sobrepresión, se coloca el elemento filtrante de forma que su restricción sea mínima. A menudo el filtro se coloca en la propia toma de aire (en el extremo).

 

 

En las siguientes fotografías pueden verse ejemplos de una admisión cuya construcción da un aspecto completamente de serie (Racing Beat REVi) y otra que deja espacio libre en el compartimento del motor (AEM)

 

 

 

 

 

 

 

Hay muchos fabricantes de admisiones de aftermarket. A la hora de comprar una admisión directa hay que conocer si su forma va a  aprovechar las ventajas que hemos mencionado. El propósito de este tipo de tomas es reducir al mínimo la restricción y con ella el trabajo que tendrá que hacer el motor para succionar el aire. A menor potencia gastada para aspirar el aire, mayor potencia disponible para mover el coche.

Con cualquiera de estas admisiones anteriores apenas se gana potencia en bajas vueltas/velocidades del coche (0-1 cv), medias (1-2 cv) y altas (2-4 cv). Las cifras dadas aquí son orientativas pero varían poco de unos fabricantes a otros.

Como en todo, el usuario debe valorar si le compensa el desembolso para la cantidad de potencia ganada o el cambio de sonido de admisión.

¡¡¡ATENCION !!! Es muy importante no alterar el funcionamiento del MAF (caudalímetro de aire) ya que se puede modificar de forma descontrolada la relación aire/combustible o lambda. El flujo de aire debe ser laminar, y trasladarse en la forma prevista por el fabricante para que el MAF mida  correctamente el caudal.

De no respetarse escrupulosamente esto se pueden tener efectos desde ralentí irregular, circulación con tirones o poco fina a bajas velocidades, pasando por reducción de potencia, aumento de consumos y llegando en el caso extremo hasta producirse detonaciones en el motor. Accidentalmente también se puede obtener una ganancia de potencia si la medición dada “sintoniza” la relación aire/combustible a un valor más pobre pero sin llegar a la detonación.

Disponible personalizadamente en

 

Filtros de aire

El filtro de aire de serie es simplemente estupendo, tiene buena superficie de filtrado y baja restricción (por esta misma causa y por el material utilizado). Salvo que se circule continuamente por lugares muy polvorientos su duración es muy buena.

Una alternativa interesante desde el punto de vista puramente económico es el K&N. Encaja exactamente en el lugar del filtro original, pero es un filtro lavable y su duración es casi indefinida. El material filtrante es resistente al lavado y tiene una película de aceite que ayuda a retener el polvo. Al lavar el filtro hay que reaplicar una capa de aceite para que la efectividad sea la inicial.

Para ello hay un kit de limpieza y relubricación preparado por K&N.

A pesar de lo que se anuncia en algunas webs y claman algunos usuarios este filtro no da ganancias perceptibles de potencia y si una muy tenue ganancia de ruido de succión (casi imperceptible).

Se trata de una “modificación” casi exclusivamente económica. Puro mantenimiento de tu RX-8.

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Filtros de polen

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Sobrealimentación: kits de turbocompresores y compresores

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Kits de Óxido Nitroso

El motor de un coche produce durante el proceso de combustión varios compuestos contaminantes/tóxicos que las normativas de emisiones limitan cada vez más. Unos de esos compuestos son los óxidos de nitrógeno, también denominados NOx.

Existen 5 tipos de óxidos de nitrógeno según se combinen entre sí los 2 elementos que lo componen: el oxígeno y el nitrógeno. La “x” del NOx hace referencia a las diferentes cantidades con las que se pueden combinar el nitrógeno y el oxígeno.

Llegado a este punto muchos conocedores del mundo del motor se estarán preguntando ¿y qué tiene que ver esto con mi botella de óxido nitroso que me permite sacarle mucha más potencia a mi motor? Vamos a dar un ligero repaso a la química del proceso de combustión de los motores. Lo que veremos es válido tanto para motores rotativos como alternativos.

En la atmósfera que respiramos  -y que respiran los motores-  hay aproximadamente un 78% de nitrógeno (N2), un 21% de oxígeno (O2) y un 1% de varios otros componentes que no vienen al caso. En definitiva casi todo es nitrógeno, un gas inerte y que no interviene en la combustión. Lo único que sirve para quemar gasolina es el oxígeno.

La primera limitación de un motor en cuanto a potencia depende de la cantidad de oxígeno y de combustible que logre meter en las cámaras de combustión. Cuanto más mezcla oxígeno/combustible más energía se liberará por explosión y más potencia se obtendrá. Así de simple.

Hay muchas maneras de incrementar la cantidad de mezcla explosiva: una de ellas es subir de vueltas un motor ya que a más vueltas más veces entra la mezcla en las cámaras del rotativo (o en los cilindros del alternativo).

Otra forma es meterle el aire a presión y mezclarlo con gasolina. Esto se puede hacer con un compresor o con un turbocompresor, que no deja de ser un compresor accionado por una turbina que aprovecha parte de la energía de los escapes. Hasta aquí todo bastante conocido.

La idea del óxido nitroso (químicamente N2O y también llamado monóxido de dinitrógeno  o anhídrido hiponitroso), es simple e ingeniosa. Lo que se hace al utilizar la botella mágica es reducir o cortar el suministro de aire al motor, y substituirlo total o parcialmente por N2O. En el óxido nitroso hay 2 moléculas de nitrógeno cada una de oxígeno. En el aire hay casi 4 de nitrógeno por cada 1 de oxigeno. Conclusión, en el mismo volumen de motor se puede meter aproximadamente un 50% más de oxígeno que si proviniera del aire.

Con más oxigeno presente se puede inyectar mas gasolina y mientras dura el N2O en la botella… se puede sacar mucha más (hasta un límite de un 50% potencia al mismo motor en aspiración natural).

Para ello hay que tener en cuenta otros aspectos. Una vez que tenemos la posibilidad de tener más mezcla explosiva dentro del mismo tamaño de motor hay que asegurarse que esta mezcla no es inestable y que no se va a autoencender fuera del momento deseado (al producirse la chispa de la bujía).

Para conseguir esto hay que alterar los mapas de relación aire/combustible y avance de encendido que tiene la PCM. Tiene que haber un mapa para uso normal con aire y otro específico para cuando se usa N2O. De forma genérica, este segundo será mucho más rico que el primero para reducir el índice de explosividad de la mezcla. Y también muy importante es que hay sincronizar bien el mapa a utilizar en función del tipo de comburente utilizado.

La aplicación del óxido nitroso es muy específica para carreras de sprint donde lo que se busca es la máxima potencia durante un breve periodo de tiempo (segundos). No es útil en conducción deportiva o racing, donde hay que dosificar el acelerador (p.e. mientras se negocia una curva) y el periodo de utilización es bastante superior a unos pocos segundos.