Te comento lo que yo he ido leyendo y mis propias conclusiones que he ido sacando con el tiempo.
Lo de que unos colectores 4-1 funcionan mejor en altas vueltas es falso. Los colectores 4-1 son los que mejor funcionan en un rango pequeño de revoluciones para las que están diseñados. Por norma general, cuando más cortos los primarios de un 4-1, más mueves hacia arriba la curva de par. Lo cual no quiere decir que no puedas diseñar unos colectores 4-1 con los primarios largos y hacer que vayan muy bien en bajos o medios. Lo que pasa es que como la mayoría de 4-1 están diseñados para mejorar el par a altas vueltas, la gente lo confunde y asocia los 4-1 a mejor potencia en altas.
El problema de los 4-1 es que van muy bien en ese intervalo de 1000RPM para el que están pensados, pero pierden mucha eficiencia fuera de ese rango. Por eso nacieron los 4-2-1.
Los 4-2-1, como los 4-1, se diseñan para operar en un intervalo de RPMs específico. La diferencia es que son más eficientes fuera de ese rango. Por supuesto esto tiene una contrapartida, y es que en ese rango para el que están diseñados, no son tan óptimos como los 4-1, al menos en teoría.
Voy a intentar explicar un poco el porqué, aunque tengo que decir que el tema es bastante complejo.
Primero el diámetro de los tubos. El diámetro se calcula para intentar mantener una velocidad de los gases óptima. Demasiado diámetro y los gases no viajan a suficiente velocidad. Muy poco diámetro y el tubo se convierte en una restricción. Esto es relativamente sencillo.
Lo segundo, y lo que más interesa a la hora de diferencias entre un 4-1 y un 4-2-1, es la logintud de los primarios y, en caso de un 4-2-1, primarios y secundarios. Cuando se abren las válvulas de escape, se genera una onda de presión, que viaja básicamente a la velocidad del sonido, y que se expande por todos los caminos disponibles. Así mismo, cuando la válvula se cierra, el gas que está viajando por el tubo genera detrás de sí un vacío que también se quiere expandir por todos los caminos disponibles. Cuando hablo de “todos los caminos disponibles”, me refiero a que no sólo se dirije hacia la salida del tubo de escape, si no que también intenta recorrer el resto de tubos hacia las válvulas de escape que todavía están cerradas, o empezando a abrirse.
Cuando diseñas un colector, el objetivo es que, en el régimen de vueltas donde quieres la potencia máxima, las ondas de presión positiva generadas al abrir la válvula de un cilindro no “suban” por los otros tubos del colector y lleguen a la válvula de otro cilindro justo cuando ésta empieza a abrirse (lo cual frenaría la salida de esos gases). Por otro lado, lo que sí quieres es que el vacío que generan los gases de un cilindro al cerrarse su válvula, “suba” por un tubo de otro cilindro y coincida con el momento en el que se abre la siguiente válvula, para ayudar a que el gas salga mejor. Ese es el concepto general a la hora de diseñar unos colectores. Seguro que con este MegaPaint se entiende mejor
El problema de los 4-1, como comenté, es que fuera del rango óptimo, son muy ineficientes, porque los eventos de abrir/cerrar válvulas coinciden mal, y los pulsos llegan a donde no tienen que llegar con toda su energía. Los 4-2-1 intentan subsanar este problema:
En función de cómo se unan los cilindros en un 4-2-1, puedes ajustar los eventos para optimizar lo máximo posible el régimen de vueltas en el que quieres la máxima potencia, y perjudicar lo menos posible todo lo que esté por debajo de esas RPM. Por ejemplo, puedes unir primero los cilindros 1-3 y 2-4, o puedes unir primero el 1-2 y el 3-4. Esto cambia las características de los colectores. Hasta donde yo he leído, la longitud total de unos 4-2-1 (hasta donde se juntan todos los tubos en uno) suele ser similar a la de un 4-1 si quieres optimizar para el mismo rango de RPM. Después hay muchos otros factores, uno de los más importantes es el espacio disponible.
En resumen, y esta es mi opinión personal: Para motores de competición que se van a pasar la vida en un régimen de vueltas óptimo, colectores 4-1. Para otros casos, unos 4-2-1 bien diseñados. Yo en mi Sunny llevo unos 4-2-1 específicos para SR20VE, bastante bien diseñados, y estoy dando la potencia máxima a 8500RPM. Así que unos 4-2-1 pueden funcionar en altas muy bien también.
Hay muchas variables a la hora de diseñar unos colectores que no he tocado, desde el diámetro de las válvulas, duración de la fase de escape, cilindrada… Es bastante complejo. Además, hay muchos otros temas en el diseño de los que tampoco he hablado, como los primarios escalonados, donde el tubo va aumentando de diámetro en diferentes zonas, conos invertidos después de la unión de todos los tubos… En fin, mil historias. Todo esto va ayudando a hacer un colector cada vez mejor.
De los que has pasado, el primero, de Drag, por su diseño, dudo que entre en el coche así sin más. Tiene pinta de ser específico para Drag, por lo tanto, 4-1 optimizado para muy altas vueltas. El cuarto tiene pinta de ser un 4-1 para circuito, donde los tubos salen hacia arriba para que entre en un vano normal. El primer 4-2-1 parece un diseño bastante común optimizado más para calle. El segundo 4-2-1 se parece al que tengo yo en el Sunny, une los cilindros 1-2 y 3-4 (en vez de 1-3 y 2-4), y a mi es el que mejor pinta me tiene pero habría que ver la altura libre al suelo o si vale para todos los cárters, por lo aparatoso que es por debajo del bloque. Pero hablo desde el desconocimiento en colectores de Honda.
Un factor muy importante es que todos los tubos tengan la misma longitud, para que los eventos no sucedan de forma medio aleatoria en función del cilindro que toca. Es bastante común en colectores chinorris que los tubos tengan longitudes diferentes. A veces es inevitable por problemas de espacio, pero es asonsejable evitarlo. De todas formas los que pasas no parece que tengan ese problema.
P.D.: Ni soy ingeniero mecánico ni he estudiado nada relacionado, así que si me equivoco en algo, por favor que alguien me corrija y así apredemos todos
Un saludo