Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 C.C. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració

4:46 4:46 TREBALL FINAL DE GRAU TÍTOL: ESTUDI DE LA POSSIBLE MILLORA DE LA POTÈNCIA D'UN MOTOR DE MOTOCICLETA DE 250 C.C. I DE 4 TEMPS EN FUNCIÓ DELS SISTEMES D'ADMISSIÓ, D'ESCAPAMENT I DE REFRIGERACIÓ. AUTOR: MIQUEL HURTADO TRILLA TITULACIÓ: GRAU EN ENGINYERIA MECÀNICA ESCOLA: EPSEVG DIRECTOR: Dr. Jaume MIQUEL MASALLES DEPARTAMENT: MECÀNICA DE FLUIDS (729) DATA: 2 de JULIOL de 2014 4:46 4:46 Aquest Treball Final de Grau té en compte aspectes mediambientals:  Sí  No TREBALL FINAL DE GRAU RESUM (màxim 50 línies) A partir d’un bastidor dissenyat (i fabricat) per l'equip de l’Escola Politècnica Superior d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú (EPSEVG Racing Team), es proposa la posta en marxa del motor proporcionat per MotoStudent 1 , el corresponent muntatge en el bastidor i el posterior estudi de la possible millora de la potència del motor. Les bases d'aquesta competició impedeixen fer modificacions internes en el propi motor ja que porta diversos precintes, per tant les modificacions per a intentar millorar la potència s’efectuaran mitjançant: - El sistema d’admissió (es provaran diversos sistemes d’admissió). - El sistema d’escapament (es provaran diverses llargades de col·lectors i si cal la instal·lació de silenciós). - El sistema de refrigeració (es provarà el radiador amb i sense termòstat). Per fer l’estudi, partirem de la situació inicial en el que el sistema d’admissió serà amb un filtre d’aire cònic, el tub d’escapament complet i un radiador amb termòstat. L’objectiu d’aquest projecte serà establir els sistemes d’admissió, d’escapament i de refrigeració que donin un òptim funcionament del motor. A més a més, també caldrà fer càlculs per a triar el sistema de transmissió més adequat i buscar tots els components que facin falta per a la corresponent posta en marxa i que s’adaptin al prototip. Un banc de potència dinamomètric inercial serà l’instrument que permetrà quantificar els canvis en el rendiment del motor i permetrà quantificar aquests objectius. Els resultats obtinguts han estat molt favorables, no es pot tenir una referència exacta ja que la potència que ens dóna el fabricant està mesurada directament en l’eix del cigonyal del motor i el nostre banc de potència ens el dóna a la roda. Tot i així, la potència màxima donada pel fabricant és de 37,85 CV i l’obtinguda en el banc de potència de 35,00 CV. Aquesta diferència del 7,5 % s’atribueix a causa de les pèrdues en l’embragatge i la transmissió. En quant a la fiabilitat del motor, no ha donat cap problema, passant les proves en el banc sense detectar-se anomalies. D’altra banda, en quan a aspectes mediambientals, l’organització només limita el soroll emès pel tub d’escapament. S’ha obtingut un valor de 110 dB a 5.500 rpm sent el màxim establert per l’organització de 115 dB a 5.500rpm. El pressupost per a dur a terme aquest estudi de la possible millora de la potència del motor en funció del sistemes d’admissió, d’escapament i de refrigeració se xifra en 9749,5 € (IVA inclòs), el qual inclou la part d’adquisició de components i la construcció del prototipus de motocicleta i la part pràctica d’experimentació en banc de proves. 1 És una competició de motociclisme en l’ambit universitari on participen diferents equips de tot el món, on prèviament cada equip ha de dissenyar i fabricar un protitipus de motocicleta de competició de 250 cc. 4:46 4:46 Paraules clau (màxim 10): 1. Sistema d’admissió 2. Sistema d’escapament 3. Sistema refrigeració 4. Col·lector 5. Potència del motor 6. MotoStudent 7. Posta en marxa 8. Termòstat 9. Banc de potència 10. Transmissió 4:46 4:46 FINAL GRADE PROJECT ABSTRACT (50 lines maximum) From a chassis designed (and manufactured) by the team EPSEVG Racing Team, it’s proposed the improvement of the engine provided by the organization Motostudent, the installation in the chassis and the consequent study of improving power. The rules of the competition do not allow internal modifications in the engine itself as it takes several seals, so changes in order to improve the power will be obtained through: - The admission system (admission will be tested several systems). - The exhaust system (various lengths of collectors and if necessary the installation silent will be tried ). - The cooling system (radiator will be tested with and without thermostat). To do the study, we will start from an initial situation in which the intake system is a conical air filter, full exhaust and radiator with thermostat. The objective of this project is to establish systems of admission and exhaust cooling that provide an optimum engine performance. In addition, we also have to do calculations to select the most suitable transmission system and look for all the components needed to make the appropriate commissioning and fit prototype. An inertial dyno will allow the instrument to quantify changes in engine performance and allow quantification of these goals. The results have been very favourable, we cannot have an exact reference because the power that gives the manufacturer is directly measured in the axis of the crankshaft of the engine and our dyno measures from the wheel. However, the maximum power provided by manufacturer is 37,85CV and ours obtained by the dyno is 35,00CV. This difference is due to the loose in clutch and transmission. In reference to the reliability of the engine, during the test in the bank no anomalies had been detected. On the other hand, the organization only limits the noise emitted by the exhaust. We obtained a value of 110 dB at 5.500 rpm being the maximum established by the organization of 115dB at 5.500rpm. The budget for carrying out the study about the possible improvement of engine power depending on the approval systems, exhaust and cooling is estimated at € 9,749.5 (VAT included). It includes part of the acquisition of components and construction of the prototype and the practical motorcycle experimental testing. 4:46 4:46 Keywords (10 maximum): 1. Admission system 2. Exhaust system 3. Cooling system 4. Collector 5. Power 6. MotoStudent 7. Starting up 8. Thermostat 9. Dyno 10.Transmission AGRAÏMENTS M’agradaria expressar el meu agraïment a totes les persones que m’han envoltat durant aquesta etapa de la meva vida i que de ben segur que no oblidaré mai, sobretot a en Ferran Rovira, professor i mecànic, per tot l’esforç, coneixements i ajudes que m’ha aportat, i sense les quals aquest projecte no s’hauria pogut realitzar. D’igual manera agrair l’ajuda i suport del meu pare i la meva mare, per tota la paciència que han tingut durant aquesta etapa. M’agradaria fer una menció especial als ànims rebuts i l’interès que han mostrat la meva família i amics, durant tot el procés de desenvolupament del projecte, des del dia en que em vaig matricular a l’equip de MotoStudent fins a dia d’avui. Agrair també l’ajuda de la Marina i la seva família, pels ànims i per estar al meu costat durant tots aquest anys. A tots els meus companys d’EPSEVG Racing Team sense els quals aquest somni no podria seguir endavant i a l’EPSEVG com a impulsora d’aquesta iniciativa. A escapaments JAN, pel material aportat sense el qual el tub d’escapament no s’hagués pogut construir. A en Manolo per tots els seus coneixements i idees aportades i per soldar-nos el tub d’escapament. A l’Ernest, conegut a través de fòrums i representant de botigues SHERCO a Catalunya, el qual també m’ha aconsellat en l’elecció del material a comprar. A BLOCK MOTOR, per la paciència i totes les hores que es van passar amb mi durant les realitzacions de les proves en el banc de potència. A SUSHI LOUNGE, LOCTITE, MOTOSCOOT i COPISTERIA AHLENS per l’ajuda econòmica aportada a l’equip. Finalment, agrair la confiança prestada, les orientacions i la col·laboració per part del professor Jaume Miquel Masalles, director d’aquest Treball Final de Grau. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) i INDEX MEMORIA (Format Paper i Electrònic) Pàg 1.- Introducció i Objectius del Treball Final de Grau .................................................................. 1 1.1.- Introducció i motivacions del projecte................................................................................ 3 1.2.- Objectius del projecte ....................................................................................................... 5 1.3.- Descripció i programació temporal del treball a realitzar .................................................. 6 2.- Motostudent .............................................................................................................................. 9 2.1.- La competició................................................................................................................... 12 2.2.-.Fases de la competició..................................................................................................... 12 2.2.1 Fase MS1: Projecte industrial.................................................................................... 13 2.2.2 Fase MS2:Proves dinàmiques i cursa........................................................................ 14 2.3.- L’equip EPSEVG Racing Team...................................................................................... 18 2.4.-Reglament tècnic general.................................................................................................. 20 2.4.1 La motocicleta............................................................................................................. 20 2.4.2 El motor...................................................................................................................... 20 2.4.2.1 Càrter .......................................................................................................... 21 2.4.2.2 Caixa de canvis ........................................................................................... 22 2.4.2.3 Transmissió secundaria .............................................................................. 22 2.4.2.4 L’Embragatge.............................................................................................. 22 2.4.2.5 Encesa, electrònica i adquisició de dades................................................... 22 2.4.3 Alimentació de combustible........................................................................................ 23 2.4.3.1 Tipus de combustible i lubricants................................................................. 23 2.4.3.2 Dipòsit i conductes de combustible............................................................. 23 2.4.3.3 Carburador/injecció..................................................................................... 23 2.4.4 Sistema d’admissió.................................................................................................... 24 2.4.5 Sistema d’escapament............................................................................................... 24 2.4.6 Sistema de refrigeració.............................................................................................. 24 2.4.7 Verificacions tècniques.............................................................................................. 25 2.4.7.1 Prova d’arrencada....................................................................................... 25 2.4.7.2 Verificació de sorolls................................................................................... 25 3.- Generalitats entorn als motors de combustió interna alternatius ..................................... 27 3.1.- Tipus de motors tèrmics .................................................................................................. 29 3.2.- El motor de 4 temps ........................................................................................................ 30 3.3.- Fases del cicle operatiu................................................................................................... 32 3.4.- Cicle real o pràctic .......................................................................................................... 34 3.4.1 Conseqüències i encreuament de vàlvules.............................................................. 37 3.5.- Posta a punt d’un motor de 4 temps ............................................................................... 38 3.6.- Sistema d’escapament.................................................................................................... 40 3.6.1. Funcionament............................................................................................................ 41 3.6.2. Actuació de les ones d’escapament.......................................................................... 41 3.6.3. Parts del tub d’escapament....................................................................................... 42 3.6.3.1. Col·lector d’escapament............................................................................. 42 3.6.3.2. Catalitzador ................................................................................................ 43 3.6.3.3. Silenciós...................................................................................................... 44 3.6.4. Tubs d’escapament en motors poli-cilíndrics ............................................................ 44 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) ii 3.7.- Sistema de refrigeració..................................................................................................... 46 3.7.1. Funcions principals..................................................................................................... 46 3.7.2. Sistema de refrigeració per aire................................................................................. 46 3.7.2.1 Refrigeració directa d’aire............................................................................ 47 3.7.2.2 Refrigeració forçada d’aire............................................................................ 48 3.7.3. Sistema de refrigeració per aigua............................................................................... 49 3.7.3.1 Radiador....................................................................................................... 50 3.7.3.2. Bomba d’aigua............................................................................................. 51 3.7.3.3. Ventilador..................................................................................................... 52 3.7.3.4. Termòstat..................................................................................................... 53 3.7.3.5. Dipòsit d’expansió........................................................................................ 53 3.7.3.6. Elements de control..................................................................................... 53 3.8.- Sistema d’admsisió........................................................................................................... 54 3.8.1. El carburador.............................................................................................................. 54 3.8.2. La injecció electrònica................................................................................................ 56 3.8.3. Filtres i caixes............................................................................................................. 58 4.- Components de partida subministrats per l’organització Motostudent ............................ 61 4.1.- El motor............................................................................................................................ 64 4.1.1. Càlcul de la cilindrada unitària i total......................................................................... 66 4.1.2. Càlcul del volum de la cambra de combustió del motor ........................................... 67 4.1.3. Càlcul de la velocitat lineal mitjana del pistó (cm) ..................................................... 68 4.2.- Cos d’injecció................................................................................................................... 69 4.3.- Filtre d’oli........................................................................................................................... 70 4.4.- Suspensió davantera ....................................................................................................... 71 4.5.-Suspensió posterior .......................................................................................................... 71 4.6.- Llantes ............................................................................................................................. 72 4.7.- Pneumàtics ..................................................................................................................... 72 4.8.- Frens ............................................................................................................................... 73 5.- Recerca i estudi de components addicionals per a dur a terme el treball ........................ 75 5.1.- Unitat de Control Electrònica (ECU)................................................................................. 77 5.2.- Instal·lació elèctrica Racing SHERCO............................................................................. 79 5.3.- Botó de tall d’encesa........................................................................................................ 80 5.4.- Regulador........................................................................................................................ 81 5.5.- Relé d’arrencada.............................................................................................................. 82 5.6.- Sensor de pressió i temperatura d’aire............................................................................ 82 5.7.- Bugia, bobina i pipa de la bugia....................................................................................... 83 5.8.- Bateria............................................................................................................................... 84 5.9. -Dipòsit i bomba de benzina.............................................................................................. 86 5.10.-Puny de gas ................................................................................................................... 88 5.11.-Sistema de refrigeració................................................................................................... 89 5.11.1. Càlcul del calor cedit al refrigerant.......................................................................... 89 5.11.2. Càlcul de la potència calorífica dissipada pel radiador ........................................... 90 5.11.3. Elecció final del radiador......................................................................................... 91 5.12.-Sistema de transmissió................................................................................................... 92 5.12.1. La transmissió primària .......................................................................................... 92 5.12.2. L’embragatge........................................................................................................... 93 5.12.3. El canvi de velocitats............................................................................................... 94 5.12.4. Transmissió secundària........................................................................................... 96 5.13.- Sistema d’escapament................................................................................................. 101 5.13.1. Equacions pel càlcul teòric del sistema d’escapament........................................ 102 5.13.2. Càlcul teòric del sistema d’escapament.............................................................. 103 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) iii 5.13.3. Fabricació del tub d’escapament............................................................................ 105 5.13.4. Silenciador-catalitzador.......................................................................................... 107 5.14.- Sistema d’admissió....................................................................................................... 108 5.14.1. Filtre d’aire.............................................................................................................. 108 5.14.2. Càlcul del cabal màssic d’aire ............................................................................... 108 5.14.3. Compra del filtre d’aire........................................................................................... 109 5.15.- Lubricant....................................................................................................................... 111 6.- Posada en marxa del motor................................................................................................... 113 7.- Experimentació del motor en banc de proves i resultats .................................................. 119 7.1.- Banc de proves DYNOJET 250I ................................................................................... 121 7.1.1. Elements del banc de proves .................................................................................. 123 7.1.2. Caracteristiques....................................................................................................... 124 7.2.-Metodologia a seguir....................................................................................................... 125 7.3.-Resultats obtinguts.......................................................................................................... 128 8.- Aspectes mediambientals...................................................................................................... 137 8.1.- Energies utilitzades en el TFG i impacte ambiental ....................................................... 139 8.2.- Impacte ambiental de la instal·lació durant el seu funcionament ................................. 139 8.2.1. Els gasos contaminants............................................................................................ 140 8.2.1.1 Monòxid de carboni (CO)............................................................................ 141 8.2.1.2 Òxids de nitrogen (NOX)............................................................................. 141 8.2.1.3 Ozó (O3)..................................................................................................... 142 8.2.1.4 Hidrocarburs totals (HCT)....................................................................... 143 8.2.1.5 Partícules en suspensió (PST)............................................................... 143 8.2.1.6 Diòxid de sofre (SO2)............................................................................. 143 8.2.2. Contaminació acústica .............................................................................................144 8.3.- Reciclatge dels components de la instal·lació una vegada acabada la vida útil ............ 145 8.4.- Conclusions mediambientals del motor d’aquest projecte ............................................. 146 9.- Conclusions ........................................................................................................................... 147 9.1.- Conclusions del TFG ..................................................................................................... 149 9.2.- Conclusions i valoracions de tipus personal .................................................................. 152 10.- Bibliografia ........................................................................................................................... 153 10.1.- Llibres........................................................................................................................... 155 10.2.- Manuals i catàlegs tècnics ........................................................................................... 156 10.3.- Normatives i Reglamentacions .................................................................................... 156 10.4.- Projectes Final de Carrera ........................................................................................... 157 10.5.- Pàgines web (Webgrafia) ............................................................................................. 157 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) x Fotografia 5.21.- Tubs de 42 mm per a la realització de l’escapament......................................... 105 Fotografia 5.22.- Fixació del tub d’escapament............................................................................. 106 Fotografia 5.23.- Sortida de la tovera............................................................................................ 106 Fotografia 5.24.- Silenciós Husqvarna d’absorció.......................................................................... 107 Fotografia 5.25.- Sortida de gasos del silenciós............................................................................ 107 Fotografia 5.26.- Filtre d’aire cònic i mides.................................................................................... 109 Fotografia 5.27.- Mides Filtre d’aire Malossi E15........................................................................... 110 Fotografia 5.28.- Lubricant Agip SAE 10W60................................................................................ 111 Fotografia 6.1.- Xassís Yamaha Yzf R125..................................................................................... 115 Fotografia 6.2.- Procés de soldat del suport.................................................................................. 116 Fotografia 6.3.- Suport del motor i motor....................................................................................... 116 Fotografia 6.4.- Tirants del motor................................................................................................... 116 Fotografia 6.5.- Muntatge de la instal·lació elèctrica...................................................................... 117 Fotografia 6.6.- Primera posada e marxa del motor ..................................................................... 117 Fotografia 6.7.- Prototip de la motocicleta abans de les proves en el banc de potència .............. 118 Fotografia 7.1.- Banc de potència Dynojet 250I............................................................................. 122 Fotografia 7.2. Monitor del PC del banc de proves durant l’experimentació del motor ................ 124 Fotografia 7.3.- Motocicleta en el banc de potència (vista lateral) ............................................... 126 Fotografia 7.4.- Motocicleta en el banc de potència (vista posterior) ........................................... 126 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 1 1.- INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS DEL TREBALL FINAL DE GRAU TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 2 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 3 1.- INTRODUCCIÓ I OBJECTIUS DEL TREBALL FINAL DE GRAU 1.1.- Introducció i motivacions del projecte Com amant del món del motor, i en concret del món de les motocicletes vaig decidir profunditzar de manera més tècnica i pràctica els coneixements adquirits durant els estudis de Grau en Enginyeria Mecànica. La motocicleta és un dels vehicles més empleats en l’actualitat. La seva lleugeresa i la sensació de llibertat i velocitat que proporciona és un dels motius. Les motocicletes és caracteritzen a més a més per un especial sentiment d’atracció dels seus propietaris cap a elles, que en molts casos, més que usuaris, són fanàtics de les seves muntures, a les que dediquen un tracte especial i per les que arriben a sentir-se identificats sense cap semblança en cap altre sector. La història d’aquest vehicle es remunta a la primavera de 1884 quan Gottlied Daimler i Wihelm Maybach van ser responsables de tota una revolució tècnica que dominaria al llarg dels anys fins l’actualitat. A Cannstatt (Stuttgart), la motocicleta es va convertir en el primer vehicle amb motor de cicle Otto. El 1894, a Munich, Alois Wolfmüler i Heinreich Hildebrand van crear una fàbrica per construir vehicles de dues rodes i li van donar el nom de "Motorrad" (motocicleta) al nou vehicle, però no va ser fins al 1899 que els germans Werner es van encarregar de que la motocicleta s’anés estenent per d’altres països i conquerís el món. La competició no podia esperar i, tan bon punt es va ser capaç de construir “una motocicleta per a competir”, van començar les curses. Les primeres van aparèixer a França el 1904 per a cinc nacions (Àustria, Alemanya, Dinamarca, França i Gran Bretanya). Va ser a la carretera entre Dourdan i St Arnoult, a 64 km de París. La meva curiositat per aquestes màquines prové de ben petit. El meu pare, amant també de les motocicletes, treballava al circuit de Catalunya en els seus inicis i els caps de setmana em portava a veure les curses. Va ser allà on em va despertar la meva curiositat cap a les motocicletes, tant va ser així que quan només tenia cinc anys el meu pare em va regalar una motocicleta de la casa MERLIN de trial, la qual em va endinsar ja de ben petit al món del motor. Sempre hi havia coses per desmuntar, encara que no estiguessin espatllades, simplement pel sol fet d’estar amb contacte amb la motocicleta i d’anar aprenent que era cada peça i com arreglar-la. Als deu anys, quan aquella motocicleta se’m va quedar petita, em varen regalar una APRILIA RS, preparada per circuit, i gràcies a aquesta motocicleta i al meu pare he pogut anar aprenent com funciona el motor i les seves peces. Aquests coneixements s’han anat completat amb els estudis de Grau. Fotografia 1.1. Miquel Hurtado, autor del TFG, amb 6 anys en moto TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 4 Als 18 anys vaig entrar jo a treballar al Circuit de Barcelona, i a dia d’avui disposo de quatre motocicletes pròpies. Per aquest motiu, quan companys de la UPC em varen proposar d’entrar en un equip de Moto 3 no m’ho vaig pensar dues vegades i m’hi vaig inscriure. Les dificultats de treballar en un equip amb moltes persones ha fet que ens distribuïm en grups amb diferents tasques a desenvolupar dins l’equip i que cada grup es formi més específicament en un aspecte. Hem decidit que m’encarregui de la posta en marxa del motor de la motocicleta de la competició i la millora del seu rendiment en vistes a la cursa. Per a participar en una cursa de velocitat a nivell universitari, com és MotoStudent en el nostre cas, l’organització de la competició proporciona a tots els equips inscrits el mateix motor amb el cilindre i en la culata precintats, de tal manera que els equips no puguin desmuntar-lo per a realitzar-hi modificacions. Per tant, si volem exprimir al màxim el rendiment del motor farà falta treballar amb elements secundaris com ara el sistema d’escapament, el d’admissió i el de refrigeració. És en aquesta direcció i amb aquesta finalitat que s’ha enfocat el present Treball Final de Grau. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 5 1.2.- Objectius del projecte El present Treball Final de Grau te com a objectius generals la posta en marxa i l’estudi de la possible millora de la potència d’un motor SHERCO 250i-r. Aquest motor és un motor de gasolina de quatre temps DOHC 2 mono cilíndric de 4 vàlvules. En el nostre cas, el motor procedeix d’una motocicleta d’enduro 3 , i perfectament matriculable per a circular per la via pública. Es tracta doncs d’un motor estrictament de sèrie, al qual se li aplicaran una sèrie de modificacions externes per tal d’intentar augmentar al màxim la seva potència i rendiment. La finalitat principal d’aquest projecte és l’aprenentatge i l’estudi de la possible millora de la potència del motor de la motocicleta de l’equip EPSEVG Racing Team per tal de poder marcar la diferència amb la resta dels equips participants. A més a més, no només va destinat al nostre equip, també va destinat a futurs estudiants de la EPSEVG que participin en altres edicions de Motostudent en el futur i necessitin una guia per a la posta en marxa i preparació del motor per a la competició. Per a tots aquells que vulguin guanyar alguns cavalls de potència en el seu motor de sèrie i participar en alguna cursa en que la potència del motor sigui important, però també ho sigui la mecànica i la fiabilitat de la motocicleta. Els objectius particulars que es vol obtenir amb la realització d’aquest projecte són: a) L’estudi del funcionament d’un motor de quatre temps mono cilíndric, i dels elements que produeixen el seu funcionament. b) Fixar una metodologia alhora de muntar i de fer la posta en marxa d’un motor de quatre temps en un banc de treball i posteriorment en el xassís de la motocicleta. c) La fabricació d’un tub d’escapament per el motor SHERCO, doncs com ja hem comentat abans aquest motor és d’enduro i no existeix cap col·lector en el mercat per tal de que el tub d’escapament vagi per sota. d) La interpretació dels resultats obtinguts en un banc de potència i comparació amb els proporcionats per la casa SHERCO. e) Elecció de les peces que proporcionaran la màxima potència a la motocicleta. 2 Un motor DOHC (double overhead camshaft) és un motor amb doble arbre de lleves. 3 L’enduro és una modalitat de motociclisme entre el motocròs i el trial que es practica a camp obert i també cobert. És una cursa tipus ral·li, on es realitzen recorreguts per rutes establertes per l’organització en temps establerts. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 6 1.3.- Descripció i programació temporal del treball a realitzar Per tal de dur a terme una bona organització i que es pugui compaginar altres activitats amb el Treball Final de Grau (TFG), s’ha realitzat un cronograma amb totes les activitats pendents i la seva data d’inici i de finalització de realització a través de Tom’s planner 4 Per a poder visualitzar amb més claredat totes les fases del TFG s’ha desglossat la planificació en tres imatges (Figures 1.1 a 1.3): Figura 1.1. Programació del TFG del 12 de Març al 12 d’Abril Figura 1.2. Programació del TFG del 13 d’Abril al 12 de Juny 4 Tom’s planner: Planificador de projectes. http://www.tomsplanner.es/ TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 7 Figura 1.3. Programació del TFG del 5 de Maig al 23 de Juny La finalització del TFG està planificada abans dels exàmens de la universitat, de tal manera que després dels exàmens només faci falta repassar i modificar petits aspectes. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 8 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 9 2.- MOTOSTUDENT TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 16 On: MT: Temps més ràpid (s) PT: Temps més lent (s) T: Temps a avaluar (s) P: Puntuació del temps a avaluar.(en una escala de 0 a 50 Punts) * Millor acceleració: En aquesta prova es mesurarà l’acceleració màxima de cada motocicleta inicialment parada en una recta de 150 m. La puntuació per aquesta prova serà calculada amb la equació [2.2]. c) Prova mecànica per equips: Aquesta prova consisteix en valorar la rapidesa de muntatge i desmuntatge del dipòsit del carenat de la motocicleta (sense incloure el “colin”) tal i com es mostra en la Figura 2.2. Aquesta prova serà realitzada per dos integrants de l’equip. El sistema de puntuació serà calculat amb l’equació [2.2]. Figura 2.2. Muntatge i desmuntatge del dipòsit del carenat de la motocicleta [14] * Millor velocitat: En aquesta prova es mesurarà la velocitat punta aconseguida per cada motocicleta en els entrenaments lliures, i serà avaluada de la següent manera: [2.3] On: VMAX: Velocitat màxima (km/h) VMIN: Velocitat mínima (km/h) V: Velocitat a avaluar (km/h) P: Puntuació.(En una escala de 0 a 50 Punts) * “Pole position”: Aquesta prova consisteix en obtenir el temps més ràpid en donar una volta al circuit de velocitat. Les mesures dels temps es duran a terme en la sessió d’entrenaments cronometrats i mitjançant l’equació [2.2]. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 17  Cursa: 250 punts Graella de sortida: La graella de sortida tindrà una configuració de 3 motos a cada línia, completant tots els buits des de la línia de sortida. L'ordre de sortida s'establirà segons els temps més ràpids obtinguts per cada motocicleta a la sessió d'entrenaments cronometrats . La cursa es durà a terme sobre una longitud mínima prevista de 35 km , i tindrà una durada de 20 minuts + 1 volta . Amb la classificació final de la cursa es puntuarà als equips segons el següent criteri (veure Taula 2.2): Taula 2.2. Criteri de puntuació segons el resultat en la cursa [14] A més a més, s'atorgaran premis a les tres primeres motos classificades en la cursa:  1er premi: 6.000 €  2on premi: 3.000 €  3er premi: 1.500 € Posició Puntuació Posició Puntuació 1a 150 15ª 20 2a 120 16ª 18 3a 100 17ª 16 4a 85 18ª 14 5ª 75 19ª 12 6ª 65 20ª 10 7ª 60 21ª 8 8ª 55 22ª 7 9ª 50 23ª 6 10ª 45 24ª 5 11ª 40 25ª 4 12ª 35 26ª 3 13ª 30 .... 3 14ª 25 40ª 3 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 18 2.3.- L’equip EPSEVG Racing Team L’equip és un grup d'estudiants de la Universitat Politècnica de Catalunya amb seu a l'Escola Politècnica Superior d'Enginyeria de Vilanova i la Geltrú (EPSEVG) format per 13 membres estudiants d’aquesta escola. L’equip està dirigit pel professor Juan José Aliau i format per: Nom Titulació: Alfonso Robles Grau en Enginyeria Mecànica Anna Puig Grau en Enginyeria Mecànica Isaac Mudarra Grau en Enginyeria Mecànica Javier Alarcón Grau en Enginyeria Mecànica Jordi Pujol Grau en Enginyeria Mecànica Júlia Llanas Grau en Enginyeria Mecànica Miquel Hurtado Grau en Enginyeria Mecànica Sergio Casado Grau en Enginyeria Mecànica Aaron Guasque Grau en Enginyeria Elèctrica Iban Ortega Grau en Enginyeria Elèctrica Josep Raventós Grau en Enginyeria Elèctrica Ignasi Coca Grau en Enginyeria Disseny Industrial Jose Luis Novoa Grau en Enginyeria Disseny Industrial Taula 2.3. Integrants de l’EPSEVG Racing Team i titulació. L’objectiu és dissenyar i construir una motocicleta de la categoria MOTO3 per a competir amb altres escoles d'enginyeria d’universitats d’arreu del món. Al ser la primera promoció del centre que hi participa, no es compta amb antecedents ni bases de les que partir, així que la motivació és poder dur a terme un disseny innovador de la imaginació i coneixements dels membres fins al moment, al món real. Fotografia 2.1. Integrants de l’equip EPSEVG Racing Team TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 19 L’equip ha estat registrat amb el nom de EPSEVG Racing Team, amb pàgina web, fàcilment localitzable en totes les xarxes socials i amb logotip propi (veure Fotografia 2.2): http://epsevgracing.wix.com/epsevgracing https://twitter.com/EpsevgRacing https://ca-es.facebook.com/MotostudentEpsevg Fotografia 2.2. Logotip de l’equip EPSEVG Racing Team L’organigrama de l’equip, amb les tasques assignades als diferents integrants, és el mostrat a la Figura 2.3. Figura 2.3. Organigrama de l’equip EPSEVG Racing Team A més a més, l’equip compta amb altres alumnes i professors de la pròpia universitat, professors d’altres centres, exalumnes i mecànics de diversos tallers especialitzats. D’altra banda, l’equip compta amb el suport fins a dia d’avui de L’Ajuntament de Vilanova i la Geltrú, Loctite, Sushi Loungue, Copisteria Ahlens i plataformes de Crowdfunding que fan realitat aquest somni. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 20 2.4.-Reglament tècnic general Per tal d’estandarditzar i acotar la gran varietat de possibilitats que existeix en la construcció d’un prototipus de motocicleta de competició, l’organització ha establert un reglament tècnic que conté la normativa reguladora de la competició. D’aquesta manera, tots els projectes presentats per les universitats inscrites han de seguir un patró. A continuació realitzarem un anàlisi de les parts més rellevants i en les quals aquest Treball Final de Grau es veurà afectat pel reglament. Per tant, aquest estudi s’haurà de centrar principalment en tota aquella part del reglament tècnic que faci referència al motor o elements secundaris que facin possible el seu funcionament. 1.4.1 La motocicleta Les motos participants en MotoStudent han de ser creades, dissenyades, i fabricades pels estudiants i membres de l'equip sense la participació directa d'enginyers professionals, enginyers de competició, mecànics professionals, etc. L'equip haurà de presentar un certificat de fabricació que asseguri aquest aspecte, es proveirà el model des de l'Organització. La motocicleta tindrà uns requisits generals de disseny i unes dimensions d’amplada mínima, angle mínim d’inclinació, distància del carenat al paviment, límit frontal, amplada màxima, alçada del seient, pes, ergonomia.. 1.4.2 El motor Els motors subministrats per l’organització s’entreguen precintats amb dos precintes per evitar la seva manipulació:  Precinte del càrter (Fotografia 2.3) Fotografia 2.3. Motor subministrat amb el precinte del càrter TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 21  Precinte de la tapa-culata (Fotografia 2.4) Fotografia 2.4. Precinte de la tapa-culata  Filferro de seguretat del tap de l’oli: Aquest és l’únic precinte que es pot treure o substituir, però alhora de sortir a pista el tap haurà de romandre unit al bloc motor mitjançant un filferro de seguretat similar. Fotografia 2.5. Filferro de seguretat del tap de l’oli La velocitat màxima de rotació del cigonyal està limitada de sèrie a un màxim de 13.500 rpm. (o 225 rps). Totes les motocicletes hauran d'estar equipades obligatòriament amb un comptarevolucions que pot ser digital o analògic, per verificar les màximes rpm. 2.4.2.1 Càrter Tots els càrters que continguin oli i que puguin entrar en contacte amb la pista com a conseqüència d'una caiguda hauran d'estar protegits per un “cubre-càrter” dissenyat per a resistir xocs sobtats. El mateix xassís de la moto si queda per sota de punt més baix del càrter es pot considerar com a protecció o “cubre-càrter”. No es permet la modificació del mateix ni tan sols en els seus ancoratges externs. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 22 2.4.2.2 Caixa de canvis Està prohibida la substitució o modificació de la caixa de canvis subministrada per l'Organització. Només es permet la instal·lació de sensors per a l’adquisició de dades i els sistemes externs de canvi ràpid de velocitats. 2.4.2.3 Transmissió secundaria Queda prohibit l’ús de sistemes d'ajuda electromecànica o electro-hidràulica. El pinyó de sortida de la caixa, la corona de la roda posterior i la cadena són de lliure elecció. 2.4.2.4 L’Embragatge El tipus d'embragatge (en bany d'oli) s'ha de mantenir. Es poden reemplaçar els discs, les molles i la campana d’embragatge. L’embragatge original es pot modificar per un amb sistema de lliscament limitat en la transmissió (tipus anti-patinatge o anti-rebot). 2.4.2.5 Encesa, electrònica i adquisició de dades L'Organització podrà subministrar als equips la Unitat de Control Electrònic ( ECU ) original que acompanya al motor . No és obligatori l'ús de la ECU establerta per l'Organització, es permet l'ús d'altres centraletes. El mapa electrònic de gestió del motor és de configuració lliure . És obligatòria la instal·lació d'una bateria amb una tensió de treball entre 8V i 18V. La Fundació Moto Engineering Foundation (MEF) ofereix la possibilitat d'adquirir la instal·lació elèctrica original del motor, igual que es fa amb l'ECU. Es permet l'elaboració lliure de la instal·lació elèctrica per part de cada equip i la modificació de la instal·lació elèctrica adquirida per l’Organització. Es permet l'ús d'altres instal·lacions comercials. El tipus de cable a utilitzar , el disseny i l'execució del cablejat és lliure. El tipus de connectors és de lliure elecció, però cal tenir en compte la possibilitat del correcte funcionament elèctric de la motocicleta en condicions de pluja. També es permet l'ús de components comercials com ara: bobina, bateries, reguladors, connectors ... Totes les motocicletes hauran d'anar proveïdes d'un botó d'aturada de seguretat a la part esquerra del manillar . Ha d'estar indicat en color vermell per a la seva fàcil localització en cas d'emergència Aquest botó d'aturada tallarà el subministrament elèctric a qualsevol component de la motocicleta. Es permet l'ús d'una única bobina d'encesa. La instal·lació elèctrica haurà d'estar perfectament integrada en el conjunt de la moto no deixant distàncies majors a 15 cm de cablejat sense subjectar. La longitud dels cables haurà de ser la justa, per la qual cosa es prohibeix enrotllar la longitud de cable sobrant. El sistema d'informació utilitzat en el “dashboard” és lliure. No està permès l'ús de sistemes electrònics de control o ajuda que aportin clarament un avantatge en la conducció del vehicle, com ara control de tracció i sistemes antibloqueig de rodes (o frens antibloqueig) ABS. Està permès l'ús de sistemes d'adquisició de dades relatives en paràmetres de motor, dinàmica de la motocicleta i comportament del pilot. Es podran utilitzar sistemes comercials o l'adaptació de sistemes d'un altre vehicle. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 23 Es permet l’ús lliure de tot tipus de sensors, sempre que la seva instal·lació no afecti cap norma de modificació del reglament . El programa utilitzat podrà ser comercial o de disseny propi. Queden prohibits els sistemes de lectura de telemetria en directe. Les lectures de dades adquirides només podran fer-se en les parades en box. El motor lliurat per l'Organització compta amb un sistema d'arrencada elèctric. Es permet l'anul·lació o substitució del sistema d'arrencada original. 2.4.3 Alimentació de combustible 2.4.3.1 Tipus de combustible i lubricants Només es pot usar el combustible del subministrador designat per l’Organització, que serà gasolina sense plom de 98 octans. Està prohibida l'alteració del combustible designat amb additius o qualsevol altre tipus de tractament. És obligatori l'ús del filtre d'oli original del motor proporcionat. L'oli lubricant a utilitzar és d'elecció lliure, es recomana l'ús d'un oli SAE 10W60 preparat per embragatge en bany d'oli. 2.4.3.2 Dipòsit i conductes de combustible És obligatòria la instal·lació d'un respirador al dipòsit per abocar els sobrants de líquids . Aquest respirador ha d'estar proveït d'una vàlvula de retenció. El dipòsit de combustible de qualsevol tipus haurà d'anar farcit amb material aïllant o disposar d'un altre dipòsit flexible intern de seguretat. En el cas dels dipòsits "no metàl·lics " és obligatori l'ús d'aquest segon dipòsit addicional de goma o resina . La fi d'aquesta bufeta de seguretat no és altre que impedir el vessament de carburant en cas de trencament del dipòsit . Si s'utilitza un dipòsit homologat no hi ha un altre requisit . Està prohibit pressuritzar el dipòsit de carburant. Tampoc s'autoritza el refredament artificial del carburant, i la pressió de combustible no ha de superar els 5,0 bars en cap punt del circuit d'alimentació La sortida de combustible del dipòsit haurà d’estar situada per sobre de l'alçada de les vàlvules d'admissió del motor . El tap de dipòsit de gasolina ha de tenir un sistema d’obertura i tancament “de rosca”. A més a més, ha de ser estanc i estar proveït d'un sistema segur de tancament que impedeixi la possibilitat de desprendre’s en cas de caiguda. 2.4.3.3 Carburador/injecció Es permet la substitució o modificació del sistema d'alimentació original del motor subministrat. Estan permesos tant sistemes de carburació com d'injecció, però no de carburadors ceràmics. Només es permet una vàlvula de control de l'accelerador, el qual ha d'estar exclusivament controlat per elements mecànics i manipulats pel pilot únicament. L'injector de combustible ha d'estar instal·lat abans de les vàlvules d’admissió del cilindre. No es permet la injecció directa a la cambra de combustió. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 24 2.4.4. Sistema d’admissió La composició, dimensions i situació dels conductes d'admissió d’aire són lliures sempre que aquests compleixin els requeriments dimensionals de les cotes generals de la motocicleta. No es permet la instal·lació de dispositius mòbils en el sistema d'admissió abans de les vàlvules d'admissió en la cambra de combustió, a excepció del carburador o injector . Només es permet la presència de mescla aire-combustible i gasos re-circulats del motor en els conductes d'admissió. No està permesa la injecció addicional d'altres elements com etanol, metanol, aigua, etc . Tampoc estan permesos els conductes d'admissió de geometria variable . Només es permet una papallona, que haurà de ser accionada exclusivament per mitjans mecànics (per exemple, cable) manejats pel pilot, no permetent altres elements mòbils en el conducte d'admissió. Cap interrupció de la connexió mecànica entre l'accionament del pilot i l'accelerador està permesa . Està prohibit l'ús de sistemes "turbo" per l'augment de pressió de gasos en l'admissió. Únicament es permet l'aprofitament aerodinàmic del moviment del vehicle mitjançant l'ús de preses d'aire. El disseny de la caixa d'admissió d'aire, “Airbox”, és lliure. L'element filtrant de l'aire d'admissió és de lliure elecció. Està permès muntar un dipòsit entre la tapa de balancins i “l’Airbox”, amb l'única funció de recollir gasos sobrants del motor. Cap altra funció està permesa (com la modificació de la pressió generada) i únicament els respiradors del motor es podran connectar entre la tapa de balancins, aquest dipòsit i “l’Airbox”. Aquest dipòsit i les seves connexions han de ser revisables en qualsevol moment i per tant, no podran construir-se al xassís, de manera que dificulti la inspecció. 2.4.5. Sistema d’escapament El sistema d'escapament és de lliure elecció sempre que compleixi els requeriments dimensionals generals de la motocicleta i la normativa de sonoritat. Estan prohibits els sistemes d'escapament de geometria variable. No es permeten parts mòbils en les fuites (per exemple vàlvules, deflectors, etc.). La sonoritat d'escapament màxima permesa serà de 115 dB mesurats de manera estàtica a 5.500 rpm (o min-1). 2.4.6. Sistema de refrigeració El disseny i construcció del sistema de refrigeració exterior és lliure. No es permet la modificació del sistema de refrigeració interna del motor. L'addició de radiadors per a refrigeració d'oli no està permesa. El nombre, la situació, la mida i la composició dels radiadors de líquid refrigerant són lliures, sempre que compleixin els requeriments dimensionals de les cotes generals de la motocicleta. Només es podrà utilitzar aigua destil·lada. L'ús de qualssevol altre tipus de refrigerant està prohibit. Està prohibida la utilització d'additius en l'aigua destil·lada. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 25 2.4.7 Verificacions tècniques Les verificacions tècniques prèvies no puntuen per a la competició, però poden arribar a ser excloents si es detecta un incompliment de la normativa imposada, o si la motocicleta no es considera segura per a participar en les proves. Aquestes verificacions seran portades a terme per comissaris tècnics i personal qualificat designat per la organització. Les úniques verificacions prèvies en les que aquest Treball Final de Grau (TFG) es pot veure involucrat són:  Prova d’arrencada  Verificació de sorolls 2.4.7.1 Prova d’arrencada El motor haurà d’arrencar sense problemes, amb un sistema d’arrencada propi de la motocicleta, amb un arrencador exterior, o empenyent la motocicleta, però mai donant-li impuls directament amb la ma a la roda motriu elevada. 2.4.7.2 Verificació de sorolls Es realitzarà una mesura de la sonoritat d’escapament a 50 cm. (aproximadament) de la sortida, en una zona silenciosa i on no hi hagi cap paret, mur o obstacle gran a 3 metres al voltant. La sonoritat màxima d’escapament serà tal i com hem esmentat anteriorment de 115 dB mesurats de manera estàtica a 5500 rpm (o min-1). TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 32 El pistó o èmbol està format per uns cercles de compressió que impedeixen l’escapament dels gasos entre pistó i cilindre. A través del pern transmet l’impuls provocat pel gas a la biela, i d’aquesta, a la manovella de l’eix del cigonyal o arbre motor. La biela i la manovella transformen el moviment lineal alternatiu del pistó en moviment rotatiu de l’eix cigonyal que gira entre coixinets de la bancada. El conducte a través dels qual es descarreguen a l’exterior els productes de la combustió està format la vàlvula d’escapament i el col·lector d’escapament. Tant la vàlvula d’aspiració com la d’escapament són accionades per òrgans anomenats de distribució. Un eix de distribució o eix de camons és accionat per l’eix del cigonyal mitjançant una cadena o engranatges. Els camons muntats sobre l’eix actuen sobre una sèrie de peces, tals com els taquets, els empenyedors i els balancins, els quals transfereixen el moviment a la vàlvula segons la llei definida per la forma del corresponent camó. La vàlvula es mantinguda en el seu lloc per l’acció de la molla. 3.3.- Fases del cicle operatiu Un cicle operatiu és la successió d’operacions que el fluid actiu (o fluid de treball) executa en el cilindre i repeteix en llei periòdica. La duració del cicle operatiu es mesurada amb el nombre de curses efectuades pel pistó al realitzar-lo. Així doncs, es diu que és de dos temps quan el cicle es realitza solament en dues curses del pistó, o de quatre temps quan el cicle es realitza en quatre curses del pistó. Això vol dir que els motors de quatre temps realitzen un cicle cada dues revolucions de l’arbre motor, i els de dos temps, en cada revolució. Figura 3.2. Fases d’un motor de 4 temps d’encesa provocada [25] El motor de quatre temps rep el seu nom per realitzar un cicle o període de treball complet en quatre fases (o temps) perfectament diferenciades:  Admissió o aspiració: La primera fase comença quan el pistó es troba en la seva posició més elevada PMS (Punt Mort Superior). És en aquest instant quan la vàlvula d’admissió s’obre per deixar pas a la mescla d’aire i vapors de benzina que existeixen en el conducte (en el cas dels MEP de 4T) o aire sol (en el cas dels MEC de 4T). Quan el cigonyal ha recorregut 90º en el seu gir, o el que és el mateix, un quart de volta, l’èmbol està a la meitat de la seva primera cursa descendent. En aquest moment la fase d’admissió s’està efectuant, el buit produït pel pistó al baixar és l’encarregat d’entrar la mescla (o l’aire sol) a l’interior del cilindre. Aquest cicle continua fins que arriba al punt més baix o punt mort inferior, moment en el que el cigonyal ha completat mitja volta. Aleshores es tanca la vàlvula d’admissió, ja que si no ho fes començaria a expulsar part de la mescla prèviament admesa. Cal remarcar que durant aquesta fase la vàlvula d’escapament roman tancada. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 33  Compressió: Comença en el punt mort inferior en el que ha finalitzat la fase d’admissió amb les dues vàlvules tancades. A partir d’aquí, l’èmbol comença la seva fase ascendent, durant la qual va comprimint la mescla aire-combustible admesa en els MEP (o l’aire sol en els MEC) en la fase anterior. Aquesta compressió va augmentant la temperatura i pressió de la mescla fresca en els MEP (o de l’aire sol en els MEC), preparant-la per a que es produeixi la seva explosió en el cas dels MEP (o que es produeixi la ignició a l’injectar el combustible en els MEC). Els valors de pressió i temperatura es fan màxims quan el temps de compressió arriba al seu final en arribar el pistó al PMS, quedant així la mescla aire-combustible en el cas dels MEP en situació ideal per a la seva explosió en el temps posterior. Aquesta fase, per tant, es considera una fase de preparació, sent de vital importància per a aconseguir un adequat rendiment en la combustió.  Combustió/Expansió: Un cop finalitzada la compressió en el moment en que el pistó arriba al PMS, salta una guspira en la bugia que produeix la immediata combustió de la mescla aire-combustible en el cas dels MEP (pel cas dels MEC s’injecta el combustible i es produeix la ignició). Com a conseqüència, el pistó és impulsat cap al PMI (Punt Mort Inferior), fent girar al cigonyal. És l’única cursa motriu en la que es produeix treball, sent per tant la més important del cicle. Durant aquest temps s’allibera tota l’energia química continguda en el combustible en forma de calor de combustió, el qual eleva extraordinàriament la pressió i temperatura del gas resultant, i impulsa amb gran força el pistó cap al punt mort inferior. Aquest temps anteriorment es denominava “explosió/expansió”, però l’avanç de la tècnica ha provat que la velocitat de la reacció que té lloc en el motor no s’aproxima a la velocitat de les denominades “explosions”, i per tant, la seva denominació exacta és “combustió/expansió”.  Escapament: A partir d’aquest moment, i amb l’objectiu de preparar el motor per a la seva realització del següent cicle, s’obre la vàlvula d’escapament. Això permet que l’èmbol, en la seva segona i última carrera ascendent, empenyi als gasos procedents de la combustió per a que abandonin el cilindre a través d’ell i del tub d’escapament. El motor se situa aleshores en la posició inicial, és a dir en el temps d’admissió, llest per a emprendre de nou tot el procés. Donat que en aquest Treball Final de Grau es treballa amb un motor de 4 temps de gasolina, tot el que direm a partir d’ara estarà referit als motors de 4T de gasolina (motors MEP de 4T) i no pas als motors de 4T de tipus Diesel (motors MEC de 4T). En els motors de quatre temps de gasolina, el cilindre gairebé s’emplena en la totalitat del camp de revolucions, i es té una gran insensibilitat contra la pèrdua de pressió en el sistema del tub d’escapament, així com bones possibilitats d’influir en el subministrament de mescla airecombustible per elecció dels temps de regulació adoptats al sistema d’aspiració. En canvi, la fabricació d’aquests motors de 4T de gasolina és més elevada que no pas els de 2T de gasolina a causa de la regulació de les vàlvules. A més a més, només una de cada dues voltes del cigonyal produeix un cicle de treball, per tant, disminueix la densitat de producció de potència. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 34 3.4.- Cicle real o pràctic El cicle pràctic està constituït per la successió de moviments dels seus components tal i com es porten a terme en realitat. La diferència fonamental rau en els temps que romanen obertes les vàlvules. El cicle teòric com els enginyers molt bé sabem, és el cicle que realitzaria el motor en condicions ideals, bàsicament consisteixen en que les velocitats a les que es veu sotmesa la mescla carburada i els posteriors gasos cremats fossin suficientment baixes. El problema que sorgeix és que dites velocitats són aproximadament proporcionals al règim de gir, i si es té en compte que durant els darrers anys s’ha intentat augmentar el règim de gir per tal d’augmentar la potència dels motors, es comprova que és necessari allunyar-se d’aquest cicle ideal. L’objectiu final és afavorir en cada moment l’emplenat del cilindre amb la mescla carburada. En funció de la quantitat de mescla que s’introdueixi s’obtindrà la corresponent potència mecànica. Com major sigui la quantitat de gas aspirat, més massa reaccionarà, i per tant major treball (o potència) s’aconseguirà. Cal tenir en compte que de vegades quan un gas es desplaça a una velocitat elevada apareixen fenòmens com resistències i inèrcies, pèrdues de pressió i altres fenòmens similars que produeixen variacions respecte el que faria el gas de forma molt més lenta. En règims baixos faria falta que les vàlvules estiguessin obertes només durant les curses respectives, és a dir, al llarg de 180 graus de gir del cigonyal cada una d’elles. Això no és així si es funciona entre 6.000 i 12.000 rpm (o min-1), règims en els que solen treballar els motors actuals i en els que proporcionen potències màximes. A 6.000 revolucions per minut (rpm) el motor dóna cent voltes en un segon. Això vol dir que completa cinquanta cicles complets en aquest temps, el que obliga a emplenar-lo cinquanta admissions i cinquanta escapaments per segon. La meitat d’aquest període l’ocupen les curses de compressió i explosió/expansió, durant les quals les dues vàlvules romanen tancades. Tenint en compte tot això, podem observar que es fa realment difícil aconseguir que les operacions d’emplenar el cilindre i buidar-lo es realitzin satisfactòriament. El temps requerit per cada una de les fases seria únicament de dos centèsimes de segon. Si ampliem amb generositat els temps que romanen obertes les vàlvules, fet que es possible gràcies a la inèrcia que posseeixen els gasos degut a la seva pròpia massa s’evitarà que hi hagi una inversió en el sentit de circulació. També cal destacar que, per raons semblants, s’avança el moment en que ha de saltar la guspira de la bugia en l’interior del cilindre. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 35 En la Figura 3.3. es representa un diagrama de distribució real per etapes d’un motor de 4T, on s’han marcat els diferents moments d’obertura i tancament de les vàlvules d’admissió i d’escapament. • AAA: Avanç en l’obertura de l’admissió (Abans del Punt Mort Superior). • AAE: Avanç en l’obertura de l’escapament (Abans de Punt Mort Inferior). • RCA: Endarreriment al tancament de l’admissió (Després del Punt Mort Inferior). • RCE: Endarreriment al tancament de l’escapament (Després del Punt Mort Superior). Figura 3.3. Diagrama de distribució real d’un motor de 4T [25] En el moment en que es produeix la combustió de la mescla aire-combustible, aquesta es produeix per l’aparició d’una guspira en la bugia situada en la culata, però l’aparició d’aquest detonador de la reacció de combustió no es produeix en el P.M.S, sinó que una mica abans. D’aquesta manera s’evita la pèrdua de pressió produïda pel desplaçament descendent del pistó, realitzant per tant la combustió quan aquest es troba en les proximitats del P.M.S i el volum és més reduït. El valor de l’avanç d’obertura d’admissió i escapament ha d’augmentar al mateix temps que ho fa la velocitat de gir del motor. D’aquesta manera es compensa la velocitat del pistó, donat que una mateixa quantitat de mescla triga el mateix temps en cremar-se. /Expansión TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 36 Quan es produeix la combustió/expansió, l’èmbol baixa amb una gran rapidesa, i quan encara no ha arribat al P.M.I., s’obre la vàlvula d’escapament. Això és a causa de que, al produir-se la combustió, els gasos augmenten de volum per dos motius: - Els productes finals de la reacció química ocupen un major volum que els originals. - A l’estar molt més calents, es dilaten. L’augment del volum empeny al pistó amb gran força inicialment i disminuint-la a mida que s’apropa al P.M.I., degut sobretot a l’augment de volum, tal i com s’ha comentat. Interessa aprofitar al màxim l’ona expansiva de la combustió, però també és necessari treure del cilindre el gas cremat, per això, s’obre la vàlvula de l’escapament abans de que el pistó arribi al P.M.I. D’aquesta manera l’alta pressió en l’interior del cilindre fa que el gas surti amb rapidesa, sent irrellevant la pressió sobre el pistó. El temps d’escapament continua durant la resta de la cursa descendent i tota l’ascendent. La vàlvula d’admissió s’obre abans de que el pistó arribi al P.M.S., quan encara no s’ha tancat la d’escapament. Els gasos surten amb una gran força degut a la pressió interior a l’obrir l’escapament, i adquireixen ràpidament una gran velocitat, de manera que la inèrcia aconseguida l’impedeix aturar-se de sobte. Això té lloc fins al punt de que si es tanqués la vàlvula d’escapament quan la velocitat del gas fos nul·la, es comprovaria que la pressió interior és menor que l’existent a l’exterior. Aquesta disminució de la pressió és la que aprofitaríem per a començar a introduir gas fresc. L’aire fresc empeny a la seva vegada al cremat que encara queda, permetent que la vàlvula d’escapament no es tanqui quan el pistó arriba al P.M.S., sinó que pot romandre oberta mentre els gasos frescos empenyen als cremats encara algun temps. La vàlvula d’admissió roman oberta durant la cursa descendent i un cert temps en l'ascendent. El motiu torna a ser la inèrcia adquirida pels gasos d’escapament, que, a causa de la seva velocitat, es pressionen contra el pistó, deixant suficientment espai per a que segueixi entrant gas fresc, encara quan el pistó està pujant i el volum del cilindre disminueix. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 37 3.4.1.- Conseqüències i encreuament de vàlvules Al modificar el temps d’obertura/tancament de les vàlvules d’admissió i d’escapament ens trobem amb dues conseqüències comunes:  Tant la vàlvula d’admissió com la d’escapament romanen obertes durant més de mitja volta de cigonyal de forma individual.  Existeix un temps en que les dues vàlvules romanen obertes al mateix temps. Aquest temps és l’anomenat “encreuament de vàlvules”. Durant l’encreuament de vàlvules el gas cremat acaba de sortir del cilindre ajudat per la propulsió de gasos frescos que comencen a entrar. A la Figura 3.3, el procés d’escapament dura des del AAE fins al RCE, anomenant-se aquest angle “període d’escapament”. Així mateix l’admissió es produeix entre el AAA i el RCA, anomenant-se aquest “període d’admissió”. Per tant, els dos períodes se solapen entre el AAA i el RCE: és l’anomenat “període d’encreuament de vàlvules”. Els valors concrets mesurats en graus del cigonyal de cada un d’aquests paràmetres els ha de determinar el dissenyador, segons les seves intencions. El diagrama de distribució que es construeix un cop triats els valors anteriors determina el perfil o forma que han de tenir les lleves que accionaran les vàlvules i que no es podran modificar. El motor d’un vehicle utilitari té un encreuament de vàlvules de 15 a 30 graus de gir del cigonyal. Els arbres de lleves dels vehicles de competició tenen encreuaments de vàlvules que van dels 60 als 100 graus. Un encreuament addicional produeix un emplenament del cilindre més eficaç a altes revolucions, però produeix un buit en el motor més baix, així com un pitjor rendiment a règims baixos, en la qualitat de marxa del ralentí i en l’estalvi de combustible a baixa velocitat. El rendiment en règims elevats no millora massa i la marxa del ralentí es deteriora si la vàlvula d’admissió s’obre massa aviat. Abans de l’obertura màxima de la vàlvula s’aconsegueix la velocitat màxima del pistó en el temps d’admissió, per tant, si la vàlvula s’obre abans, podria millorar la respiració del motor. El factor de l'encreuament de vàlvules que afecta el rendiment en règims elevats és el tancament de la vàlvula d'escapament. De fet, augmentar la mida de la vàlvula d'escapament i el seu orifici corresponent no és massa adequat per a l'obtenció de més potència, ja que la vàlvula d'escapament limita principalment el flux procedent del cilindre a mida que es tanca. Un encreuament elevat de vàlvules pot generar problemes de folgances entre la vàlvula i el pistó, és a dir, que podrien arribar a tocar-se. Finalment, podríem qüestionar-nos perquè no xoca el pistó contra les vàlvules quan es troba en el punt mort superior. La raó per la que no xoca és que, tant l’obertura d’una com el tancament de l’altra no es produeixen de forma instantània en els punts característics, sinó que dura un cert temps. Avui en dia els dissenyadors d'arbres de lleves intenten maximitzar el rendiment en règims elevats alhora que també volen minimitzar l'encreuament de vàlvules. Un encreuament de vàlvules més reduït augmenta la pressió en el cilindre a revolucions més baixes. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 38 3.5.- Posta a punt d’un motor de 4 temps El procés de millora d’un motor sol ser lent i car, encara que això no vol dir que sigui impossible. Realment, els resultats poden valer molt la pena en competició. Els fabricants dediquen molt de temps als seus programes de desenvolupament, i els bons resultats demostren el seu esforç. Per tant, no existeixen motius per suposar que es poden millorar tots els aspectes del funcionament del motor, a més a més cal afegir que si es desmunta, es neteja i es torna a muntar el motor en cada cursa tal i com indica el fabricant el rendiment d’aquest es nota considerablement. Hi ha una altra forma de millorar un aspecte o característica del motor a canvi de pèrdues en un altre sentit. Els augments de potència a revolucions altes solen anar acompanyats de pèrdues de potència a règims menors i de falta de flexibilitat del motor. Els increments de potència solen portar una pèrdua de fiabilitat, un increment del desgast i del soroll del motor. En molts casos, valdrà la pena perdre un aspecte per guanyar-lo en un altre, però la motocicleta serà més difícil de pilotar, i per tant, a més a més d’una gran habilitat mecànica al taller, s’haurà de comptar amb un bon pilot. A continuació definirem el que s’entén per posta a punt d’un motor de 4 temps: a) Millorar l’eficiència d’un procés determinat. b) Modificar els elements que controlen el procés per a augmentar la seva capacitat. c) Aconseguir que dos o més processos funcionin en harmonia. El primer punt referit als processos que es duen a terme en un motor de 4 temps, per ordre, el primer es bombejar el comburent, afegir-li combustible, introduir la mescla comburent-combustible, cremar-lo, convertir la calor de combustió en treball (o potència) útil i per últim eliminar els productes o gasos de la combustió. Els diversos processos que conformen el cicle de quatre temps solen dependre de la velocitat de gir del motor o del temps disponible. A major velocitat de gir, menys temps hi ha per a que es porti a terme un procés determinat. En alguns casos, la posta a punt és una lluita contra el temps: per exemple, per aconseguir que entrin més gasos frescos en el motor a un règim de revolucions del motor determinat, o per aconseguir que entrin els mateixos gasos a majors revolucions. En els dos casos, es tracta d’aconseguir moure una quantitat determinada de gasos frescos amb un temps menor. Però no sempre està en la nostra contra el factor temps/velocitat. A l’augmentar les revolucions, existeix menys temps de que es produeixin pèrdues, com per exemple, que es perdi per l’escapament part de la calor del procés de combustió; o bé, el que es pitjor, que aquesta calor produeixi l’augment de la temperatura dels elements del motor. No es el mateix calor i temperatura. En realitat, la calor es defineix com la capacitat de realitzar un treball amb un temps determinat. Si un cos absorbeix calor i aquest cos no es dedica a fer una altra cosa, augmentarà la seva temperatura. Això no es desitjable en els motors, perquè la majoria dels materials es dilaten amb l’absorció de calor, i les seves folgances de treball s’alteren en conseqüència; a més a més, les temperatures elevades redueixen la resistència a tracció i la duració de la majoria dels materials, sent el cas extrem en els metalls, que s’acaben fonent i no tenen cap tipus de resistència. En els motors s’utilitza la calor generada en la combustió del combustible per a elevar la pressió (i la temperatura) dels gasos de combustió, la qual permetrà la seva conversió en treball durant l’expansió. Però a més a més, com ja s’ha dit, la calor de combustió també eleva la temperatura dels gasos, i es dispersa al metall del motor, als element refrigeradors i a l’escapament. A la pràctica, els motors amb encesa provocada (motors Otto) tenen una eficiència tèrmica o rendiment efectiu en l’eix d’entre el 22 % i el 29 %, és a dir com a màxim un 29 % de la calor o potència calorífica que es produeix en la combustió del combustible acaba sent utilitzada com a treball o potència útil en el cigonyal. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 39 Valdria la pena recuperar una part d’aproximadament un 75% de l’energia que es perd, però part de la calor es dedica a elevar la temperatura dels gasos i la pressió a un nivell P. La pressió actua sobre el pistó, on el seu capçal té una àrea Ap, de manera que es produeix una força puntual màxima amb valor P·Ap. Aquesta força empeny al pistó al llarg del cilindre, i fa girar el cigonyal. Durant la combustió, augmenta el nivell de pressió; a l’anar baixant el pistó pel cilindre, augmenta el volum de gas i per tant disminueix la pressió. La pressió P no es constant en cap període del cicle. La força P·Ap es transmet al cigonyal per mitjà de la biela, el seu angle en relació amb el cigonyal va variant al llarg del cicle. La biela exercirà una força màxima sobre el cigonyal quan formi aquest un angle de 90º, i aquesta posició exacta depèn de la longitud de la biela i de la distància del colze del cigonyal al seu eix. La posició del cigonyal on la força P·Ap és màxima i a la que l’efecte de palanca de la biela arriba al seu màxim, han de coincidir per a produir la major força sobre el cigonyal. Per a estudiar un cas extrem, si P arribés al seu màxim en el P.M.S. o immediatament abans, aleshores la força de la biela no serviria per a fer girar el cigonyal en el sentit adequat. En aquest cas, l’augment de pressió només serviria per augmentar encara més la temperatura del gas. Aquest fet es porta a terme si l’encesa està massa avançada. El parell motor és la força de rotació que es transmet al cigonyal, i depèn de :  La força d’empenta (P·Ap) que rep el pistó.  De l’angle entre la biela i el cigonyal, que aconsegueix el seu màxim quan aquests formen un angle de 90º. En aquest punt el parell valdrà P·Ap·h/2, on h/2 és la cursa del pistó dividida per dos 5 . Donat que tant P com l’angle del cigonyal varien constantment, el parell motor és el producte d’una constant per una pressió mitjana constant (pressió mitjana efectiva) per l’àrea del capçal del pistó pel valor de la meitat de la cursa del pistó, Eq [3.3]. El parell motor (Mt), serà funció de la pressió P, de l’àrea del capçal del pistó Ap i de la cursa del pistó h. Si el motor està en funcionament a unes revolucions n, la seva potència efectiva Ne (W) serà funció de Mt (N·m) i de n (r.p.s.) Per tant: Ne = 2··n·Mt [3.1] On: Nt: Potència efectiva en l’eix del motor (W) n: Règim de gir del motor (revolucions per segon – rps - ) Mt: Parell motor efectiu (N·m) D’altra banda, el parell motor efectiu per un motor de 4T es pot expressar com: On: Mt: Parell motor efectiu (N·m) pme: Pressió mitjana efectiva del cicle operatiu de motor (N/m2). VT: Cilindrada total del motor (m3). z: Nombre de cilindres del motor (en el nostre cas és un motor monocilíndric). Ap: Àrea del capçal del pistó (m2): h: Cursa del pistó (m). D: Diàmetre del cilindre (m). 5 Normalment es considera que la distància que hi ha entre l’eix de gir del cigonyal i l’eix que aguanta el cap de la biela, es la meitat de la cursa del pistó “h”. Tt Vpme 4π 1 M 2 h Apme 2π z Mpt  [3.2] [3.3] 2 pDπ/4A [3.4] TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 40 Per augmentar el parell motor Mt serà necessari augmentar la cilindrada del motor VT , l’àrea del capçal del pistó Ap o bé la cursa del pistó h, o incrementar la pressió mitjana efectiva del cicle pme. D’altra banda, si augmentem Mt i/o n, augmentem la potència Ne. Evidentment, si reduïm Mt i augmentem n en la mateixa proporció, la potència seguirà sent la mateixa. Però si es redueix Mt i s'augmenta més n, augmentarà la potència Ne. Si volem incrementar la pressió mitjana efectiva per millorar el parell motor s'ha de millorar el rendiment tèrmic. Alternativament, també s'elevarà si s'introdueixen més gasos (mescla airecombustible) al motor. De la mateixa manera, es pot augmentar la potència si es té el mateix parell (i en conseqüència, el mateix flux de gasos) a majors velocitats de gir del cigonyal. A igualtat de cilindrada, aquests dos sistemes suposen millorar d'alguna manera el flux de gasos. Generalment les pèrdues seran superiors als guanys; el secret es patir pèrdues en aspectes que no importin o que es puguin tolerar. En la Taula 3.2., es recullen les possibles modificacions en un motor de 4T i els seus resultats teòrics en quant a l’ increment de potència. Possible canvi en el motor de 4T Increment de potència (%) Problemes Millores sense modificacions estructurals 0 a 5 Disponibilitat de peces Entrada/filtre d'aire 0 a 15 Més soroll i menys potència a règims mitjos Escapament -10 a +10 Més soroll i menys potència a règims mitjos Lleves 5 a 10 Pèrdua de potència per sota del règim màxim Pujada de calibre del cilindre 5 Pèrdua de revolucions màximes, vibracions, pèrdues d'oli. Increment de la relació de compressió 5 Detonacions Carburador 5 Poca potència a règims baixos Modificació general per a curses 30 a 50 La moto no es podrà fer servir en via publica. Pèrdua de flexibilitat i fiabilitat. Taula 3.2. Modificacions possibles en un motor de 4T i els seus resultats teòrics en quant a l’ increment de potència (adaptat de [25]). 3.6.- L’escapament El sistema d’escapament és el que permet que els gasos de combustió produïts pel motor en el seu funcionament surtin del mateix i siguin expulsats a l’atmosfera de forma controlada. El sistema d’escapament en un motor alternatiu té tres funcions clarament diferenciades:  Evacuar els gasos cremats, evitant o reduint les contrapressions de l'escapament.  Reduir a nivells acceptables el soroll que produeix el procés.  Reduir a nivells acceptables les emissions contaminants a l’atmosfera. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 41 3.6.1.-Funcionament Quan el motor funciona en el seu cicle convencional, a l’obrir la vàlvula d’escapament s’alliberen gasos fruit de l’explosió, i surten del cilindre per la culata cap als col·lectors d’escapament amb una gran temperatura i una gran energia cinètica. Aquesta energia dels gasos d’escapament en ocasions s’ha aconseguit aprofitar mitjançant turbocompressors. Aquests gasos d’escapament no surten de forma continua del motor, surten amb un ritme molt concret establert per ordre de la encesa del motor i amb unes vibracions que en part són sonores. Les ones es poden aprofitar en benefici del rendiment del motor, ajustant la mida, la longitud i les unions dels diferents tubs d’escapament, de manera que ajudin a un millor emplenat del cilindre en la següent fase d’admissió. Segons com és el tub d’escapament l’ona que circula per l’interior pateix una sèrie de canvis quan arriba al seu final. Si el tub acaba amb un final tancat, l’ona rebota i canvia de direcció tornant cap al lloc d’origen. Si el final del tub està obert, l’ona canvia de forma, és a dir, si era una ona de pressió, es converteix en una de depressió. La direcció continua sent la contrària a la que tenia abans d’arribar al final del tub. Aquests canvis es poden aprofitar per a millorar l’extracció del gas d’escapament de la cambra de combustió, ja que , si en el moment en que la vàlvula d’escapament s’obre, hi ha una ona que afavoreix el pas dels gasos en el tub, la fase d’escapament serà més eficaç i hi haurà menys possibilitats de que hi hagi gas cremat que es quedi en l’interior del cilindre quan la vàlvula es tanqui. A règims de gir baixos gairebé no hi ha problemes, però si en els règims més elevats. 3.6.2.-Actuació de les ones d’escapament La funció del tub d’escapament és encarregar-se de modificar les ones de manera que ajudin a l’extracció dels gasos cremats en el cilindre. Un tub d’escapament és un conducte amb un final tancat , que correspon a l'extrem tapat amb la vàlvula d'escapament, i també hi ha un final obert, que correspon amb la sortida a l'exterior d'un dels seus extrems. Seguint la Figura 3.4 , el funcionament habitual dels tubs d’escapaments és el següent:  Quan s'obre la vàlvula d'escapament es crea una ona de pressió, que recorre el tub cap a l'exterior . Figura 3.4. Funcionament d’un tub d’escapament amb ones de ressonància [25]. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 48 3.7.2.2- Refrigeració forçada d’aire La majoria de motocicletes tipus “scooter”, tenen cobert el motor per una carrosseria que determina la impossibilitat d’evacuar la calor que genera amb l’aire de la marxa per tant, l’aire només té accés al motor de manera forçada. Un ventilador propulsat pel mateix eix del cigonyal, i que prenent l’aire pel seu centre, l’impulsa cap a la perifèria d’on surt a elevada velocitat passant per la carcassa que l’envolta directament a refredar el cilindre. El sistema disposa d’un seguit de comportes, comandades per un termòstat que minoren el temps d’escalfament del motor i adeqüen el sistema a la climatologia, reduint el flux quan l’ambient és fred i incrementant-lo quan és calent. D’aquesta manera s’obté una refrigeració eficaç, fins i tot quan el vehicle circula a marxa lenta. A: Aire C: Cilindre E: Carcassa evolvent P:Periferia T: Turbina Figura.3.6. Esquema d’un sistema de refrigeració forçada [33] TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 49 3.7.3. Sistema de refrigeració per aigua Els sistemes refrigerats per aigua són uns dels sistemes més eficaços en quant a fiabilitat i regulació del funcionament del motor. A la Figura.3.7, l’aigua surt del radiador a baixa temperatura i es dirigeix a la bomba centrifuga, on és impulsada per aquesta a entrar ràpidament al circuit interior del motor. Un cop dins, puja envoltant els cilindres, i refredant fins arribar a la culata, on completa el seu recorregut i es troba amb el termòstat. Si la temperatura és suficient (sobre 85°C), aquest estarà obert i el líquid tornarà cap al radiador entrant per la part superior. En travessar-lo, cedirà calor a l'aire que incideix en el radiador, de tal manera que la temperatura haurà disminuït i ja podrà realitzar un nou cicle. Si el líquid refrigerant té una temperatura inferior a la d'obertura del termòstat, aquest es tanca. Això obligarà a la majoria de l'aigua a recórrer el circuit secundari. Seguirà així fins escalfar prou i sortir al radiador. Figura 3.7. Esquema de funcionament d’un sistema refrigerat per aigua [34] La funció del termòstat és la d’impedir la sortida de l’aigua al circuit principal si l’aigua està freda, de tal manera que el motor pugui adquirir una temperatura adequada; si l’aigua està calenta, permet el seu pas cap al radiador, evitant el sobreescalfament del motor. En aquest projecte treballarem amb un sistema refrigerat per aigua. Malgrat que el d’aire és un dels sistemes més senzills i antic, el flux de calor resulta ser directament proporcional a la temperatura del medi, a l’àrea de superfície d’intercanvi i al coeficient de convecció-radiació entre l’aire i la superfície del material. Així doncs, com que el motor que ens donen ja està adaptat per instal·lar un sistema refrigerat per aigua i el cilindre no porta aletes, el motor anirà refrigerat per aigua. A continuació s’exposarà els elements necessaris pel bon funcionament d’un sistema de refrigeració per aigua: a) Radiador, b) Bomba d’aigua, c) Ventilador, d) Termòstat, e) Dipòsit d’expansió i f) Elements de control. Radiador Bomba d’aigua Motor tèrmic TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 50 3.7.3.1-Radiador El radiador es l’encarregat d’intercanviar la calor entre el líquid refrigerant i l’aire mitjançant una superfície d’intercanvi extensa. El radiador va col·locat a la part frontal de la motocicleta, de tal manera que la temperatura del refrigerant disminueix quan l’aire travessa les aletes del radiador. Cal anar amb molt de compte amb les aletes ja que són molt fines i es dobleguen amb molta facilitat. De vegades podem trobar una reixeta a la part frontal del radiador com a mesura de protecció. Si una aleta es doblega, no permetrà que el calor es dissipi, a causa de la impossibilitat de l’aire per travessar-les, fet que provocarà una capacitat de refredament menor. Tal i com es pot veure en la Fotografia 3.7, disposa de dos dipòsits, l’un amb boca d’entrada i l’altre de sortida, units per un dispositiu de panells de refrigeració. Els dipòsits poden anar situats a dalt i a baix o als costats, depenent de si es tracta d’un radiador de flux vertical o transversal, respectivament. Els més freqüents són els de flux transversal, ja que permeten abaixar el frontal dels vehicles per tal d’aconseguir un disseny més aerodinàmic. Fotografia 3.7. Radiador [35] El radiador s’incorpora a la carrosseria mitjançant suports elàstics de cautxú (silentblock), per evitar les vibracions, i està unit al motor per maneguets també de cautxú, de manera que per la part superior entra l’aigua calenta que prové de la culata i per l’inferior en surt refredada cap a l’entrada de la bomba d’aigua. L’aigua no entra al radiador i, per tant, tampoc en surt, si el termòstat està tancat. A la part superior disposa d’un tap que pot dur vàlvules incorporades per assegurar una certa pressurització del circuit. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 51 3.7.3.2- Bomba d’aigua La bomba és l’encarregada de fer circular el líquid refrigerant per l’interior del circuit. Normalment s’usen bombes de tipus centrífug per aportar cabals importants d’aigua a una pressió d’impulsió baixa. Està formada per una carcassa d’aliatge lleuger, fixat al bloc motor, amb interposició d’una junta per fer estanca la unió. El cos de la bomba disposa dels conductes i cambres d’aspiració i d’impulsió. Els uns s’uneixen a la part inferior del radiador i els altres s’acoblen directament en el bloc motor a les camises d’aigua. Fotografia 3.8. Bomba d’aigua part interior L’accionament de la bomba es pot dur a terme a través de la corretja d’accessoris o de la de distribució. En alguns casos també s’incorpora una bomba auxiliar que s’activa només durant els darrers minuts d’aturar el motor. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 52 3.7.3.3- Ventilador Darrere del radiador s’acostuma a posar un ventilador d’accionament elèctric que genera un corrent d’aire quan la marxa del vehicle no és suficient per a crear un cabal d’aire com per a refrigerar el radiador. Solen ser de plàstic, i aprofiten el flux d’aire que generen per a refrigerar també elements externs del motor. El més usual és l’electro-ventilador, anomenat d’aquesta manera perquè es mogut per un motor elèctric. La seva activació es governada pel termo-contacte i s’alimenta elèctricament amb la bateria. Actualment l’electro-ventilador va controlat mitjançant la centraleta de gestió del motor (ECU) i per tant el termo-contacte es substituït per un termistor negatiu o resistència NTC. Aquesta resistència disminueix el seu valor òhmic a mesura que s’incrementa la temperatura i n’informa a la centraleta. Antigament, el ventilador funcionava contínuament, independentment de la temperatura del motor. Figura 3.8. Electro-ventilador Honda [36] El cabal d’aire subministrat pel ventilador depèn bàsicament de la velocitat de gir, el diàmetre i el nombre i el grau d’inclinació de les pales. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 53 3.7.3.4-Termòstat El termòstat és una vàlvula que actua en funció de la temperatura. Es disposa a la sortida de la culata, abans del maneguet que comunica aquesta amb la part superior del radiador. S’encarrega de regular la temperatura de funcionament del sistema de refrigeració. Ajuda a escalfar el motor tancant-se, impedint així la circulació del refrigerant quan el motor està encara massa fred. A la Fotografia 3.8. podem veure un termòstat, a la part inferior té un cilindre farcit de certa substància de coeficient de dilatació molt alt (generalment cera). Quan l'aigua està freda la molla assegura el plat de tancament contra el seu seient, impedint d’aquesta manera al líquid sortir cap a l’exterior. Quan l’aigua està calenta, entre 85-90º, la cera continguda en el cilindre es dilata. Al dilatar-se empeny el pistó interior que el tanca, i aquest ho fa amb la barra central que toparà amb l’arc de tancament superior i deixarà passar el refrigerant cap al radiador on es refredarà. Encara que la pressió atmosfèrica canviï, el termòstat seguirà regulant la temperatura del motor adequadament. Fotografia 3.8. Termòstat 3.7.3.5-Dipòsit d’expansió El dipòsit d’expansió o reserva serveix per emmagatzemar temporalment el líquid refrigerant sobrant mentre el circuit està calent. En altres paraules, serveix per controlar el nivell de refrigerant. 3.7.3.6-Elements de control El sistema de refrigeració té circuits elèctrics que informen al conductor de l’excés de temperatura del líquid refrigerant a través de senyals lluminosos. Com a complement d’aquesta informació i de forma generalitzada, el quadre d’instruments incorpora una unitat de comandament que mostra al conductor, a més a més, la temperatura i el nivell del líquid refrigerant. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 54 3.8.- Sistema d’admissió La proporció entre l’aire atmosfèric i la benzina per a que es pugui realitzar la reacció de combustió de manera completa és aproximadament de 14,7 kg d’aire per cada kg de combustible. Si la proporció de mescla aire-combustible es diferent de l’estequiomètrica es diu que la mescla es rica o pobre en combustible. Si la proporció d’aire es major, obtindrem una mescla pobre. Les mescles pobres tenen el seus avantatges: contaminen menys i la gasolina reacciona gairebé del tot. No obstant això, també tenen l'inconvenient que augmenta la temperatura del motor i pot arribar a produir la detonació, en incrementar la temperatura dels gasos de combustió i, conseqüentment, la seva pressió. La mescla rica suposa un malbaratament de gasolina, augmenta la contaminació i es crea monòxid de carboni, que és un producte derivat d'una combustió parcial de l'hidrocarbur. L'avantatge de les mescles riques és que disminueix la temperatura del motor. Tanmateix, la seva major contaminació i consum les fan poc acceptables. Els elements involucrats en la realització de la mescla són: carburador o injector i el filtre d’aire. 3.8.1-El carburador El carburador és un dels mecanismes que permet alimentar al motor amb la mescla d’aire i gasolina adient. Per aconseguir aquesta alimentació, dosifica la benzina, i la polvoritza en l’aire que ha d’aspirar el motor. Cada règim exigeix una dosificació exacta per a que el motor funcioni de manera òptima, i la mescla aspirada sigui l’adequada, ni rica ni pobre. El carburador s'explica inicialment mitjançant el principi de Venturi. Si un corrent del fluid passa per un estrenyiment, es produeix un augment de la seva velocitat i una disminució de la pressió que exerceix sobre les parets de l'estrenyiment. És a dir, si una massa d'aire es trasllada per un conducte amb una velocitat donada i es troba amb un lloc en el que el pas es restringeix perquè, un cop sobrepassat aquest estrenyiment, la velocitat i el cabal siguin els mateixos que originalment, la velocitat haurà hagut d'augmentar a la zona on la secció era menor. Aquest augment de la velocitat de l'aire produeix una depressió que pot aprofitar-se per fer que la gasolina ascendeixi per un tub, formant així la mescla d'aire i gasolina que necessitem per alimentar el motor. És important que la mescla sigui homogènia per tal d’assegurar que el front de flama es desplaci amb velocitat, és a dir, que l'explosió es realitzi convenientment. Tot això porta a la necessitat de resoldre el problema que planteja l'obligació de disposar de diferents quantitats de mescla i en diferents proporcions, depenent del règim i del tipus de sol·licitació. Aquest procés és bastant complicat tant en la teoria com en la pràctica i el resol el carburador. Per això necessita un sistema de regulació. L'elecció del calibre adequat és vital perquè el motor no consumeixi mescles ni riques ni pobres. El conjunt format pel sortidor d'alta i la part inferior de la xemeneia està submergit en gasolina dins de la cuba, el que li proporciona un cert nivell preestablert de combustible, regulat per un flotador. L’encarregat de proporcionar la quantitat de combustible necessària és l’agulla, que té una forma cònica i es desplaça dins la xemeneia. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 55 Observant la Figura 3.9, el conjunt format pel cos del carburador, la campana, l'agulla, la xemeneia, el sortidor d'alta i el circuit emulsionador, constitueix l'anomenat circuit "d'alta" o "principal". El circuit "emulsionador" consisteix en un fi conducte que parteix de la base de la tovera d'admissió, va paral·lel al conducte d'admissió, i desemboca als voltants de la xemeneia. La seva finalitat és afegir aire a la columna de gasolina que puja per la xemeneia i, d'aquesta manera, anar polvoritzant. Figura 3.9. Parts d’un carburador (adaptada de [37]) TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 56 El carburador està format de diversos circuits que s’encarreguen de resoldre totes les situacions particulars:  El circuit de baixa s'encarrega de proporcionar la mescla al motor quan el comandament del gas està tancat, i ho fa de manera independent al circuit d'alta. Cal tenir en compte que, encara que del sortidor surt gasolina barrejada amb aire, la dosificació de la mateixa és molt rica, ja que s'ha d'unir al corrent d'aire sense gasolina que la campana deixa passar. Els cargols de regulació disposen d'una molla que evita el seu desajust, així com d'una volandera tòrica per evitar possibles entrades incontrolades d'aire a través de la rosca. Amb el cargol de regulació s'adequa la carburació en baixa a les necessitats de cada motor . També disposem d'un cargol de regulació del ralentí.  El sistema "d’arrencada" o "starter". Aquest sistema es justifica en la mesura que, en fred, la gasolina es condensa en les parets dels conductes, empobrint la barreja que arriba al motor. Per tant, per disposar de més riquesa. Un mètode molt usat en carburadors senzills consisteix en escanyar el corrent d'aire mitjançant una portella. En els casos més elaborats, el mateix comandament que barra el pas a l'aire s'encarrega d'accelerar lleument el règim del ralentí . 3.8.2-La injecció electrònica Un altre mètode més actual alhora de realitzar la mescla i introduir-la al motor és l’injector. Els avantatges fonamentals del carburador, resideixen en la seva simplicitat, i en un menor cost de fabricació. A part d'això, la seva aplicació comporta diversos inconvenients, com ara la disminució de l'ompliment real del motor respecte del que es podria considerar com a ideal a causa del Venturi. La papallona de l’accelerador és l’únic sistema d'injecció que fa possible de forma lliure l'entrada d'aire al motor en la injecció electrònica. En l’alimentació amb carburador, el carburador la restringeix de forma parcial, ja que empra part de l'energia que aquest aire posseeix per emulsionar el carburant al Venturi. Aquest ha d'aconseguir accelerar la gasolina que estava parada dins del carburador, i ho aconsegueix a base de perdre velocitat respecte a la qual podria tenir, si no es veiés obligat a passar pel difusor. El resultat final és que l'ompliment és més gran en el primer sistema, de manera que la potència augmenta clarament. A més, en el segon sistema es produeixen altres tipus d'efectes no desitjats, com és l'aparició d'una pel·lícula de combustible d'espessor variable que es condensa en les parets dels conductes d’admissió, i les modificacions influeixen negativament en la dosificació de la mescla . En un motor dotat d'injecció, això s'obvia per estar els injectors col·locats immediatament abans de les vàlvules d’admissió, al final dels col·lectors d'admissió. A part de tot això, l'avantatge fonamental d'un sistema electrònic d'injecció, es basa en que s'adequa estrictament a les ordres que se li hagin gravat prèviament en la memòria de la unitat computeritzada central, un autèntic cervell de tot el conjunt. En resum, un motor actual dotat d'aquest refinament, aconsegueix major potència, acompanyada d'una significativa reducció en el consum, motivada pel millor aprofitament de la gasolina . TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 57 Qualssevol sistema d’injecció electrònica està format de tres parts fonamentals:  Un grup de sensors per conèixer els valors de tots els paràmetres que influeixen en la proporció de la mescla format per: mesurador d’aire, caixa de contactes, captador inductiu del cigonyal i sensor de temperatura del refrigerant.  La unitat electrònica de control o ECU, que d'acord amb aquests valors, decideix la quantitat, i fins i tot el moment òptim, per a la injecció de la gasolina. Aquest subconjunt consta de quatre parts: una que mesura el volum d'aire que ingressa en cada moment al motor, cabalímetre, i determina la quantitat d'aire que entra al motor; una altra que assenyala el grau d'obertura de l'accelerador, anomenada caixa de la papallona o caixa de contactes; una tercera encarregada de detectar el règim del motor; i una quarta que mesura la temperatura del líquid refrigerant del motor.  Elements que directament realitzen l'aportació del carburant com ara la bomba elèctrica de gasolina, el filtre renovable, la rampa de distribució, els injectors i el regulador. El funcionament d’un sistema d’admissió amb injecció electrònica seria el següent: partint des del dipòsit de combustible, la bomba proporciona al sistema la pressió adequada de combustible cap a l’injector. Freqüentment se situa el filtre després de la bomba per alliberar al màxim d’impureses en l’injector. Aquesta pressió ha de ser controlada per un regulador, generalment incorporat a la rampa d'injectors i fa que, al mantenir constant el subministrament, el tipus d'esprai de l'injector sigui sempre el mateix. L'excés de combustible es retorna al dipòsit. També se sol trobar un molla al regulador de pressió, quan aquest està muntat a la rampa d'injectors. La seva funció és eliminar les pulsacions del sistema a conseqüència de les successives obertures i tancaments dels injectors. Figura 3.10 Esquema d’un injector [38] Un cop arribem a la zona d'injecció, els injectors no són més que petits solenoides o bobines que responen a impulsos electromagnètics obrint o tancant el pas de combustible durant uns mil·lisegons. La quantitat aportada dependrà del cabal de l'injector i del temps que aquest estigui TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 64 4.1.- El motor El motor subministrat per l’organització és un Sherco 250i-r (veure Fotografia 4.3) i que tots els equips hauran de portar el dia de la competició. Les característiques del motor es relacionen en la Taula 4.1. CARACTERÍSIQUES Tipus 4 temps d'1 cilindre amb líquid refrigerant Cilindrada 249,4 cc Diàmetre / Cursa 78/52 mm Relació de compressió 12,6:1 Gasolina Súper, sense plom, amb índex d'octans de 98 Distribució 4 vàlvules, DOHC, comandament per cadena Diàmetre vàlvula admissió 29 mm Diàmetre vàlvula escapament 25 mm Joc en fred vàlvula admissió 0,15-0,2mm Joc en fred vàlvula escapament 0,2-0,25mm Rodaments de cigonyal 2 rodaments de rodets cilíndrics Pistó Alumini forjat Lubrificació Greixatge per circulació a pressió mitjançant 2 bombes Oli motor 1 litre SAE 10W60 Transmissió primària (70:21) Canvi 6 marxes 1 (33:14) 2 (30:17) 3 (28:19) 4 (26:21) 5 (24:23) 6 (22:25) Transmissió secundària 13X48 Embragatge Multi disc en bany d'oli comanda hidràulica Sistema d'arrencada / bateria Arrencada elèctrica/12V 4 Ah Injecció electrònica Magnetti Marelli Pes 26 kg Taula 4.1. Característiques del motor Sherco 250i-r [10] TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 65 És un motor d’enduro amb orígens en la motocicleta del pilot Fabien Planet per al Campionat del Món del 2013. Aquest motor va muntat en la Sherco 250SE (veure Fotografia 4.2) a la venda en concessionaris, i és considerat per molta gent com el millor motor d’enduro. Es caracteritza per un bloc de “carrera llarga”, amb un gran rendiment a baix i mig règim, i amb l’objectiu de reduir el fre motor característic dels motors 4 temps. Fotografia 4.2. Motocicleta d’enduro Sherco 250SE [39] Fotografia 4.3. Motor Sherco 250i-r En funció de la mesura de la cursa del pistó ( h ) i del diàmetre del cilindre ( D ) direm que:  D > h : Motor super-quadrat  D = h : Motor quadrat  D < h : Motor allargat El diàmetre del nostre motor és de 78 mm i la cursa és de 52 mm. Per tant: 78 mm > 52 mm  D > h  És un motor super-quadrat Avui en dia és molt comú la fabricació de motors amb major diàmetre que cursa, amb l’objectiu de que al disminuir la cursa es redueix la velocitat lineal del pistó i per tant el desgast dels cilindres. Els avantatges dels motors quadrats i super-quadrats són:  Com més gran és el diàmetre ( D ), es permet col·locar grans vàlvules a la culata, que milloren l'ompliment del cilindre de gas fresc i l'evacuació dels gasos cremats.  Les bieles poden ser més curtes, amb el que augmenta la seva rigidesa.  Es disminueix el fregament entre pistó i cilindre per ser la cursa més curta, i per tant, les pèrdues de potència degudes a aquest fregament.  Cigonyal amb els colzes menys sortints, és a dir, més rígid i de menor pes. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 66 Els inconvenients són:  Es provoca un menor grau de buit al carburador, de manera que la mescla es polvoritza pitjor, i per tant, es desenvolupa menor potència a baix règim.  Els pistons han de ser més grans i per això més pesants.  Menor capacitat d'acceleració i reprise 6 4.1.1. Càlcul de la cilindrada unitària i total El volum comprès entre les dues posicions del pistó entre el PMI (punt mort inferior) i PMS (punt mort superior) s’anomena cilindrada unitària “VD”. El seu valor és igual a l’àrea de la base del pistó AP, per la seva cursa “h”. L’àrea del pistó AP vindrà donada en funció del diàmetre D. Per tant, [4.1] On: AP : àrea del pistó ( mm2 ). D : diàmetre del pistó ( mm ). Analíticament, si sabem que el diàmetre del cilindre val 78 mm: = 4778,36 mm2 = 47,7836 cm2 Un cop trobada l’àrea del pistó podrem calcular la cilindrada unitària: [4.2] On: VD: cilindrada unitària ( cm3 ) h: cursa del pistó ( cm ). Sabent que la cursa del pistó és de 52 mm: VD = 5,2 cm·47,7836 cm2 = 248,47 cm3 En els casos en que el motor consti de més d’un cilindre, es multiplicarà la cilindrada unitària VD pel nombre de cilindres Z per a obtenir la cilindrada total VT. VT = Z · VD [4.3 a] [4.3 b] On: Z : nombre de cilindres del motor (enter). VT : Cilindrada total del motor (cm3) En el nostre cas, com que només tenim un cilindre, Z = 1: VT = 1 · 248474,8 mm3 = 248,47 cm3 6 Reprise: capacitat del motor de passar d’un nombre de revolucions a un altre superior en poc temps. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 67 4.1.2. Càlcul del volum de la cambra de combustió del motor En el motor de quatre temps de gasolina s’observa que la mescla carburada s’ha de comprimir en el interior del cilindre abans de saltar la guspira a la bugia, per a que es realitzi la combustió en les condicions adequades. Aquesta compressió prèvia es tant important, que la potència d’un motor depèn en segon lloc d’aquest valor, fins al punt de que tot motor es dissenya de manera que tingui la màxima relació de compressió que pugui suportar el combustible disponible en el mercat, la seva qualitat del qual es mesura pel nombre d’octans. El volum o zona escombrada pel pistó en el seu recorregut entre el dos punts morts s’anomena cilindrada o desplaçament “VD”. Dins del cilindre, generalment en una cavitat practicada en la culata, existeix un volum addicional “VCC” al que s’anomena “volum de la cambra de combustió”. Aquest volum no es pot incloure dins de la zona que recorre l’èmbol, i per això s’anomena també “volum residual”, ja que no es evacuat per l’èmbol ni al final de la cursa d’escapament. La relació de compressió volumètrica ( r ) és la proporció existent entre el conjunt del volum total que avarca el cilindre en el seu interior quan el pistó es troba en el seu P.M.I., format per VD més VCC. El volum en la cambra de combustió VCC és el que confina tota la mescla a pressions i temperatures elevades un cop ha arribat al P.M.S. [4.4] On: r: relació de compressió volumètrica (adimensional) VCC: volum de la cambra de combustió ( cm3 ) VD: cilindrada unitària ( cm3 ) El valor de la relació de compressió del nostre motor és r = 12,6 i s’expressa com 12,6:1. Interessa elevar tot el possible aquest valor ja que d’aquesta forma s'incrementa la potència obtinguda però té un límit per a cada combustible emprat per a no donat lloc al fenomen de la “detonació”. Per tant, com s’està comentant, l’inconvenient d’una elevada relació de compressió és la temperatura i la pressió al final de la cursa de compressió que també creixen simultàniament, i es pot donar el cas que la mescla s'inflami espontàniament. Aquest fenomen es coneix amb el nom de "detonació " o "auto encesa" de la mescla, i pot produir danys greus en el motor. La relació de compressió real difereix de la que acabem de veure únicament en què, a l'hora de considerar la cilindrada, se substitueix el volum del cilindre per un altre menor que comença a comptar en l’endarreriment del tancament de l’admissió (RCA), en lloc de fer-ho al PMI. Es té així en compte el diagrama de distribució real. Si sabem que el motor té una relació de compressió de 12,6:1 i volem calcular el volum de la cambra de combustió : 12,6· = = 21429,22 mm3 = 21,43 cm3 Com a nota pràctica, la prova de verificació de compressió a la qual se sotmeten els motors ha de donar valors superiors fins i tot a la relació teòrica. Això és degut a la inèrcia dels gasos que augmenta el rendiment de l'ompliment dels cilindres, i que és variable en cada motor. Aquesta operació serveix per comprovar que els seus segments s'ajusten adequadament i les seves vàlvules tanquen bé, estant en condicions d'evitar fuites no desitjades i proporcionar amb això una compressió de la mescla suficient, el que es reflectirà en una potència adequada. Per contra, si s'ha desgastat per l'ús o mal manteniment, afectarà en una manca de rendiment. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 68 4.1.3. Càlcul de la velocitat lineal mitjana del pistó (Cm) El pistó en el seu moviment alternatiu agafa velocitats que van de zero fins a la seva velocitat màxima. D’aquest moviment es pot obtenir una velocitat lineal mitjana del pistó que es pot expressar en funció de la cursa del pistó i del nombre de revolucions del cigonyal. En una volta (o revolució) del cigonyal, el pistó recorre una distància igual a dues curses, es a dir 2·h metres. Si el règim de gir del motor és n (rps), vol dir que fa n voltes cada segon, o bé cada (1/n) segons fa una volta. Si la velocitat mitjana s’expressa com el quocient entre la distància i el temps, la velocitat lineal mitjana del pistó Cm és: Cm = 2·h·n [4.5] On: Cm: Velocitat lineal mitjana del pistó (m/s). h : Cursa del pistó (m). n : Règim de gir del motor (revolucions per segon: rps o s-1). Si sabem que la cursa del pistó ( h ) és 0,052m, i el règim de gir ( n ) corresponent a la màxima potència és de 12.000 rpm, llavors la velocitat lineal mitjana del pistó és: Cm = 2·0,052 m· = 20,8 m/s Taula 4.2. Valors típics de de la velocitat lineal del pistó a la màxima potència Per tant, segons la Taula 4.2, com que la velocitat lineal del nostre motor està dins el rang de 15 - 23 m/s, podem classificar el nostre motor com un Motor d’encesa provocada esportiu. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 69 4.2.- Cos d’injecció El cos d’injecció està format per l’injector i el cos regulador del gas. El funcionament d’aquests dos sistemes s’ha explicat l’Apartat 3.6.3.2. La injecció electrònica. Per a connectar l’injector a la instal·lació, haurem de fer servir el mapa de la instal·lació elèctrica de l’Annex A.7.6. Buscarem el cable salmó que surt del pin 13 i el connectarem amb el pin 1 de l’injector, i connectarem en paral·lel el cable verd que surt del pin 4 a al pin 2 de l’injector. Per connectar el cos regulador del gas serà molt més senzill ja que la instal·lació ja porta un endoll mascle i el regulador la femella. Finalment, farà falta posar el cable metàl·lic que surt del puny de gas fins a la mitja lluna que podem observar a la Fotografia 4.5. Fabricant: Magneti Marelli Ref:2194(250i-r) Fotografia 4.4. Cos d’injecció-Planta Fotografia 4.5. Cos d’injecció-Perfil Fotografia 4.6. Cos d’injecció-Alçat TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 70 4.3.- Filtre d’oli El filtre d’oli és un element bàsic per al bon funcionament del motor i té un cost tan baix que es recomana substituir-lo cada cop que sigui necessari canviar l’oli lubricant del motor. Aquests filtres s’elaboren generalment de paper de cel·lulosa, cotó i materials sintètics mitjançant un sistema senzill: el paper es col·loca sobre una carcassa metàl·lica per a que la pressió de l’oli no el deformi i s’enrosca sobre la peça de suport en el circuit de lubricació. La seva principal funció és protegir l’oli lubricant de les impureses que puguin arribar a ell abans de que s’iniciï el recorregut de lubricació pel circuit de greixatge del motor. Si es prescindís d’ell, les partícules metàl·liques que es desprenen de la fricció d’alguns elements i els residus de combustió passarien a l’oli i conduiria a un procés de greixatge de les peces del motor que podria arribar a provocar desgastos prematurs en els coixinets o rodaments, generant al seu pas averies en pistons i camises així com obstruccions en qualssevol element mòbil del motor. La situació es complica en aquest últim cas ja que les obstruccions són especialment perilloses per al motor del vehicle i podrien derivar al “gripatge del motor” generat per la pèrdua de pressió d’oli. Marca: BOSCH FM K148 Fotografia 4.7. Filtre d’oli-Perfil Fotografia 4.8. Filtre d’oli-Alçat TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 71 4.4.- Suspensió davantera - Forquilla davantera YAMAHA: Inclou tija de direcció i eix de direcció (veure Fotografia 4.9) La suspensió funciona mitjançant oli i molles, no permet cap regulació llevat el canvi de l'oli, i la modificació dels hidràulics Fotografia 4.9. Forquilla davantera 4.5.-Suspensió posterior - Amortidor posterior + molla (Veure Fotografia 4.10) Es tracta d'un amortidor de la marca SACHS, és un dels més barats del mercat, no té regulació de compressió ni d'extensió, tampoc té la possibilitat de regular la pre-càrrega. Per reglament es permet el canvi del líquid d’aquest, però físicament no és possible, ja que l'amortidor ve precintat de manera especial de fàbrica. Fotografia 4.10. Suspensió posterior + molla TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 72 4.6.- Llantes - Llanta davantera :YAMAHA 2,75”X17” (veure fotografia 4.11 esquerra) - Llanta posterior : YAMAHA 3,75”X17” (veure fotografia 4.11 dreta) Fotografia 4.11. Llanta davantera i posterior 4.7.- Pneumàtics - Pneumàtic davanter: DUNLOP KR149 95/70R17 (veure Fotografia 4.12 esquerra) - Pneumàtic posterior: DUNLOP KR133 115/70R17 (veure Fotografia 4.12 dreta) Fotografia 4.12. Pneumàtic davanter i posterior TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 73 4.8.- Frens - Components del sistema de frenat: Maneta de fre davanter+ bomba, pinça de fre davanter Fotografia 4.13. Maneta fre davanter + pinça Fotografia 4.14. Pinça de fre davanter - Bomba de fre posterior, pinces davanteres i posteriors. Fotografia 4.15. Bomba fre posterior Fotografia 4.16. Pinça de fre posterior Marca: J. JUAN Marca: J. JUAN TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 80 5.3.- Botó de tall d’encesa El botó de tall d’encesa provoca una aturada dràstica de la motocicleta, talla l’electricitat del sistema i per tant s’atura l’encesa de la bugia i a conseqüència d’això s’atura la motocicleta. No es recomanable utilitzar-lo de costum per a aturar la moto, ja que s’omple la cambra de combustió de mescla i no es realitza la combustió, de tal manera que quan s’intenti posar en marxa un altre cop el motor, la cambra tindrà la mescla que ja tenia i la introduïda en aquell moment per l’injector. Només s’utilitza en cas d’emergència. És un botó obligatori en totes motocicletes de competició, en cas de caiguda, tots els comissaris de pista saben que si la moto no s’atura la manera més ràpida d’aturar-la és amb aquest botó. Al portar el connector, la seva instal·lació només consistirà en buscar al plànol de l’Annex A.7.6. quin pin és la sortida de la ECU per aquest botó i trobar el connector en la del cablejat. En aquest cas el Pin 20 (cable vermell-negre) es connecta amb el pin 2 (cable blanc-negre) del cablejat del botó i el negre amb el pin 22 (cable negre) amb el pin1 (cable verd) del cablejat del botó. Segons el mapa de la instal·lació els cables del botó haurien de ser negre i negre-vermell, en el nostre cas, el negre correspon al verd i el negre-vermell a blanc-negre. Fotografia 5.3. Botó tall d’encesa Fotografia 5.4. Conjunt botó tall d’encesa TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 81 5.4.- Regulador El regulador s’encarrega de regular la quantitat de voltatge que arriba a la bateria, procedent del plat magnètic que és l’encarregat de generar-la. Podem dir que quan s’acciona el botó d’encesa de la motocicleta, el motor d’arrencada consumeix molta corrent de la bateria de la moto provocant que perdi part del voltatge que tenia emmagatzemat al moment d’encendre el motor, aleshores el regulador entrega la màxima carrega a la bateria. Una altra funció del regulador és la de rectificar el corrent que surt de l’estator o generador. Aquest estator té un bobinat el qual mitjançant l’acció de rotació del camp magnètic al volant, genera el voltatge a mesura que el motor accelera i aquest voltatge s’incrementa. Aquest voltatge produït pel conjunt de l’estator es altern (AC), en canvi la bateria és continu (DC) i necessita que arribi òbviament corrent DC. Aquesta acció és la de rectificació de corrent AC en continua o DC. Físicament és com una pastilla de sabó, en la majoria de casos amb una cara metàl·lica on porta unes aletes de refrigeració per a dissipar el calor, i l’altra sol estar segellada hermèticament amb plàstic on realment es troben els components rectificadors/reguladors del circuit. La seva instal·lació és molt senzilla, només cal localitzar en el cablejat de la instal·lació una connexió amb 5 cables. Fotografia 5.5. Regulador TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 82 5.5.- Relé d’arrencada El relé d’arrancada, també conegut com solenoide d’arrencada, té dues funcions: una com a relé normal, és a dir, per a connectar i desconnectar un circuit elèctric. I la segona té la missió de desplaçar el pinyó d’arrancada per a que aquest s’engrani amb la corona del volant d’inèrcia del motor tèrmic i així transmetre el moviment del motor d’arrencada al motor tèrmic. Observant la Fotografia 5.6 , el relé del projecte porta dos fusibles, un de 30 A connectat al pin B i cable vermell, i un de 15 A al pin 4 connectat al cable taronja. A més a més, farà falta connectar un endoll de quatre pins del cablejat elèctric amb els quatre pins que estan entre els dos fusibles. Fotografia 5.6. Relé d’arrencada connectat Fotografia 5.7.Perfil relé d’arrencada 5.7.- Sensor de pressió i temperatura d’aire Entre la papallona del cos d’injecció i el filtre d’aire van incorporats dos sensors interns que mesuren la pressió i la temperatura de l’aire. Aquest sensor aconsegueix una resposta molt més eficaç i fins i tot una reducció del consum. Les dades obtingudes permeten corregir desfases per alçada o perquè el filtre d’aire estigui més brut o carregat de pols. Optimitza el rendiment del motor ja que sabent el volum d’aire aspirat i la seva temperatura, la centraleta pot calcular el consum exacte de combustible per a cada embolada del pistó. Sembla un element sense transcendència, però si no s’instal·la o es troba en mal estat, la motocicleta talla la injecció a 2.000 rpm. Per connectar-lo només s’haurà de connectar el pin 18 (cable marró del cablejat) al pin 1 (cable marró) del sensor, i el pin 22 (cable negre del cablejat) al pin 2 (cable negre) del sensor. Fotografia 5.8. Sensor de pressió i temperatura TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 83 5.7.- Bugia, bobina i pipa de la bugia La bugia d’encesa, imprescindible en el motor de gasolina, s’encarrega d’encendre la mescla d’aire i combustible. La qualitat d’aquesta encesa influeix en molts aspectes fonamentals per al funcionament del vehicle i pel medi ambient, el rendiment i l’eficàcia del motor i les emissions contaminants. Una bugia ha d’encendre la mescla entre 1000 i 6500 vegades per minut en un motor 4T, per tant, és d’extrema importància disposar d’una tecnologia moderna per a poder complir les normes relatives als gasos contaminants i per a reduir el consum de combustible. La bugia triada per aquest projecte té les característiques donades en la Fotografia 5.9 Marca: DENSO Model: U-ETR Potència: 24 W Diàmetre del cargol: 10mm Abast de rosca: 19mm Tipus de seient: pla Mida Hex: 16mm Construcció: 2 elèctrodes de terra (especial) Tipus de terminal: Rosca-Terminal Fotografia 5.9. Bugia DENSO U24ETR La pipa de la bugia s’encarrega de transmetre el corrent d’alt voltatge a la bugia per a generar la guspira. La seva forma es per a permetre una forma de connectar ràpidament el cable i la bugia. Les principals característiques de qualssevol pipa de la bugia són:  Excel·lent aïllament elèctric  Resistència a altes temperatures  Excel·lent supressor d’interferència  Excel·lent hermeticitat contra la humitat  Resistent als atacs de productes químics Fotografia 5.10. Pipa de la bugia Figura 5.2. Esquema pipa de la bugia [8] TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 84 La bobina és l’encarregada de transformar la baixa tensió procedent de la bateria en alta tensió per tal d’aconseguir els aproximats 30.000 volts que són necessaris en la bugia a l’hora de fer explotar la mescla d’aire-combustible. A la Fotografia 5.10 es pot veure una bobina d’última generació amb la pipeta de la bugia integrada de manera que el conjunt és menor en dimensions i més lleuger. Estalviant així els cables de bugia que a la llarga acaben tenint una resistència excessiva o acaben trencant-se. La pipa de la bugia s’observa a la part de la dreta – en color negre la bobina i de goma flexible.- mentre que a la part esquerra del mateix dibuix, la part superior de la mateixa peça, es correspon a la bobina, folrada de plàstic rígid per tal de quedar ben aïllada de la resta de components. La bobina esta formada per un nucli ferromagnètic sobre el qual s’enrotlla un primer bobinat anomenat secundari i sobre aquest bobinat es col·loca un altre bobinat anomenat primari. Segons el principi de funcionament dels camps electromagnètics se sap que per on circula un corrent elèctric es genera un camp magnètic, i que on hi ha un camp magnètic es genera un corrent. Jugant amb el gruix dels bobinats i les espires dels mateixos s’aconsegueix transformar la baixa tensió en alta. Per aconseguir-ho, es fa passar un corrent elèctric pel circuit primari que té moltes espires i és molt prim, generant un camp magnètic. Aquest camp magnètic es concentra, gràcies al nucli ferro magnètic, al secundari en el moment en que deixem de fer passar la corrent pel primari. El camp magnètic que és absorbit pel secundari es troba amb un bobinat curt i gruixut aconseguint així crear l’alta tensió que connecta directament a la bugia a través de la pipeta. 5.8.- Bateria La bateria és l’element del sistema elèctric que més manteniment precisa pel seu bon funcionament i per a la seva conservació. La seva vida ja és de per si bastant curta, però encara es pot deteriorar més ràpidament quan baixen els nivells de càrrega de l’electròlit. Quan la bateria es troba exposada al sol, és habitual que baixi el nivell, a causa de l’evaporació de part de l’aigua de l’electròlit. L’àcid no pateix l’evaporació, i per tant la concentració de l’electròlit augmenta, sulfatant-se les plaques poc després i quedant inutilitzables. El fet de quedar-se les plaques exposades a l’aire accelera el procés. No s’ha d’endarrerir mai la reposició d’aigua destil·lada que torni el nivell i la concentració adequades de l’electròlit. És important permetre una bona respiració als gasos que expulsa la bateria, són molt corrosius, i si el respirador es troba obstruït, pot fer explotar-la. Cal comprovar que el respirador està degudament connectat al tub que impedeixi que l’àcid gotegi sobre qualssevol part de la motocicleta. El manteniment correcte consisteix en mantenir el nivell i la càrrega mitjançant revisions periòdiques, i en protegir els pols de la bateria i els seus contactes amb vaselina o productes específics existents per evitar la sulfatació. Per tal de mesurar l’estat de la bateria de la motocicleta, necessitem un tester comú analògic o digital. Hem de posar el tester amb el selector de camps o rangs i fem que mesuri en DC i recolzem els terminals en els mateixos de la bateria, el vermell (+) i el negre( – ), massa. Abans d’engegar la moto mesurem el voltatge de la bateria la qual hauria de donar entre 12 i 12,8 Volts, podria ser una mica més, però dependrà bàsicament de la qualitat de la bateria instal·lada en la motocicleta. Un cop mesurat el voltatge amb la moto apagada, pressionem el botó d’arrancada del motor de la motocicleta i repetim la proba, en aquesta segona prova s’hauria de tenir una lectura al tester de 12,8 a 14 Volts. Si tot funciona correctament, hauria de carregar en 13,5 que és un pro mig bo i lògic al passar uns quants minuts amb el motor encès. Aquest alt voltatge s’ha de donar per a que la càrrega de la bateria es recuperi, el regulador entrega el TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 85 màxim a la bateria. En cas contrari, quan la moto està rodant i li dóna bona càrrega a la bateria, el regulador hauria de començar a baixar la càrrega fins a derivar l’excedent de càrrega al xassís de la moto. S’ha optat per una Bateria de la marca PowerBike de 12V i 4Ah (YB4LB), s’ha triat de 4Ah i no de 6Ah com diu el fabricant per tal de reduir pes en la motocicleta (veure Fotografia 5.11). La motocicleta arranca igual, però la durabilitat d’aquesta es veurà reduïda si encenem i apaguem la motocicleta molt seguidament. Per a la realització d’aquest projecte s’ha comptat amb el motor d’encesa que porta incorporat el motor, però més endavant es traurà el motor d’encesa i la motocicleta s’engegarà amb un d’extern. D’aquesta manera, reduïm el pes de la motocicleta i la bateria només serà emprada per la Unitat de Control Electrònica (ECU). Fotografia 5.11. Bateria powerbike 12V i 4Ah Aquesta bateria si que precisa manteniment, així doncs, un cop comprada s’haurà d’abocar una ampolla d’àcid a cada un dels 6 forats i deixar reposar la bateria una hora. Al cap d’una hora la bateria ja està llesta per a funcionar. L’avantatge d’aquest tipus de bateries és que la seva vida d’ús és molt més llarga si es porta un bon manteniment. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 86 5.9.- Dipòsit i bomba de benzina El dipòsit de combustible és un contenidor segur per a líquids inflamables que forma part del sistema del motor i on s’emmagatzema el combustible. Mitjançant la bomba de benzina el combustible és propulsat o alliberat en fase gasosa a pressió en el motor. S’ha optat per comprar un dipòsit amb bomba de benzina incorporada. Finalment s’ha comprat el dipòsit de la Yamaha YZF R125 (Fotografies 5.12 i 5.13) per dos motius:  Capacitat d’emmagatzematge: mentre que el dipòsit original és de 8,5 L, el dipòsit adquirit és de 11,5 L. El fabricant de la motocicleta no ha volgut proporcionar les dades sobre consums, i tampoc s’ha trobat per internet, d’aquesta manera s’ha optat per comprar-ne un de més gran per fer proves i un cop l’equip hagi determinat el consum comprar-ne un de més petit si fes falta o fabricar-lo.  Geometria: el dipòsit original té poca llargada i molta alçada, el dipòsit adquirit és de poca alçada i més llargada. El dipòsit de combustible ha d’anar el més baix possible ja que és una massa considerable, i a més a més conté líquid que es pot moure dintre el dipòsit, cosa que accentua la transferència de masses. Amb aquest dipòsit afavorim l’aerodinàmica de la motocicleta i la posició del pilot. També fa baixar el centre de gravetat i millora el comportament dinàmic de la motocicleta. Fotografia 5.12. Dipòsit de benzina Fotografia 5.13. Dipòsit de benzina (perfil) La bomba de benzina que s’ha utilitzat és la mateixa que portava el dipòsit de Yamaha, s’ha ubicat a l’interior del dipòsit de combustible. És un tipus de bomba comandada electrònicament que funciona submergida en combustible. La bomba del fabricant i l’adquirida treballen a la mateixa pressió de 3,5 bars segons el manual d’usuari de la Yamaha YZF R-125 [13]. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 87 Fotografia 5.14. Bomba de la benzina El tub que porta el combustible des del dipòsit fins a l’injector és de material de plàstic sintètic amb un recobriment exterior tèxtil que fa la funció d’aïllament tèrmic, especial per a benzina, resistent a la corrosió i a l’efecte abrasiu de la benzina. Va situat el més allunyat possible del motor. Els extrems del cable que s’uneixen en els dos extrems eren dos colzes de plàstic, un d’ells s’ha eliminat per tal de connectar-lo directament a l’injector. Hi ha una connexió entre la ECU i la bomba de benzina per tal de controlar el cabal de benzina que s’envia a l’injector. Aquesta connexió no es tenia. Amb el mapa del cablejat de l’Annex A.7.6 s’ha buscat quin era la sortida del positiu i el negatiu de la ECU amb el tester i s’han empalmat els cables. En aquest cas són el pin 22 (cable marró-negre) i 23 (cable groc-verd), després la bomba té un altre pin, el 4, que transmet la informació al quadre de comandament. En principi si no el connectem no hem de tenir cap problema més que no disposarem de la quantitat de benzina que es porta al dipòsit. Gràcies a aquesta connexió la bomba només funciona uns 3 segons al posar el contacte, després s’atura, a no ser que la ECU rebi la senyal de rpm del motor que continuarà alimentant a la bomba. En cas de que s’aturi el motor, la bomba també ho fa. Així doncs, en cas de caiguda o accident ens assegurem que el combustible no pugui provocar danys majors. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 88 5.10.- Puny de gas El puny de l’accelerador és la connexió entre el motor i el pilot. S’encarrega de la missió de transmetre al propulsor els desitjos del pilot. Quant major sigui la potència desplegada pel motor, la funció de l’accelerador porta implícita la necessitat de suavitat i de fàcil dosificació, en cas contrari seria un perill evident en l’ús de la motocicleta. Per a que el puny funcioni amb suavitat és necessari una bona lubricació entre el cilindre que suporta l’empunyadura de goma i el tub del manillar, que ha d’estar perfectament recte per a que no presenti doblegaments que farien perdre la seva forma cilíndrica perfecta, ja que això desencadenaria un funcionament dur o fins i tot una enganxada de l’accelerador. A més a més, els cables que connecten l’accelerador amb el sistema d’injecció han d’estar ben engreixats en el seu interior i passar exactament pel recorregut que el fabricant ha previst per a ells, en cas contrari es formaran doblegaments que impediran el correcte lliscament de l’ànima del cable “bowden” corresponent. Aquest problema, a més a més de ser molt incòmode per a la conducció, pot causar un accident ja que l’accelerador no tornarà pels seus mitjans a la posició del ralentí, quedant-se la moto accelerada quan el pilot desitja tallar gas a no ser que el torni ell a posta. De la mateixa manera, quan un cable d’accelerador amb les mesures originals es passa per un itinerari diferent, pot ocorre que al girar el manillar es quedi tensat, accelerant el motor en un moment en que mai es desitja massa gas, just quan s’està maniobrant a baixa velocitat (que és el moment en que es gira el manillar) Si la molla que fa tornar a zero al dispositiu de control de la injecció és massa forta, el tacte de l’accelerador es torna excessivament dur, pot causar cansament i inclús tendinitis en usos prolongats com pot ser una cursa. Cal anar amb compte amb els acceleradors de recorregut curt, són més còmodes i ràpids per a l’ús esportiu, però perden capacitat de dosificació i per tant augmenta el risc de caiguda. Finalment s’ha decidit instal·lar el puny de gas original per a aquest motor, ja que el puny porta a més a més el botó d’arrancada i un selector de la corba d’encesa. Amb aquest selector del mapping d’injecció podem triar dues corbes: a) corba 1=“soft” (suau) i b) corba 2= hard “dur” amb el que el comportament de la motocicleta variarà. Fotografia 5.15. Conjunt puny del gas Fotografia 5.16. Botó d’arrencada i selector de la corba d’encesa en les dues posicions TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 89 A més a més, amb aquest puny també podrem modificar el pas del cable modificant la posició del passa cables sobre el puny de gas. Així doncs tindrem dues modalitats més:  Cross: amb un recorregut del puny més curt i per tant una entrega de potència més directa.  Enduro: amb un recorregut del puny una mica més llarg i per tant una entrega de potència més progressiva. Per controlar el joc del cable de l’accelerador s’haurà de col·locar el manillar en posició recta i comprovar que el puny tingui un joc de 2 a 4 mm. Si el joc no és correcte podrem reglar-lo amb la rosca del tap cònic. Un cop realitzat aquest pas caldrà engegar la motocicleta i deixar-la funcionar al ralentí. Girarem el manillar i el ralentí hauria de ser constant. Si el règim de revolucions canvia, cal destensar una mica el cable. 5.11.-Sistema de refrigeració S’ha comprat un radiador per a la motocicleta, pensant que és amb el que millor funcionarà i s’adaptarà en quant a mides al nostre xassís. De totes maneres, a continuació realitzarem els càlculs pertinents per a comprovar-ho. 5.11.1.- Càlcul del calor cedit al refrigerant En primer lloc, caldrà saber quina és la potència calorífica que el motor necessita refrigerar. Com que en aquesta fase del TFG encara no s’han realitzat les proves del nostre motor en el banc de potència, agafarem la màxima potència que pot aconseguir el motor segons dades del fabricant, la qual és 37,33 HP o bé 37,85 CV, que expressada en unitats del SI és: 37,85 CV·0,7355 kW/CV = 27,84 kW mecànics D’acord amb la Taula 5.1, agafem un valor mitjà pel rendiment efectiu d’un MEP del 26,5 %, per tant la potència calorífica de la combustió del combustible s’estima en: 27,84 kW mecànics efectius/0,265 = 105,06 kW tèrmics (combustió combustible) Segons el balanç tèrmic de la Taula 5.1, el flux de calor cedit al refrigerant en un M.E.P oscil·la entre 17 % i 26 % de la potència del combustible. En aquest càlcul agafem el valor mitjà de 21,5%. Taula 5.1. Balanç tèrmic en motors de combustió interna alternatius [4] D’aquesta manera la potència calorífica que el nostre motor cedeix al refrigerant s’estima en: Potència calorífica cedida al refrigerant = 105,06 kW térmics·21,5 % = 22,59 kW tèrmics Qt : Potència calorífica de la combustió del combustible (En la taula s’agafa com a referència: 100 %) Qn : Potència calorífica equivalent a la potència efectiva del motor (%) Qr : Potència calorífica tramesa al refrigerant (%) Qa : Potència calorífica tramesa a l’oli (%) Qres : Potència calorífica equivalent que correspon a la combustió incompleta (%). Qg + Qra : Potència calorífica equivalent perduda en els gasos d’escapament i la transmesa per radiació (%) TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 96 palanca i amb la inclinació de la motocicleta degut a la corba, el peu toca a terra i no es pot realitzar el canvi fins que la inclinació no sigui tan elevada. Amb el canvi invertit el peu es posa per d’amunt de la palanca, fent així possible el canvi i augment de la velocitat. 5.12.4. Transmissió secundària La transmissió secundària és l’encarregada de transmetre el gir del motor un cop ha estat desmultiplicat per la caixa de canvis a la roda posterior. Està formada d’un pinyó davanter solidari a l’eix secundari del canvi i una corona solidaria a l’eix de la roda posterior. Els dos engranatges es poden connectar mitjançant diferents tipus de transmissió secundària:  Cadena  Cardan  Corretja  Transmissió directa Cal tenir en compte que aquests sistemes transmeten tota la potència del motor a la roda posterior, per tant han d’estar sempre en perfectes condicions sempre per a poder aprofitar el màxim rendiment de parell motor amb la menor quantitat de pèrdues mecàniques. El sistema de transmissió secundària muntat en la Sherco 250 SE és per cadena amb pas de 520 mm, un pinyó de 13 dents i una corona de 48 dents. Cal tenir en compte que aquestes característiques són per a fer enduro, és a dir, la moto amb aquest kit de transmissió tindrà molta força i en poc temps agafarà la seva velocitat màxima. Un dels requisits imprescindibles per a córrer al circuit de Motorland és tenir velocitat punta. Per tal de fer els pertinents estudis teòrics sobre la velocitat teòrica que pot arribar a desenvolupar el prototip s’ha usat un calculador de relacions finals proporcionat per Gassattack (veure Annex A.3.4). El calculador és una taula on s’ha d’introduir la relació primària, les relacions de canvi de primera a sisena, les dades del pneumàtic posterior i els dents de la corona i del pinyó. Relació primària  70/21 Primera  33/14 Segona  30/17 Tercera  28/19 Quarta  26/21 Cinquena  24/23 Sisena  22/25 Mides del pneumàtic  115/70-17 Taula 5.3. Dades introduïdes al calculador de relacions Gassattack Les dades introduïdes anteriorment no varien per aquesta motocicleta durant tota la competició ja que no podem obrir la caixa de canvis. L’únic punt on la velocitat punta de la motocicleta i l’acceleració poden variar és canviant el pinyó de sortida i la corona. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 97 El problema arriba quan ens adonem de que el pinyó de Sherco és de 13 dents i pas 520 mm com era d’esperar, però que no podem muntar els plats de Sherco perquè les llantes proporcionades per l’organització són de Yamaha i per tant, el plat de Sherco no té els mateixos punts de fixació dels cargols al plat porta-corones. La segona opció a la que s’arriba és muntar la corona de Yamaha, però el pas de cadena és de 428 mm, i el pas del pinyó és de 520 mm, per tant aquesta opció també ha quedat descartada. L’última opció ha estat buscar en un catàleg de corones les mides de la corona per Yamaha YZF 125-R i aleshores en el mateix catàleg anar mirant corona a corona si hi ha alguna compatible. A la Figura 5.4 podem observar les mides de la corona Yamaha 125-R, amb una distància entre forats de 100 mm, un diàmetre de 8,5 mm pels forats i un forat pel porta-corones de 76 mm. Figura 5.4. Mides corona Yamaha YZF 125-R [41] TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 98 Segons el catàleg de corones [42] , l’única corona que hem trobat que sigui compatible entre els 1945 articles és la que porta muntada la Suzuki GN400 (1980-1982) , la Suzuki SG350 N (1991- 1992) i la Suzuki gsx-r 1100 (1994) amb referència JTR 1825 i pas 520 mm. Segons la Figura 5.5, l’única diferència és el forat del cargol que és de 10,5 mm. Aquest problema el solucionarem amb un cos de diàmetre exterior 10,5 mm i 2 mm de gruix. Figura.5.5. Corona JTR1825 [43] S’han trobat corones de 37, 38 i 39 dents. Introduint les dades al programa Gasattack (veure Annex A.3.4) d’un pinyó de 13 dents i una corona de 38 dents, obtenim que a 13.500 rpm la motocicleta agafarà una velocitat punta de 175,9 km/h (veure Taula 5.4). Taula 5.4.Velocitats màximes per marxes i revolucions amb corona de z38 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 99 Amb una corona de 37 dents la velocitat màxima teòrica que la motocicleta arribarà serà de 180,65 km/h. Taula 5.5. Velocitats màximes per marxes i revolucions amb corona de z37 Amb els resultats obtinguts podem observar que disminuint el nombre de dents de la corona augmentem la velocitat punta, però estem disminuint força. Per a la realització de les proves en el banc de potència l’equip ha decidit muntar aquesta transmissió com a punt de partida i a partir d’aquest punt comprar altres pinyons o corones segons les necessitats. Si volguéssim canviar la corona per una de més petita, i guanyat velocitat, s’hauria de comprar una corona verge, és a dir, una corona sense forats i mecanitzar-la segons les nostres mesures. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 100 Així doncs, la opció més econòmica que es pot fer per tal de guanyar velocitat punta és canviar el pinyó. Sherco només comercialitza pinyons amb 13 i 14 dents. Si posem un pinyó de 14 dents i una corona de 37 dents obtenim una velocitat teòrica abans de que la moto talli injecció de 194,55 km/h (veure Taula 5.5). Taula 5.5.Velocitats màximes per marxes i revolucions amb corona de z37 La recerca de la corona i plat adequat no es poden portar a terme fins que no s’arribi al circuit. Cada circuit té la seva transmissió, un mètode molt utilitzat per a calcular-la és, sabent a quines revolucions talla l’encesa del motor, fer que talli a la marxa més llarga a la recta més llarga del circuit just a la referència de frenada de la recta. Els canvis necessaris seran d’una dent amunt o cap avall. Les velocitats són teòriques, no es tenen en compte ni les pèrdues mecàniques del motor ni les pèrdues per càrrega mecànica. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 101 5.13.- Sistema d’escapament El tub d’escapament s’ha fet tot de forma artesanal perquè el sistema original de la motocicleta passava per sobre del motor, és a dir, com qualssevol motocicleta de muntanya per tal de guanyar més alçada i que el tub no s’abonyegui amb les pedres. Com que el que ens interessa a nosaltres és baixar el centre de gravetat i allunyar la calor que desprèn al màxim, s’ha decidit que passi per sota del motor com totes les motocicletes de velocitat. A més a més, el tub d’escapament original incorpora un catalitzador en el silenciador per tal de reduir les emissions contaminants. El catalitzador no ens farà falta per a la competició ja que no se’ns mesurarà les emissions dels gasos i és un element que provoca pèrdues de potència del motor. L’únic requisit que ha de superar el sistema d’escapament dissenyat és que a 5.500 rpm no superi un nivell de soroll de 115 dB. Un bon tub d’escapament ha de desallotjar el més ràpidament possible els gasos cremats de la cambra de combustió en situacions de màxim règim de gir. Les pèrdues de càrrega per fricció augmenten amb la velocitat del fluid al quadrat, i són inversament proporcionals al diàmetre, per tant per a minimitzar al màxim les pèrdues cal tenir en compte el diàmetre del tub. Si les pèrdues de càrrega són elevades, la contrapressió d’escapament augmenta, perjudicant el procés de renovació de càrrega. Finalment, els colzes i altres dificultats que s’oposin en el col·lector al flux dels gasos s’han de suavitzar al màxim. L’escapament és espontani des de que s'obre la vàlvula d'escapament fins que el pistó arriba al PMI, produint una pertorbació de pressió que circula pel conducte d'escapament. Seguidament s’inicia la cursa d’escapament del motor i el pistó empeny els gasos cremats cap a l’exterior. Abans de que el pistó arribi el PMS s’obre la vàlvula d’admissió, coincidint amb la vàlvula d’escapament en el període d’encreuament. En aquest moment interessa crear una certa depressió en el cilindre que extregui els últims gasos residuals i faciliti la ràpida acceleració de la columna de gas fresc per la vàlvula d’admissió. Aquest efecte l’aconseguirem si l’ona de depressió arriba just en aquest moment. A l’Apartat 3.4. “Cicle pràctic”, s’ha explicat en que consisteix el diagrama de distribució i com afecta els diferents avançaments o endarreriments d’obertura i tancament de vàlvules. Per tal de que l’ona de depressió arribi just en el moment en que les dues vàlvules es trobin obertes nosaltres només podem incidir en la longitud del conducte d’escapament. Al ser la velocitat aproximadament constant, la longitud és equivalent al temps, i el temps des de que surt l’ona fins a que torna en el moment correcte només es donarà en un cert règim. Quan s’aconsegueix aquest fenomen es pot dir que l’escapament està sintonitzat per aquell règim de gir determinat. Diem que l’escapament està sintonitzat per un règim de gir determinat perquè la velocitat de les ones és gairebé constant, però el règim de gir del motor varia. D’aquesta forma, pel règim de revolucions determinat l’ona arribarà en el moment en que les dues vàlvules es troben obertes i l’extracció de gasos serà la adequada. Si el règim augmenta o disminueix, ja no es trobaran obertes les dues vàlvules. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 102 5.13.1. Equacions pel càlcul teòric del sistema d’escapament El disseny de l’escapament en un motor de 4T no és crític per al bon funcionament del motor, sense ser menyspreable, excepte per a motors molt ràpids amb un gran creuament de vàlvules. La longitud de l’escapament es pot calcular per a que l’ona reflectida arribi al cilindre en el moment adequat. Amb aquesta longitud el motor funcionarà amb la màxima eficàcia pel règim dimensionat, però per a d’altres règims no resultarà tan adequada. Per a dissenyar teòricament el tub d’escapament usarem dues fórmules empíriques molt senzilles, extretes del llibre de Payri [6]:  Càlcul de la longitud del tub d’escapament: Si sabem que són els graus que roman oberta la vàlvula d’escapament en el diagrama de distribució, és a dir, la diferència angular entre l’obertura d’escapament i l’obertura d’admissió, i que és igual a la velocitat angular del motor (rad/s) pel temps(s) transcorregut entre l’obertura de la vàlvula d’escapament i la vàlvula d’admissió es pot escriure : On: [5.2] : angle que roman oberta la vàlvula d’escapament en el diagrama de distribució (rad). : velocitat angular del motor (rad/s). : temps que roman oberta la vàlvula (s). Si convertim la velocitat angular del motor (rad/s) a règim de gir del motor “n en rpm” tenim:  On: [5.3] n: règim de gir del motor en rpm (min-1). : velocitat angular del motor (rad/s). Per tant,  I si aïllem el temps d’escapament “t”:  [5.4] D’altra banda, es pretén que l’ona refractada arribi al cilindre durant el creuament de vàlvules a l’haver anat i tornat pel tub d’escapament (2·L), en el temps t(s), per tant: [5.5] On: Cpr : Velocitat mitjana de propagació de l’ona (m/s). L : Longitud del tub d’escapament fins al primer colze (m) t : Temps d’escapament (s) TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 103 Si ara igualem les dues últimes equacions obtenim que:  [5.6] On: L : Longitud del tub d’escapament fins al primer colze (m) Cpr : Velocitat mitjana de propagació de l’ona (m/s). : Angle que roman oberta la vàlvula d’escapament en el diagrama de distribució (rad). n: Règim de gir del motor en rpm (min-1).  Diàmetre del tub d’escapament: Un cop mesurada la longitud del tub ( L ), necessitem saber el diàmetre adequat dels conductes d’aquest. ∅ = On: [5.7] ∅: diàmetre del tub d’escapament ( cm ). Vt: cilindrada total del motor ( cm3 ) 5.13.2- Càlcul teòric del sistema d’escapament Sherco ens ha proporcionat els següents angles d’apertura: Angle d’apertura d’admissió: 100º Angle d’apertura d’escapament 104º Temperatura mitjana dels gasos en el col·lector d’escapament: 200ºC Per tant “ “ és l’angle que roman oberta la vàlvula d’escapament en el diagrama de distribució serà: º = 1,815142 rad Ara faltarà calcular la velocitat de propagació de l’ona. Si a 0ºC la velocitat mitjana de propagació de l’ona és de 331 m/s i que cada grau centígrad que augmenta la temperatura la velocitat augmenta 0,6 m/s, tenim: Cpr = 331 + 0,6·200 = 451 m/s TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 104 Posant valors numèrics a l’equació [5.6]:  A partir de l’equació anterior es construeix la Taula 5.6. n(rev/min) L (m) L (cm) 1000 3,9087 390,87 2000 1,9543 195,43 3000 1,3029 130,29 4000 0,9772 97,72 5000 0,7817 78,17 6000 0,6514 65,14 7000 0,5584 55,84 8000 0,4886 48,86 9000 0,4343 43,43 10000 0,3909 39,09 11000 0,3553 35,53 12000 0,3257 32,57 13000 0,3007 30,07 13500 0,2895 28,95 Taula 5.6.Taula de resultats de la longitud del tub d’escapament Optimitzarem el nostre tub d’escapament en règims de 12.000 rpm i 13.000 rpm, aquestes són les més usuals del funcionament del motor i on el motor donarà gairebé el màxim. Si agaféssim 13.500 rpm, quan el tub treballés en el seu punt òptim, just tallaria injecció. Això implica unes longituds de tub a 12500 rpm de 31,27 cm. Per a calcular el diàmetre del tub d’escapament farem servir l’equació [5.7]: ∅ = = 3,18 cm = 31,8 mm Cal tenir en compte que aquests valors estan calculats per a un col·lector d’escapament recte. Suposant que el tub d’escapament no tindrà corbes molt pronunciades quedaria aquest valor, sinó caldria sumar-li un 10% més. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 105 Tot i que els càlculs efectuats ens han donat una longitud de 31,27cm fins al primer colze, no és possible aquesta distància ja que aleshores el col·lector toca amb la roda. Així doncs, s’ha intentat demanar la mida de la motocicleta de sèrie al fabricant i aquest no ens l’ha volgut facilitar. Finalment, s'ha anat a veure una motocicleta a un particular que la venia i ens ha deixat prendre les mesures. La fotografia la podem observar en l'Annex A.8.1.7. Aquesta distància és de 18,7 cm. Si es torna a calcular el diàmetre del tub amb aquesta longitud, ens queda un diàmetre de: ∅ = = 4,11 cm = 41,1 mm 5.13.3.- Fabricació del tub d’escapament El tub d’escapament ha estat fabricat de manera artesanal gràcies a escapes Jan i a en Manolo, un soldador. L’equip havia arribat a un acord amb Tavi Racing per a l’estudi i fabricació d’un tub d’escapament, però en vista de que arribaria el dia de pujar la motocicleta en el banc de proves i el tub d’escapament encara no estaria fet es va decidir fer-ne un de fabricació artesanal. Escapes Jan es va oferir en el material, i d’aquesta manera, vam obtenir 5 tubs amb diferents corbes i un diàmetre exterior de 42 mm, un diàmetre interior de 38 mm i un gruix de 2 mm. La sortida de la tovera d’escapament és de 38 mm, així doncs podem dir que les ones de ressonància no es veuran afectades geomètricament quan surtin de la tovera i arribin al tub. Fotografia 5.21. Tubs de 42 mm per a la realització de l’escapament Un cop obtinguts els tubs en Manolo, un artesà de 60 anys veí de Palau Solità i Plegamans, es va oferir en tallar i soldar una fixació a l’extrem de cada tub per tal de poder enganxar tubs amb una molla o un filferro sense haver-los de soldar. Amb aquestes fixacions no cal fabricar un tub per a cada prova del banc de potència, obtenint així un tub d’escapament desmuntable per parts. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 112 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 113 6.- POSADA EN MARXA DEL MOTOR TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 114 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 115 6.- POSADA EN MARXA DEL MOTOR Un cop trobat tot el material i pagat, l’Organització va tenir un problema de pagament a Sherco en la comanda de les centraletes i el cablejat. Com que no podíem perdre el temps vàrem decidit buscar una alternativa en l’adquisició d’aquestes i ens vam presentar a la fabrica Sherco de Caldes de Montbui. Allà vàrem tenir l’oportunitat de parlar amb en Victor Colomer, director de la fàbrica Sherco trial a Espanya i ell va solucionar els problemes que tenien amb l’Organització. Quan ja vam disposar de tot el material, els altres membres de l’equip encara no havien fabricat el xassís. Al ser un grup més nombrós de persones i al presentar el projecte a l’octubre no tenien pressa en la seva fabricació. Així doncs, aquest projecte es va trobar en un punt molt difícil en que no es sabia si podria presentar-se a temps. Com que el disseny del xassís si que estava fet, es va pensar en comprar un xassís d’una altra motocicleta i col·locar el motor en la mateixa posició que el que portaria la motocicleta de l’equip. El xassís triat va ser el de la Yamaha YZF R125 (veure Fotografia 6.1), i d’aquesta manera podríem muntar les rodes, la corona i els frens sense cap complicació ja que l’organització ens proporciona el material d’aquesta. Els càlculs estructurals del nou xassís no s’han realitzat per que es considera que si el xassís ha superat les proves del fabricant, podrà assolir els nostres objectius, ja que no cal fer proves de frenada. El xassís simplement s’encarregarà de subjectar el nostre motor per tal de calcular la potència en el banc. Fotografia 6.1. Xassís Yamaha YZF R125 Les llantes, i les suspensions són equivalents, l’únic que hem canviat han estat els pneumàtics ja que aquests tenen la mateixa mida però estan ratllats. S’ha preferit realitzar les proves amb uns altres pneumàtics ja que els proporcionats per l’organització es volen reservar exclusivament pel dia de la cursa. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 116 Quan es va acabar de muntar les rodes i les suspensions, es va procedir a muntar el motor en la mateixa posició que el portaria la nostra motocicleta. Per tal de fer-ho de la manera adequada es va construir un suport metàl·lic per alinear la corona amb el pinyó del motor i instal·lar el motor a la distància exacta del centre del pinyó al centre de la corona que el prototipus (veure Fotografies 6.2 i 6.3). Fotografia 6.2. Procés de soldat del suport Fotografia 6.3. Suport del motor i motor Quan es va tenir el motor en la posició adequada es van fabricar quatre tirants mitjançant una planxa amb gruix de 1,5 mm que unissin el xassís amb el motor. Aquest sistema és el que s’ha triat per a la subjecció del motor en el prototipus, i per tant gràcies a l’estudi de tensions es sap que aquests tirants són adients per a la muntura (veure fotografia 6.4). Fotografia 6.4. Tirants del motor TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 117 Un cop instal·lat el motor en la posició correcta, és va col·locar la cadena. La instal·lació elèctrica es va realitzar a fora de la motocicleta per tenir més lloc (veure Fotografia 6.5), i quan el motor es va penjar es va acabar de muntar els elements pesats que no es podien connectar fora de la motocicleta com l’injector, el puny de gas, la bateria, el radiador i el dipòsit. Fotografia 6.5. Muntatge de la instal·lació elèctrica A continuació, quan ja es va finalitzar tota la instal·lació elèctrica amb els elements lleugers i es tenia el motor penjat es van muntar els elements esmentats anteriorment, a excepció del radiador i l’embragatge. Es va posar el filtre de l’oli i 1 litre d’oli SAE 10W60. En aquest moment es va fer el primer vídeo de la primera posta en marxa del motor (veure Vídeo 1 de l’Annex A.8.2). La Fotografia 6.6 també reflecteix el moment de la primera posta en marxa del motor. Fotografia 6.6. Primera posada en marxa del motor TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 118 Seguidament es va fabricar el tub d’escapament i es va buscar el silenciós. Finalment es va muntar el radiador i es va col·locar l’aigua al sistema. Quan només quedava una nit i la moto ja estava llesta per a les proves en el banc de potència es va tornar a posar en marxa el motor. Alguna cosa no funcionava correctament, i sortien bombolles del dipòsit del radiador. En aquest moment es va mirar per l’ull de bou del motor i es va veure l’oli blanc. Es va aturar el motor de seguida. Es va cometre un dels errors més grans i de principiant que es podia cometre. S’havia pensat erròniament que el motor portava dues entrades d’aigua, una per cada banda, i una sortida. El que s’havia fet era connectar una entrada de líquid refrigerant a una sortida de gasos del motor. Tot l’oli del motor es va mesclar amb el refrigerant i es va crear una espècie de pasta blanca dins. Aquest problema el vàrem solucionar durant tota la nit emplenant i buidant el motor amb oli aproximadament 10 cops. Al matí, la moto ja estava llesta per a les proves. A la Fotografia 6.7 podem veure’n el resultat. Fotografia 6.7. Prototip de la motocicleta abans de les proves en el banc de potència TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 119 7.- EXPERIMENTACIÓ DEL MOTOR EN BANC DE PROVES I RESULTATS TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 120 TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 121 7.- EXPERIMENTACIÓ DEL MOTOR EN BANC DE PROVES I RESULTATS Durant el muntatge del prototipus es va fer la recerca algun “sponsor” o taller que disposés de banc de potència per a poder realitzar l’estudi del motor. Gràcies a BLOCK MOTOR, un taller de Vilanova s’han pogut realitzar les proves a un preu assequible. El banc de potència que disposa aquest taller i per tant el que s’ha utilitzat en aquest projecte és un DYNOJET 250I. 7.1.- Banc de proves DYNOJET 250 I El banc de potència DYNOJET 250I és un banc de potència dinamomètric inercial. Aquest tipus de bancs és el més usat per preparadors de motocicletes, tallers i equips de competició, ja que és el més indicat per mesurar les prestacions absolutes del motor muntat sobre la motocicleta. D'aquesta manera, permet fer comparacions entre diferents estats del motor o amb diferents components. Com el seu propi nom indica, consta d'un corró (o rodet) amb una determinada inèrcia i que accelera directament la roda del darrere de la motocicleta en contacte directe amb ell. El corró guanya velocitat per unitat de temps, el banc pren una relació per a cada instant mentre el programa informàtic calcula el treball per moure la inèrcia del rodet a aquesta velocitat i en aquest temps. D'aquesta manera calcula la potència a la roda que desenvolupa la motocicleta. D'altra banda, se sol parlar sense fer distinció de la potència a la roda i de la potència en l’eix del motor, quan en la realitat existeix una diferència que cal tenir en compte. En funció de la transmissió de cada motocicleta es pot arribar a tenir una diferència d’entre un 6 % i un 8%. També pot haver una diferència de mesura de la potència entre bancs, i més, tenint en compte les diferents condicions atmosfèriques que es poden arribar a donar. Aquest banc de potència permet realitzar mesures amb el motor muntat en el vehicle, es a dir sobre la motocicleta. L’edició de la força es realitza sobre les rodes motrius de forma que no s’obté la força generada en el cigonyal. Les pèrdues per fricció amb l’embragatge, canvi i transmissió, redueixen els valors totals de la potència. Per calcular la potència de l’embragatge, es realitza un assaig en pèrdues, és a dir: tallant gas i agafant l’embragatge en el moment just de tall d'encesa, deixant que llavors el programa calculi la potència negativa generada pel moviment de la transmissió, i la sumi a la positiva en el règim on hi ha la potència màxima. D'aquesta manera s'aconsegueix la dada de la potència total a l’embragatge. Aquest banc de potència disposa d’un control de càrrega permanent que combina la tecnologia punta del fre elèctric Eddy (unitat d'absorció) i un software de fàcil funcionament, de manera que els tècnics poden obtenir resultats repetibles i coherents. El software de control de càrrega ofereix al tècnic la possibilitat de controlar les revolucions o la velocitat del vehicle en qualsevol posició d'obertura de l'accelerador. A través del software per circuit tancat, el vehicle es manté automàticament en els paràmetres prèviament establerts. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 128 7.3.- Resultats obtinguts Les condicions ambientals establertes per a totes les proves han estat de: T = 26,85 ºC, pressió atmosfèrica P =1021,20 mbars i la humitat relativa = 52 %. Cal esmentar que la transmissió que s’ha usat per a totes les proves és amb la corona de 37 dents i el pinyó de 13 dents i quarta marxa del motor per tal de fer més notable la diferència en l’entrega de la potència. En aquest apartat es mostren els resultats d’algunes de les proves realitzades. En l’Annex A.5. es mostren els gràfics de les 26 proves realitzades i algunes comparacions entre les mateixes. En l’Annex A.6.2 es dóna la taula resum dels resultats de totes les proves realitzades en el banc.  Prova 1.1: S’ha partit del motor amb radiador i termòstat, filtre d’aire cònic i tub d’escapament complet, és a dir amb una distància de la sortida de la tovera fins als primer colze de 18 cm. Gràfica 7.1. Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador amb termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire cònic. Gràfica 7.2. Potència-Velocitat-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador amb termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire cònic. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 129 Observant el gràfic podem dir que el motor comença a tallar la injecció per a règims baixos a les 6.800 rpm, massa d’hora, en un principi hauria de tallar cap a les 4000-4500rpm. Això pot ser degut a que no entra aire al filtre i la motocicleta “s’ofega”, entra molta més benzina que aire i la combustió no és bona. A règims elevats la motocicleta talla a les 13.200 rpm, l’organització ens deixa exprimir el motor fins a les 13.500 rpm per tant, encara podríem extreure-li més potència. La potència màxima 9 de 31,15 HP ó 31,58 CV (23,23 kW) s’agafa entre les 10.500 i 11.500 rpm. La velocitat màxima és de 128 km/h en 4ª marxa, i podem observar que la potència creix fins als 110 km/h.  Prova 1: En la segona prova l’única diferència ha estat treure-li el termòstat. A l’esquerra del primer gràfic podem observar la potència amb el blau més marcat en relació a les voltes del motor, i a la dreta el parell motor en relació a les voltes del motor. Gràfica 7.3. Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire cònic. A l’esquerra del segon gràfic podem observar la potència amb el blau més marcat en relació a la velocitat del prototipus, i a la dreta el parell motor en relació a la velocitat del prototipus. 9 Cal observar que en els gràfics del Banc de Proves la potència del motor ve donada en unitats de HP. Les equivalències a kW i CV són: 1 HP = 0,7457 kW , 1 HP = 1,01387 CV i 1 CV = 0,7355 kW TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 130 Gràfica 7.4. Potència-Velocitat-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire cònic. El motor en aquestes condicions pot aconseguir una potència màxima de 31,83 HP ó 32,27 CV (23,74 kW) a unes 11.700 rpm i un parell motor de 22,05 N·m a 10.000 rpm. Les corbes són gairebé les mateixes, es pot observar que en les proves amb el radiador amb termòstat el comportament del motor és més irregular. A més a més hi ha una diferència de potència de 0,68 HP ó 0,69 CV (0,51 kW) i de 0,42 N·m. El banc de proves té una turbina que llença aire contra la moto en ordre de marxa per tal que la refrigeració del motor sigui el més semblant possible a la realitat. Amb aquest flux d’aire expulsat per la turbina a temperatura ambient veiem que el termòstat no és un element important ja que no s’aconsegueixen guanys. Amb el circuit obert i la moto calenta, la temperatura del motor no augmenta. Un cop s’ha vist que el radiador sense termòstat dóna millors prestacions que amb termòstat, les següents proves s’han realitzat totes amb el radiador sense termòstat. Amb el tub d’escapament inicial i sense termòstat, el filtre d’aire que dóna la potència més elevada és el Malossi. En aquestes proves cal anar amb molt de compte perquè si mirem els resultats del gràfic sense filtre veiem que en el gràfic de la potència en funció de la velocitat obtenim una potència més elevada que en els altres casos. Això és degut a les irregularitats i fallides en l’admissió a causa de les turbulències en l’aire. Si mirem el gràfic de la potència en funció del règim de gir veiem que la potència màxima no és la indicada anteriorment. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 131  Prova 2: L’assaig es realitza amb el radiador sense termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire Malossi. Gràfica 7.5. Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire Malossi. Gràfica 7.6. Potència-Velocitat-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament complet i filtre d’aire Malossi. El motor en aquestes condicions pot aconseguir una potència màxima de 32,78 HP ó 33,23 CV (24,44 kW) a unes 11.300 rpm i un parell motor de 22,67 N·m a 10.000 rpm. Amb aquest filtre obtenim 0,95 HP ó 0,96 CV (0,71 kW) més que en el cas anterior i 0,62N·m més. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 132 El filtre Malossi ha estat el filtre que ha donat millor potència en totes les proves que s’han fet. Després de realitzar les proves amb el tub d’escapament llarg i els tres tipus d’admissió és va decidir treure 34 cm del final del tub d’escapament. El tub s’ha fabricat de tal manera que es pugui muntar i desmuntar, una banda de cada part de tub té un diàmetre interior de 43mm i l’altra 42mm de diàmetre exterior, de tal manera que encaixen i es pot tornar a muntar si es vol.  Prova 5: L’assaig es realitza amb el radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi. Gràfica 7.7. Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi. Gràfica 7.8. Potència-Velocitat-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 133 En aquesta prova s’obté una potència màxima de 34,32 HP ó 34,80 CV (25,59 kW) entre les 12.000 rpm i les 13.000 rpm, resultat ideal per a l’ús al que volem destinar el motor que és la competició. Les motocicletes de competició van gairebé tota l’estona a màxim règim de gir, per tant, si el nostre motor ens entrega la màxima potència a règims alts és el que estem buscant. El parell motor màxim el trobem a les 8.200 rpm i és de 22,29 N·m, després decau una mica però es manté al voltant dels 20 N·m tota l’estona. Observant el segon gràfic de la potència en funció de la velocitat veiem que arriba als 129 km/h i que la màxima potència s’entrega entre els 112-120 km/h.  Comparació entre la Prova 5.1 i la Prova 13: S’han realitzat més proves retallant 8 cm de distància entre la sortida de la tovera d’escapament i el primer colze, i 4 cm del mig i no s’ha obtingut cap millora respecte aquesta opció. Tot i així, la segona prova que entrega més potència és la Prova 13. Si comparem els resultats de la Prova 5 en 6a marxa (anomenada Prova 5.1) i els de la Prova 13 (anomenada Prova 15), podem observar que la potència màxima és més elevada i és la mateixa. És per aquest motiu el qual s’ha triat a fer les proves en 4a marxa, ja que les diferències són més notables. Gràfica 7.9. Comparativa Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi respecte Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i 8 cm de la sortida de la tovera al primer colze i filtre d’aire Malossi. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 134 Gràfica 7.10. Comparativa Potència-Velocitat-Parell motor obtingudes en el banc de potència. Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi respecte Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i 8 cm de la sortida de la tovera al primer colze i filtre d’aire Malossi En aquests resultats podríem arribar a dubtar de quina corba seria més adient per al rendiment del nostre motor, però es pot observar que la corba de la Prova 5 (corba blava) assoleix més ràpid la potència i es manté més estable. Si ens fixem en la corba del parell motor podríem dir que es millor la de la prova 15 (corba vermella), però estaríem equivocant-nos ja que és molt variable i en règims òptims decau. Si el pendent de la corba 15 no disminuís entre les 10.000 rpm i les 11.500 rpm seria millor que la 5 ja que de les 12.500 a les 13.500 rpm la potència és més elevada. Si recordem la velocitat punta calculada segons la relació de transmissió primària i secundària obteníem una velocitat de 180,35 km/h, i segons el resultats obtinguts en les proves la velocitat màxima està al voltant dels 185 km/h, per tant, podem considerar que el motor té una bona posta a punt i que els sistemes de refrigeració, admissió i escapament estan molt treballats. L’organització ha proporcionat un gràfic de la potència en funció de les rpm i el parell motor en funció de les revolucions preses en el l’eix del motor, és a dir, no es tenen en compte ni les pèrdues per fricció en l’embragatge, en el canvi i transmissió. Tanmateix, nosaltres compararem les dues gràfiques per demostrar que els resultats obtinguts no són tan dolents com es podia pensar en un principi. S’ha agafat la prova 5.1 ja que és on la potència és màxima i en la mateixa marxa que el fabricant ha realitzat la seva prova (veure Gràfica 7.11). TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 135  Comparació entre el parell motor i la potència del motor de sèrie i la Prova 5.1: Gràfica 7.11. Comparativa Potència-Voltes del motor-Parell motor obtingudes en el banc de potència: Radiador sense termòstat, tub d’escapament sense 34 cm del final i filtre d’aire Malossi respecte dades proporcionades per l’organització en 6ª marxa. A la Gràfica 7.11 podem observar una comparativa de les corbes de potència i del parell motor del millor resultat del nostre motor (en blau), i de les corbes de potència i del parell motor proporcionades pel fabricant (en vermell). Comparant el gràfic del nostre motor amb el proporcionat per l’organització en 6à marxa podem observar que el nostre motor entrega molta més potència fins a les 5.800rpm, després el motor arriba en un punt on s’estabilitza i després torna a augmentar la potència, aquest cop ja per sota de la corba de potència proporcionada pel fabricant. La corba del nostre motor puja més o menys amb el mateix pendent que la proporcionada per l’organització, però en tot moment amb aproximadament 2,4 CV de diferència per sota. Aquests 2,4 CV són a causa de les pèrdues en l’embragatge i la transmissió. També cal remarcar que el nostre gràfic no ha estat suavitzat en cap moment, d’aquí que la corba es mostri molt més irregular. Com és lògic, a tot fabricant li interessa mostrar que el seu motor es comporta de forma suau i regular, però aquestes corbes no són “les reals obtingudes el banc”. POTENCIA MAX. SHERCO 250 SE: 37,33 HP POTENCIA MAX. EPSEVG RACING: 34,52 HP PARELL MOTOR MAX. SHERCO 250 SE: 25,44 N·m PARELL MOTOR MAX. EPSEVG RACING: 22,87 N·m TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 136 Si comparem la corba del parell màxim podem observar que el nostre motor presenta més parell màxim fins a les 5.500 rpm, en aquest moment, com passa a la corba de potència s’estabilitza i després torna a pujar per sota de la proporcionada pel fabricant. La diferència numèrica entre les nostres corbes característiques del motor i les proporcionades pel fabricant és de 2,81 HP ó 2,85 CV (2,1 kW) per la potència i de 2,57 N·m pel parell motor. Si recordem el que havíem comentat en l’Apartat 7.1, en que hi ha una variació del 6% - 8% entre la potència pressa en l’eix del motor i en l’eix de la roda, la diferència entre la màxima potència proporcionada pel fabricant i la nostra és d’un 7,52%. Podríem concloure dient que estem dins del marge de correcció d’errors possibles entre la diferència en la presa de dades. Caldria veure una motocicleta de sèrie en el mateix banc de proves i amb les mateixes condicions mediambientals per tal de veure al 100% les diferències reals. TFG: Estudi de la possible millora de la potència d'un motor de motocicleta de 250 c.c. i de 4 temps en funció dels sistemes d'admissió, d'escapament i de refrigeració. Miquel Hurtado Trilla , EPSEVG (UPC) 137 8.- ASPECTES MEDIAMBIENTALS