Tema 9. Mejora de prestaciones

1. Tema 9. Mejora de prestaciones Objetivos • Descubrir que el factor clave de las prestaciones es la forma de la curva de potencia • Discutir cuáles son las diferentes maneras de incrementar la potencia en un MCIA Contenido • Introducción • Curva de potencia en rueda de vehículo • Acciones para incrementar la potencia • Puesta a punto de motores de competición Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 1

2. Tema 9. Mejora de prestaciones Contenido • Introducción • Curva de potencia en rueda de vehículo • Incrementar la potencia • Régimen de giro • Rendimiento volumétrico • Rendimiento indicado • Rendimiento mecánico • Arquitectura del motor • Propiedades del combustible • Puesta a punto de motores de competición Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 2

3. Introducción • Se oye hablar mucho tanto del interés de un elevado par, como de una elevada potencia: • ¿Qué es lo importante para las prestaciones, el par o la potencia? • Los equipos dedicados a la competición tienen centros dedicados al desarrollo de sus motores: • ¿Qué acciones se pueden llevar a cabo para incrementar las prestaciones de un motor? • La puesta a punto de un vehículo de competición lleva muchísimas horas de trabajo: • ¿Qué metodología se puede seguir para poner a punto el motor y el vehículo? Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 3

4. Potencia en rueda del vehículo • Dos motores con idéntica potencia máxima, pero diferente forma de la curva • Es sobre el vehículo donde se discierne la curva de potencia más conveniente Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 4

5. Potencia en rueda del vehículo • Potencia en el vehículo para cada relación de cambios (Para simplificar suponemos que el rendimiento de la transmisión es 1) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 5

6. Lo importante es maximizar el área encerrada bajo la envolvente de las curvas Potencia en rueda del vehículo • Comparación de dos curvas de potencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 6

7. Potencia efectiva Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 7

8. Potencia efectiva • m Pérdidas por rozamiento (ojo a n elevado) • i Relativo al ciclo de funcionamiento • v Llenado del motor • aire Variable con la sobrealimentación • VT Cilindrada total (generalmente limitada) • n Régimen de giro (ojo a cm) • FR Dosado de la mezcla • Fe y Hc Propiedades combustible • i : 2T  1 / 4T  0.5 Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 8

9. Régimen de giro • Interesa maximizarlo • cm limitada  S  S/D limitado  D   z  (afecta al diseño de base del motor) • Reducción de inercias • Para reducir esfuerzos a n elevado • Para facilitar la aceleración • Pistón: reducción de la altura (también reduce fricción) • Biela: eliminar material inútil • Cigüeñal: aligerar contrapesos (originado por el aligeramiento de pistón y biela) • Volante motor: reducir inercia (se pierde en estabilidad del régimen de giro) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 9

10. Pistón Biela Régimen de giro. Reducción inercia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 10

11. Cigüeñal Régimen de giro Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 11

12. Rendimiento volumétrico • Interesa que no caiga a régimen elevado • Secciones de paso grandes (reducir pérdidas de carga –¡filtro de aire!–) • Reducido S/D motor supercuadrado • Colectores admisión y escape sintonizados (en principio, cortos) • Distribución • Perfil levas: diagrama muy abierto • Válvulas: muchas y pequeñas (inercia ) • Reducir elementos en movimiento (tren de distribución) • Retorno válvulas: sistemas neumático y desmodrómico Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 12

13. Rendimiento volumétrico • Colectores Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 13

14. Rendimiento volumétrico • Secciones de paso Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 14

15. Árbol de levas lateral Árbol de levas en cabeza Rendimiento volumétrico. Distribución Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 15

16. Tradicional Desmodrómica Rendimiento volumétrico. Distribución Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 16

17. Rendimiento indicado • Interesa que sea lo más grande posible • Función de la relación de compresión, Rc (Utilizar una u otra depende del N.O. del combustible) • Centrado de la combustión • Sistema de encendido y control del encendido • Velocidad de combustión • Calidad del encendido • Dosado de la mezcla • Velocidad laminar de combustión del combustible Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 17

18. Rendimiento indicado • Relación de compresión • Teóricamente, en ciclo Otto: • Motor normal: 10:1 • Motor de altas prestaciones (motos): 12:1 • Motor F1: 13:1 (conN.0. 102 –Ferrari 1991–) • Utilizar mejor combustible (más N.O.) permite aumentarla Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 18

19. Encendido Encendido de alta energía Control electrónico del avance Bujías frías: Para soportar elevadas temperaturas Para no convertirse en punto caliente Velocidad de combustión Dosado ligeramente rico ( 1.15) para maximizar velocidad de combustión y reducir riesgo de picado Utilizar un combustible de mayor velocidad de combustión también es, en principio, positivo Rendimiento indicado Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 19

20. Rendimiento mecánico • Interesa que no se reduzca mucho a alto n • Cm limitada • Máx.  28 m/s en competición • Máx.  23 m/s en motores de altas prestaciones • Aceites de baja viscosidad • Holguras en las piezas (giro más suave) • Reducir la falda del pistón • Evitar al máximo el accionamiento de auxiliares Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 20

21. Rendimiento mecánico • Accionamiento de auxiliares • Alternador: Tan sólo se acciona en las retenciones (se conecta en la caja de cambios en vez de en el motor) • Ventilador: en motores de competición de pista NO existe (el radiador se refrigera por la propia velocidad del vehículo) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 21

22. Diseño arquitectura motor • Se busca: • Elevado nº de cilindros: posibilita mayor potencia. • Compacidad: se tiende a la disposición de los cilindros en V. • Centro de gravedad bajo: para estabilidad del vehículo. • Rigidez: puede ser un elemento estructural del vehículo, como por ejemplo en F1 (Mejor V que en línea o boxer). Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 22

23. V 90º V 52º Diseño arquitectura motor Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 23

24. Propiedades combustible • Es importante que el factor Fe * Hc sea lo más grande posible • Elevado poder calorífico por unidad de masa y unidad de volumen (reducir peso y espacio) • Volatilidad elevada • Número de Octano elevado • Velocidad laminar de combustión elevada Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 24

25. Puesta a punto • Se trata de optimizar: • El sistema de encendido (mapa de avance de encendido) • El sistema de inyección (cartografía de inyección, que regula el dosado de la mezcla) • Dos modalidades: • En banco de rodillos (medida de curva de potencia y par) • En pista (sistemas de Telemetría) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 25

26. Puesta a punto. Banco de rodillos • Ventaja • Visualización inmediata del resultado en cuanto a potencia y par • Inconveniente • No se tiene en cuenta el efecto del cambio practi-cado sobre el comporta-miento del vehículo en pista (que en el fondo es lo que interesa) Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 26

27. Tema 9. Mejora de prestaciones Resumen • Curva de potencia en rueda de vehículo • Incrementar la potencia • Régimen de giro • Rendimiento volumétrico • Rendimiento indicado • Rendimiento mecánico • Arquitectura del motor • Propiedades del combustible • Puesta a punto de motores de competición Ampliación de Motores de Combustión. Tema 9.- Mejora de prestaciones 27