ADAPTACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO PARA LA FÓRMULA SAE.

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Juan Antonio Cárdenas Miranda
hace 6 años
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1 ADAPTACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN MOTOR DE ENCENDIDO PROVOCADO PARA LA FÓRMULA SAE. Autor: Leirado Outón, Carlos. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano José. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO La Universidad Pontificia Comillas, en su afán de afrontar nuevos retos, y con la intención de ofrecer a sus alumnos un gran abanico de posibilidades a la hora de realizar un proyecto de fin de carrera, decidió, hace dos años, comenzar su andadura en la Fórmula SAE. Para ello se crea cada año un equipo de estudiantes y coordinadores para lograr alcanzar unos objetivos en este nuevo proyecto. Este proyecto forma parte de los desarrollados por el equipo de la universidad para dicha competición. El proyecto consiste en adaptar el motor del monoplaza a un banco de ensayo con el fin de optimizar las prestaciones de este. La realización de este proyecto ha partido de los proyectos de FSAE anteriores, en los cuales, ya se tenía definido el motor del monoplaza y los elementos constructivos. Además, se ha considerado como banco de ensayo, el disponible en la universidad para poder realizar los ensayos. Por lo tanto, y partiendo de esta base, se ha comenzado con la realización de dos estudios: el estudio del motor disponible y el estudio del banco de ensayo. En el estudio del motor se han obtenido las curvas de prestaciones (par y potencia), se ha hecho un análisis de la caja de cambios que incorpora, ya que a la hora de adaptar el motor al dinamómetro esta será fundamental para estar dentro de los límites de funcionamiento del dinamómetro, se han estudiado los sensores que presenta el motor viendo cuales son necesarios para su ensayo y cuales se pueden inhibir y por último se han calculado otros parámetros como son el peso y las dimensiones principales para su adaptación a la estructura del banco de ensayo.

2 En el estudio del banco de ensayo disponible, el principal aspecto considerado ha sido la configuración necesaria del conjunto para poder ensayar el motor con el dinamómetro disponible en el banco: el tipo de dinamómetro, requerimientos del acoplamiento y límites de funcionamiento. Por otro lado también se ha prestado mucho interés en la instrumentación disponible en el banco: sensores disponibles, medida de consumo de combustible, medida de ruidos, medida de humos y medida de caudal de aire. Una vez finalizados estos dos estudios, se ha procedido a la adaptación entre motor y banco de ensayo. Para esto se ha tenido en cuenta que el dinamómetro disponible estaba destinado al ensayo de un motor de automóvil, sin embargo el motor para la competición es un motor de motocicleta de 600cc, lo que supone un régimen máximo de giro mucho mayor (15.000rpm). Por lo tanto se ha analizado la manera de ensayar el motor con este dinamómetro, comparando las curvas de par y de potencia del motor con las admisibles por el dinamómetro. A continuación se ha procedido a realizar el estudio de la instalación del motor en el banco, este punto se ha dividido en dos partes: la instalación mecánica y la instalación eléctrica. En la instalación mecánica se ha buscado la optimización de los soportes necesarios para el motor en pos de lograr una reducción de peso para el monoplaza. También se ha estudiado la adaptación del banco de ensayo disponible a las dimensiones y peso del motor. Se ha realizado un cálculo para la elección de los antivibradores necesarios para el banco. Por último en la instalación mecánica se ha seleccionado el tipo de acoplamiento entre motor y dinamómetro. En la instalación eléctrica se han estudiado las señales del motor que deben inhibirse, se han evaluado los sensores que se deben conectar al motor, se ha realizado un estudio de la unidad de control y la posible toma de datos y manipulación de ésta. Por último se ha estudiado la instalación de sensores para la medida de ruidos. Finalizado todo lo anterior, se ha dedicado un mayor esfuerzo al estudio más a fondo de la unidad de control. Se ha seleccionado una unidad complementaria y un software para la toma de datos y la optimización de los parámetros del motor cumpliendo con la reglamentación de la competición. El software y la unidad

3 complementaria permiten la modificación del encendido, la inyección de combustible y el régimen. Por último se ha analizado qué ensayos se deberían realizar una vez esté el motor instalado en el banco de ensayo. Estos ensayos se llevarán a cabo con el objetivo de obtener las máximas puntuaciones en las pruebas que se desarrollarán en la competición de la Fórmula SAE.

4 ADAPTATION AND OPTIMIZATION OF A SPARK IGNITION ENGINE FOR THE FORMULA SAE. Autor: Leirado Outón, Carlos. Director: Puente Orench, Isabel. Prieto Mozo, Cayetano José. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. ABSTRACT The Pontifical University Comillas, in its eagerness to confront new challenges, and with the intention to offer to its students a range of possibilities to implement their final project concerning (motor?) races, decided, two years ago to participate in the competition of Formula SAE. For this purpose, a team of students and coordinators is created every year to obtain good results in the project. This project is one of the works created by the students for the purpose of the competition. It consists of adapting a motor of a single-seater vehicle to an engine test cell with the purpose of optimizing its performance. The accomplishment of this project used the results of the previous FSAE-projects, in which a constructive motor of the single-seater and its elements had been defined. For the purpose of conducting tests, an engine test cell was made available by the university. On the basis of the equipment available, two studies have been conducted: the study of the motor available and the study of the engine test cell. During the research, the motor s curves of performance (torque and power) have been obtained. Furthermore, an analysis of the gear box that incorporates the engine has been conducted. These parameters have to conform to the dynamometer s limits of operation. A study of the motor sensors has been done to find out which of them are fundamental for the single-seater vehicle and which of them can be inhibited. Finally other main parameters and dimensions, e.g. weight have been calculated in order to adapt the engine to the structure of the engine test cell.

5 In the study of the engine test cell, the main aspect considered has been the parameter configuration necessary for the compatibility of engine and dynamometer: the type of dynanometer, requirements of the connection and limits of the operation. On the other hand, much emphasis has been put on the equipment available in the cell: the sensors, the measurement of fuel consumption, noises and air volume. Once these two studies had been completed, the next focus was the adaptation of the engine to the cell. The dynamometer available was proper for testing of automobile engines, the engine tested was the type of motorcycle of 600cc, which achieves revolutions per minute. Therefore a way to test the engine with this dynamometer has been found, comparing the curves of torque and engine power with the permissible ones by the dynamometer. Next, the implementation of the engine in the cell has been carried out. This point was divided in two parts: the mechanical installation and the electrical system. In the mechanical installation it has been looked for the optimization of the necessary supports for the engine after obtaining a reduction of weight for the single-seater vehicle. The adaptation of the test cell to the dimensions and weight of the engine was carried out. A calculation and selection of the necessary silentblocks for the cell has been done. Finally, during the mechanical installation the type of connection between engine and dynamometer has been selected. In the electrical system the signals of the engine that must be inhibited have been studied, the sensors that are due to connect to the engine have been evaluated and a study of the control unit, its possible data intake and manipulation has been conducted. Finally the installation of sensors for the measurement of noises has been studied. Having completed all the previous points, a most thorough study of the control unit has been furthered. A complementary unit and software for the data intake has been selected and the optimization of the parameters of the engine has been adapted to the requirements of the competition. As a result, software and the complementary unit allow for the modification of the ignition, the fuel injection and the revolutions.

6 Finally it has been analyzed what tests have to be conducted, once the engine has been installed in the engine test cell. These tests will be carried out with the objective to obtain the maximum scores in the tests developed in the competition of the Formula SAE.

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