Aftermarket exhaust system design for motorbike vehicles

This document presents the main procedures and techniques used to create an aftermarket exhaust system for motorcycles. Starting from an analysis regarding the functionality of the components of the object in question, the reader will be given a general introduction to the subject, in order to better understand the tasks performed by the R&D department. The discussion will therefore be divided into four chapters, starting with a project in the start-up phase inherent to the CAD design of a new type of racing muffler. From the feasibility analysis to the creation of a first prototype, this chapter will give you the opportunity to focus on the main process techniques such as laser cutting, calendering and welding. Moving on to the second step, where the development of a non-homologated post catalyst exhaust system for a 125cc is extensively discussed with the unique request of achieving higher vehicle performance when compared with the original system. The project will be followed by a test bench validation, to certify the quality of the product with experimental results. The methodologies adopted to deal with possible future orders are also shown here, where all the necessary material is supplied to the production department by means of numerical control machines. By modifying the geometry of the system designed by the OEM companies, it is therefore possible to rage on vehicle performance, altering the latter in certain engine speeds. This is explored in the third chapter, where the author, always through experimental tests, by making his vehicle available, will be able to show how larger sections of combustion gas passage favor the delivery of power at high rpm, penalizing the low ones. Furthermore, after completing the design phase for license plate brackets and link-pipe, the vehicle which has been accompanied by a development with titanium components, will be able to undergo gas-dynamic noise tests relating to the sound level homologation, mandatory for the circulation on Italian roads. The discussion cannot end without having given an engineering explanation of the phenomena seen. Therefore, the concept of exhaust counter pressure and its dependence on the developed layout will be introduced, as well as its repercussions in terms of filling coefficient. Using a simplified method, the importance of the process of replacing the fresh charge at each work cycle of an internal combustion engine, influenced by pressure drops and average piston speed, will be assessed, finally reaching a validation of the experimental results relating to the power output of the Ducati engine.

In questo documento sono presentate le principali procedure e tecniche usate al fine di realizzare un impianto di scarico aftermarket per motocicli. Partendo da un’analisi riguardante la funzionalità dei componenti dell’oggetto in questione, si darà al lettore un’introduzione generale all’argomento, in modo tale da comprendere al meglio le mansioni svolte dal reparto R&D. La trattazione sarà quindi divisa in quattro capitoli, iniziando da un progetto in fase di avviamento inerente alla progettazione CAD di un nuovo tipo di silenziatore da competizione. Dall’analisi di fattibilità fino alla realizzazione di un primo prototipo, questo capitolo darà la possibilità di focalizzarsi sulle principali tecniche di processo quali taglio laser, calandratura e saldatura. Passando al secondo step, dove viene ampiamente discusso lo sviluppo di un sistema di scarico non-omologato post catalizzatore per un 125cc con la sola richiesta di raggiungere prestazioni del veicolo più alte se comparate al sistema originale. Il progetto sarà seguito da una validazione al banco prova, per certificare con risultati sperimentali la qualità del prodotto. Qui vengono inoltre mostrate le metodologie adottate per poter affrontare possibili ordini futuri, dove tramite macchine a controllo numerico si fornisce al dipartimento di produzione tutto il materiale necessario. Modificando le geometrie del sistema ideato dalle case madri, è dunque possibile infierire sulle prestazioni del veicolo, andando ad alterare quest’ultime in determinati regimi di rotazione del motore. Questo è approfondito nel terzo capitolo, dove l’autore sempre tramite prove sperimentali, mettendo a disposizione il proprio veicolo, sarà in grado di mostrare come sezioni più ampie di passaggio dei gas combusti favoriscono l’erogazione di potenza ad alti rpm, penalizzandone i bassi. Inoltre, dopo aver terminato la fase di design per staffe porta targa e tubo di raccordo, il veicolo al quale è stato affiancato uno sviluppo con componenti in titanio, potrà sostenere test del rumore di natura gasdinamica relativi alle prove di omologazione fonometriche, obbligatori per la circolazione su strade italiane. La discussione non può terminare senza aver dato una spiegazione ingegneristica dei fenomeni visti. Pertanto, verrà introdotto il concetto di contropressione allo scarico e la sua dipendenza dal layout sviluppato, nonché la sua ripercussione in termini di coefficiente di riempimento. Si constaterà tramite metodo semplificato, l’importanza del processo di sostituzione della carica fresca ad ogni ciclo di lavoro di un motore endotermico, influenzato da perdite di carico e velocità media del pistone, raggiungendo infine una validazione dei risultati sperimentali attinenti alla potenza erogata del motore Ducati.