El secreto de su éxito

Está claro que un buen equilibrio implica muchas más cosas, pero cada día estoy más convencido de que por aquí van los tiros.

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Vssssss.

Efectivamente, es muy lineal su comportamiento, lo que es muy bueno, y en el 2016 mejoraron algo ese comportamiento.

La gráfica lo muestra claro y la experiencia al conducirla lo corrobora.

Moto muy lineal y empujando desde bajas vueltas.


Vssss

No es que desayune leyendo curvas de potencia y par pero no recuerdo una tan plana como ésta. La más parecida que recuerdo es la de la Versys.

Vssss.

¿Cómo se explica entonces en esta gráfica el aumento de fuerza que la moto transmite a partir de las 5000-6000rpm? Yo no siento que la moto empuje igual a 3000 que a 6000rpm, y según esa gráfica del par...

Por que Potencia= Par x rpm, si el par no aumenta pero siguen aumentando las rpm, sigue aumentando la potencia, hasta que claro cae luego en picado en su tope.

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Eso es. Curva de par plana = curva de potencia con ángulo constante. 
En cristiano: las posibilidades del motor se entregan repartidas de forma muy uniforme a cualquier régimen de giro.



Vsssss.

Os pongo una curva de par de otro motor (de coche, en esta ocasión), y hago algunas preguntas para quién quiera contestar, que aquí hay mucho conocimiento mecánico, me interesa la gráfica de la derecha.

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Entonces...
-¿qué rango de revoluciones sería más adecuado para sacar el máximo provecho en una conducción deportiva? 
-¿Y para llevar como velocidad de crucero intentando optimizar el gasto por autopista? 
-¿Cuáles son los puntos positivos/negativos de no tener una curva de par tan plana como la X?

Titoo escribió:¿Cómo se explica entonces en esta gráfica el aumento de fuerza que la moto transmite a partir de las 5000-6000rpm? Yo no siento que la moto empuje igual a 3000 que a 6000rpm, y según esa gráfica del par...

La gráfica está un poco achatada respecto al eje vertical y da la sensación de que la curva de par es más constante (plana, "horizontal") de lo que realmente es. Y lo es, sobretodo destacaría la ausencia de "valles" pronunciados, que en motores de moto con tan amplio régimen de giro no es típico ver (supongo que entre otros por temas de la distribución, la "respiración" del motor). Pero cuidado con el efecto visual, comparar curvas que están sobre ejes con escalas diferentes puede resultar un poco engañoso. 

A 3000 da unos 25 lbf·ft (sistema anglosajón/imperial), que son unos 33,9 N·m y a 6500 da cerca de 30 lbf·ft, unos 40,7 N·m. Es decir, crece sobre un 20% y ese es más o menos el incremento en la sensación de empuje que sentirás, claro, por supuesto yendo siempre en una misma marcha (y mejor corta para que la resistencia del aire no altere esta percepción). Mete 2ª o 3ª y empieza la prueba partiendo de unas 2000 vueltas (mejor que a 3000, ten en cuenta que la respuesta del motor al gas siempre demora un poco). Gas a fondo y tratar de dejar a un lado otras sensaciones, como vibraciones o sonido del motor, que alteran bastante nuestra percepción.

Titoo escribió:Os pongo una curva de par de otro motor (de coche, en esta ocasión), y hago algunas preguntas para quién quiera contestar, que aquí hay mucho conocimiento mecánico, me interesa la gráfica de la derecha.

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Entonces...
-¿qué rango de revoluciones sería más adecuado para sacar el máximo provecho en una conducción deportiva? 
-¿Y para llevar como velocidad de crucero intentando optimizar el gasto por autopista? 
-¿Cuáles son los puntos positivos/negativos de no tener una curva de par tan plana como la X?

Dejando a un lado lo de que yo "conocimiento mecánico" tengo el justito y menos... intentaré darte mi opinión.

-¿qué rango de revoluciones sería más adecuado para sacar el máximo provecho en una conducción deportiva? 

Hombre, lo primero que se deduce nada más comparar las gráficas es que hablamos de dos motores bien diferentes. Me ha liado un poco porque pensé que se trataba de cilindradas similares, pensaba de hecho si el motor de la derecha obtendría esos datos a través de compresores, turbos de geometría variables o qué... pero sería una curva demasiado bien conseguida. Luego me he fijado en las referencias y ya veo que hablamos de un 1.5 y un 2.0, sin duda de gran rendimiento ambos. Indagando un poco sobre estos motores de mazda se ve que que emplean una relación de compresión muy elevada para tratarse de gasolina, el de la derecha en torno a 14:1, de ahí esos datos. Aunque de nuevo las escalas engañan, el de la izquierda es más elástico de lo que parece (mejor fijarse en los datos numéricos de las escalas para ponerse comparar).

El motor de la izquierda es más "picudo", se ve que lo han estirado de vueltas para poder sacarle algún caballo más. Para conducción deportiva, supongo que entre 3500 y el corte. Vamos, que hay que llevarlo alto. Fijate que el par máximo lo da no muy por encima de medio régimen, y desde ahí cae hasta finalmente morir. En motores de camiones, todoterrenos y tal, se habla bastante de otro concepto que es el de curva de par "estables" que aquí salvando las distancias se podría también aplicar. Imagina que vas en 5 a unas 5500 vueltas subiendo una cuesta muy empinada, y que el motor empieza a flaquear y caer de régimen. Ocurre que según va cayendo de régimen el motor es capaz de desarrollar más par, y llega un punto que es capaz de compensar el par requerido por la rueda sin que, quizás, necesites reducir marcha. Pues esto mismo lo puedes aplicar a la conducción deportiva, llegas en marcha corta alto de vueltas para entrar en curva, según bajas velocidad para el paso por curva te acercas al par máximo, que es el punto ideal para salir de curva y luego a estirar marcha (si buscas "cifras", busca siempre potencia máxima, es decir, con ese motor acelerarás más rápido estirando marchas hacia la máxima potencia que buscando el par máximo subiendo una relación). De todos modos, hablar solo de un motor sin hablar del resto del coche y muy en particular la caja de cambios es decir poca cosa. Se entiende que tal vehículo llevará una relación más bien corta. De lo bien calculada y "escalonada" que esté la caja dependerá mucho lo que se pueda aprovechar ese motor. 

Frente a vehículos de calle, en competición por lo general se busca normalmente potencia a casi cualquier "coste", dando lugar a motores mucho menos elásticos, con un régimen de giro "aprovechable" muy reducido normalmente a altas, lo que implica una conducción muy exigente en cuanto al cambio (que nada tienen que ver con el de un coche de serie... ni tienen que durar lo mismo. Piensa que incluso en categorías de iniciación a veces se cambian cada muy pocas pruebas). Para el resto de mortales, que no vamos buscando subirnos a un podium, motores con curvas como la de la derecha son mucho más aprovechables y divertidas en cuanto a disfrutar de la conducción (aunque va con el gusto de cada cual). Supongo que para conducción deportiva entre 2500 y el corte, que ahora no son 7000 sino 6000. Pero por las cifras se ve claramente que el coche que monte el motor de la derecha llevará un desarrollo más largo que el de la izquierda (o al menos, podría permitírselo).

-¿Y para llevar como velocidad de crucero intentando optimizar el gasto por autopista? 

El rendimiento máximo (mayor aprovechamiento de la energía del combustible, con un matiz que ahora comentaré) suele ser el régimen de par máximo. Para buscar el consumo mínimo, que eso es otra cosa, ten en cuenta que a menor régimen menores rozamientos internos e inercias que hay que vencer de todas las piezas móviles del motor, que son muchas, así que menos consumo. Para consumir poco, normalmente tan bajo de vueltas como puedas, siempre que el motor tampoco vaya mal obviamente (por motivos varios no es bueno llevar un gasolina muy bajo como norma). El "matiz" del mayor aprovechamiento de la energía del combustible (rendimiento), es que este es en condiciones de máxima carga (gas a fondo). Y tiene una explicación. En los motores de gasolina las mariposas de las toberas de entrada del aire al motor, que es al fin y al cabo lo que controlamos con el acelerador en un motor gasolina, estrangulan el paso del aire y aumentan las llamadas pérdidas por bombeo. Cada vez que un pistón baja para meter aire al cilindro (por diferencia de presiones, es decir por el "vació" que crea) en la fase de admisión, la mariposa estará medio cerrada (supongamos que damos gas a "mitad" de recorrido del pedal del acelerador) restringiendo el paso del aire, oponiéndose así a este movimiento descendente del pistón, que ha de vencer la propia inercia del motor (o la fuerza de empuje de otro cilindro). De hecho, este es el principio por el que los motores "retienen" al soltar gas (sumado a que ese aire se va a comprir inútilmente, y aunque parte de esa energía de compresión se recupera en la expansión, otra parte se disipa en forma de calor). Es decir, un esfuerzo mal gastado que no es despreciable. Por eso, bajando de vueltas tampoco vas a conseguir reducir tanto los consumos como quizás sí podrías conseguir con un diesel. Pero vamos, nada que no te diga el indicador de consumo del ordenador de abordo. 

-¿Cuáles son los puntos positivos/negativos de no tener una curva de par tan plana como la X?


Positivo ninguno. De poder elegir, una curva de par constante de principio a fin es el ideal a conseguir, es decir, un motor aprovechable a todo régimen. Pasa que, desde el punto de vista del diseño (del cual sé poco o nada), estas cosas no tienen un planteamiento tan fácil como decir quiero tal curva o tal otra, hay muchas decisiones detrás que deben atender a una lógica común, un "concepto", el del vehículo al cual está destinado dicho motor. Y aveces (casi siempre) lo de sacrificar un objetivo por otro suele estar más que justificado. Al final las curvas de par tienen que ser las que son (para bien o para mal). Pero de poder elegir...

Para una cilindrada dada de un motor genérico de moto (es decir sin turbos, distribuciones variables ni sofisticaciones varias empleadas en los coches. Y hablo de motos porque es lo que me gusta y sobre lo que más suelo leer, pero el concepto sería perfectamente extrapolable a cualquier vehículo), la manera más directa de obtener mayores cifras de potencia es buscando que pueda girar más alto (hasta un punto, porque por un lado las caídas de par pueden no compensar el aumento de régimen, y por la complicación técnica y aumento de costes que conlleva, así como por la fiabilidad y gastos de mantenimiento de una u otra solución). Dos de los primeros problemas de hacer girar alto un motor, es tanto el de la lubricación (debe ser más refinada) como el de la distribución. Porque el del encendido, que es muy complicado, desde la llegada de la electrónica digital (léase "flexibilidad") se ha "simplificado" (o mejor dicho, perfeccionado) bastante. ¿Complicaciones con la distribución? Varias. En motores DOHC como sueles ser los de moto, nos encontramos con varios sistemas de empuje para apertura (¡e incluso cierre!) de válvulas. El más rústico es el de ajuste por tornillo (muy empleado en coches antiguos que no llevaban taqués hidráulicos, es decir, se desprende ya que hablamos de motores que no giran demasiado altos). Pueden ser tal que así: 



Esto implica que las levas han de empujar unos balancines intercalados que a su vez empujan a las válvulas. Es decir, masas con inercias que se traducen en pérdidas de rendimiento del motor. Como la energía cinética de un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad, a velocidades de giro elevadas las inercias de estas piezas pueden ser muy considerables: 10000 rpm en un motor 4T corresponden a 5000 aperturas (y cierres) por minuto de una válvula cualquiera dada, es decir, 83'3 aperturas por segundo, que no es moco de pavo. Estas inercias por supuesto ha de vencerlas el propio motor, que es quien las mueve. Es decir, se traducen en pérdidas de rendimiento del mismo conforme aumenta el régimen (y aquí ya empezamos a ver, aunque no es el mejor ejemplo, de qué modo las curvas de par empiezan a dejar de ser constantes con el régimen de giro). Como la velocidad viene determinada por el régimen de giro del motor (una variable que no está en nuestra mano cambiar), lo que nos resta es tratar de reducir la masa del sistema. Una idea podría ser aligerar las piezas con otras dimensiones más reducidas, pero normalmente toda pieza ya está dimensionado conforme a los esfuerzos que han de soportar. Otra podría ser emplear otros materiales más ligeros (¿quizás titanio?), pero eso conllevaría encarecer los costes. Además, mientras la energía cinética aumenta con el cuadrado de la velocidad, solo lo hace directamente proporcional a la masa. Una reducción del 20% de esta supondría reducir estas pérdidas como mucho en un 20%. ¿Solución? Buscar otros sistemas. 

En motos que han de girar muy alto de vueltas, se busca eliminar tantas piezas intermedias como sea posible y la solución más común en las RR y motos deportivas es aquella donde la leva empuja directamente una pastilla (o bien el vaso que la contiene), que actúa directamente sobre el taqué. 



Esta reducción de masas permite que el motor gire más alto y se pueda obtener mayor potencia a altas vueltas. Pero claro, el mantenimiento se complica (para eso, me quedo con la sencilla regulación por tornillo típica de scooters o motos como la NC) y sobretodo, habrá que ver cómo tener un rango de revoluciones de giro tan amplio afecta también a la "respiración del motor" (hablamos de motores sin distribución variable). Aquí entran los conceptos de avance y retraso de válvulas, y en particular "cruce de válvulas" del diagrama de distribución, que se fundamenta en lo siguiente: Las masas gaseosas aire entrante y gases de la combustión salientes del motor, también tienen sus inercias, que para nada son despreciables. El asunto de la admisión y el escape es muy complicado, pero el concepto aquí más o menos se reduce a un motor de 4T en el fondo tampoco es tan distinto de un 2T (donde los gases de entrada son los que empujan a los de salida y los de salida "tiran o chupan" de los de entrada, por sobrepresiones y depresiones). Los gases tienen una inercia dada y llenar un motor y vaciarlo implica un tiempo dado. Pero a medida que el motor gira alto, cada vez se cuenta con menos tiempo para ello (echad números, hablamos de décimas o menos) mientras que las inercias a vencer (masa de los gases a mayor velocidad) cada vez son mayores, por lo que la solución pasa por abrir antes de tiempo y cerrar después de tiempo (tiempo respecto a lo "teórico") las válvulas tanto de admisión y como de escape. Así, durante unos grados de giro del cigüeñal ambas válvulas están parcialmente abiertas a la vez (y esto es a lo que se le llama "cruce de válvulas"). Ahí, la depresión que crean los gases de escape al salir es aprovechada para ayudar al aire de entrada a que llene más rápido el cilindro (y a su vez, la inercia del aire entrante ayuda a expulsar los gases combustionados salientes). Obviamente, como no hablamos se sistemas de distribución variable, esto se calcula mediante la posición de las levas en sus respectivos árboles (y la propia forma de esta, que es algo que está super estudiado), y se hace para ser óptima a un régimen dado. Un motor RR puede tener mucho rendimiento a alto régimen, pero a bajo régimen, el tener un gran cruce de válvulas le hace "perder compresión" y generar más inquemados... es decir, peor rendimiento. A bajo régimen lo deseable es un menor cruce de válvulas (de esa necesidad nacen los sistemas de distribución variable, precisamente). Y aquí tenemos un caso claro de como las soluciones técnicas que son buenas para aumentar potencia a un régimen dado no son mágicas y son a costa de empeorarlo a otro régimen diferente. Lo que se busque ha de ser coherente con el concepto de moto que se pretende conseguir.

Sistemas de empuje hay varios. Hablamos antes del cierre de las válvulas, que también tiene lo suyo... las válvulas se cierran normalmente por muelles. Ocurre que a determinada velocidad los muelles entran en resonancia y el sistema se va al garete (el motor ya no sube más de vueltas, se vuelve inestable). La solución común pasa por poner dos muelles coaxiales en cada válvula de diferente paso de hélice y diámetro (diferente frecuencia de resonancia), o como hacen en Ducati, emplear el famoso sistema desmodrónico que ellos inventaron.



Pero así todo, todo tiene un límite... y para llegar a muy muy altas vueltas, como por ejemplo las 20 y pico mil que llegaron a girar los F1 hubo que recurrir a emplear (creo) válvulas electromagnéticas. 

En el caso del sistema de empuje de las válvulas de nuestra moto, tenemos un "híbrido" entre sistemas de tornillos y de pastillas. Se trata de pastillas empujadas de dos en dos por unos balancines (los llaman balancines, pero más bien parecen empujadores) que a su vez mueve una única leva. 



Muchos afirman que a esta moto se le podría sacar otros 20cv por lo menos partiendo de que ya la antigua CB500 daba 11cv más que la actual. Pues bueno, la antigua tenía un sistema de empuje de levas directo sobre las pastillas o vasos y los cv los sacaba porque giraba más alto que la nuestra. Obviamente, nuestro motor es más elástico y aprovechable que aquel, a parte de menos gastón (y diría, aunque solo el tiempo lo dirá, que todavía más fiable). Para buscar más cv en nuestro motor lo lógico sería partir de otras soluciones técnicas, esta moto es lo que es (y no nos vamos a quejar, ¿no?). 

De todos modos la relación de compresión es mayor en la nuestra que en la vieja (es decir, implica mayor rendimiento y par - y con él, mayor potencia- para una cilindrada dada). Jugar hasta donde se pueda con la relación de compresión es otra manera de obtener potencia... Supongo que muchos se acuerdan de la época en la que estaba de moda rebajar culatas para obtener más potencia. ¿Problemas? No estoy nada puesto pero me consta que sn varios. Muchas piezas necesitan ser reforzadas, se puede condicionar la lubricación sobre los cojinetes, adecuación del sistema de refrigeración, requiere alterar el encendido (que es un tema muy complejo... velocidad de frente de llama, autoencendido y un montón de cosas más a tener en cuenta), utilizar gasolinas de mayor octanaje, etc, etc.. (por eso me ha sorprendido esa relación 14:1 del gasolina que indicaba Titoo en la gráfica). Lo que solía pasar con esas modificaciones "caseras", típicas en rallys locales y demás, es que daban lugar a motores muy inestables que les costaba mantener el ralentí, y lógicamente con unos problemas de fiabilidad para darles de comer a parte.

También se podría hablar de los escapes, que aunque no es un tema tan drástico como lo es en los motores 2T, los botes y rebotes de las ondas de presión y de depresión se calculan para favorecer (optimizar) la salida de los gases del cilindro a un régimen dado (normalmente el de máxima potencia), mientras que a otro régimen las ondas en verdad perjudican la salida de los gases del cilindro. Es decir, he aquí otro caso de como las soluciones técnicas deben favorecer unos rangos de giro sobre otros.

Lo dicho, aquí solo se han tocado algunos temas y muy por encima (y bastante mal, que no soy yo ningún entendido) de como las soluciones técnicas que hay que adoptar "destrozan" poco a poco ese ideal de curva de par constante a todo régimen (el mayor problema de los turbos convencionales sabemos que es precisamente ese. Bueno, a parte del "lag"... porque aquí se ha hecho solo un análisis sobre valores de máxima potencia y par, que son al fin y al cabo lo que representan esas curva, y no de respuesta en términos generales, es decir suavidad de funcionamiento, entrega, etc... que estoy seguro de que son mucho más complicados). Se podría hablar de número de cilindros (menores masas para conseguir mayores velocidades de giro y así más potencia a altas, frente a respuesta más directa al puño de los mono y bicilindricos), etc.. pero ya está bien! 

Las motos trail de media cilindrada (GS650, VS650, Tracer700, etc..) normalmente derivan de motores también empleados en carretera (650 scarver -aunque con este fue justo al revés-, SV650, MT07, etc...) adaptados para un uso distinto. Se busca mucho par ya a muy bajas vueltas, para uso trail o para salir rápido de curva ratonera sin andar jugando mucho con el cambio. Luego ya, si además se puede estirar el motor manteniendo una curvas de par y potencia lineales, pues genial, eso sería lo perfecto. Pero del querer al poder, pues va un trecho. 

Fijate que las curvas de par (y con ellas las de potencia) de los motores de las motos están llenas de altibajos (valles y crestas). Esto desde luego se nota también en la conducción.

El concepto de par nos suele marear mucho. El par es un momento de giro, una torsión, vamos que se mide en una barra que gira. Imagina que alargas la barra del cigueñal por un lado, luego le pones otra barra perpendicular de un metro y en su extremo mides la cantidad de trabajo (fuerza/distancia) que puede realizar el motor para cada régimen de giro. Cuanta más fuerza en menos giro, más par.

Y entonces por qué puede aumentar la potencia cuando el par ya disminuye? Pues por que esa pérdida la compensa el aumento de revoluciones. El motor ya no es capaz de mantener esa fuerza máxima que hace girar nuestra barra imaginaria pero a base de meter más caldo puede seguir girando más y más rápido. Eso en la rueda hace que sigan subiendo los CV. Recuerda que la potencia es una relación entre trabajo y tiempo, mientras que el trabajo lo es entre fuerza y distancia.

En lenguaje de tabernas: el par es la fuerza a la que puede hacer girar un eje el motor a unas determinadas revoluciones, la potencia es eso mismo pero introduciendo la relación con el tiempo. Si me das menos trabajo pero más veces por minuto la potencia puede seguir aumentando, todo dependerá de cuánto menos trabajo y cuánto menos tiempo.

Espero que se entienda.

Trasladado a la curva de la X. Divide la cantidad de fuerza que puede hacer por giro en seis partes iguales. Ahora coge sólo la parte más alta. Bien pues el motor se mantiene ejerciendo ese rango de fuerzas entre las 2500 y el corte. Entre poco más de las 6000 y casi las 8000 está dando todo lo que tiene. De ahí al corte cae suavemente y no demasiado, eso permite que la potencia siga subiendo aunque en un ángulo más suave hasta su potencia máxima y el corte a las 8600 rpm.

Y el consumo? Pues tradicionalmente en coches de calle se escucha mucho aquello de cambia de marcha a las revoluciones a las que tienes el par máximo. En mi coche eso funciona con el par máximo a 1750 rpm pero a 7000 va a ser que no. Tampoco circular con marchas más largas de lo adecuado funciona, eso baja las revoluciones y el par necesitando estrujar más la oreja para subir de vueltas. De todas formas, precisamente en esta moto, no creo que tenga mucho sentido preocuparse por ello. Con un desarrollo razonable si aceleras con suavidad los consumos son siempre bajos, y si no casi que también.

Vssssss.