Transmisión de moto: ¿qué diferencias hay entre una caja de cambios y un variador?

Lo más normal es que el primero, la caja de cambios, te la encuentres en motos y el variador, también llamado CVT, en scooters. Pero no siempre es así: la Vespa PX, la de dos tiempos » de toda la vida» llevaba una caja de cambios normal. Y la Aprilia Mana, por ejemplo, llevaba variador.

Es una pregunta que últimamente se ve mucho. Y seguramente este tipo de dudas llegan desde el mundo del coche: ahí sí hay bastante lío con el asunto. Hay coches manuales, con caja de cambios normal y últimamente un montón de cambios automáticos diferentes: por CVT, por convertidor de par, cambio robotizado, cambio de doble embrague€ e incluso algunos que mezclan varias tecnologías. Mucho lío. Pero no vamos a entrar en todas ellas; no interesan para entender cómo va la transmisión de la moto.

Vamos a ello, pero primero quiero aclarar un punto: todos los conceptos y explicaciones que se pueden dar aquí pueden complicarse hasta que sea necesario un doctor en ingeniería para entenderlos. Casi todos ellos requieren para una explicación exacta de grandes conocimientos de física, fórmulas, matemáticas y esas cosas aburridas. Y un montón de «piececitas» intermedias, arandelas, rodamientos, palanquetas e historias, que tendrás que conocer si lo vas a desmontar, pero no para entender cómo funciona. Y, sinceramente, buscamos entretenerte y explicarte, a grandes rasgos, cómo funcionan, no que diseñes una caja de cambios. Por eso, nos permitimos algunas «licencias» y simplificaciones, de forma que podamos meter esto en un texto de proporciones «legibles» y comprensible para la mayoría.

La necesidad de la transmisión

¿Por qué llevamos una caja de cambios o un CVT? Si conectamos el motor directamente a la rueda, como hacían nuestros tatarabuelos en aquellas primeras bicicletas con motor del siglo XIX, lógicamente, con el motor en marcha, la moto no puede permanecer parada. Pero esto se resuelve con algún tipo de embrague, que al final no es más que un mecanismo que separa el movimiento del motor del de la rueda. Y, de este, también hay unos cuantos tipos. Pero la segunda función de la transmisión está menos clara. De hecho, algunos ciclomotores, hasta bien entrados los años 80 del pasado siglo no llevaban ningún tipo de transmisión. Y algunas motos infantiles siguen sin llevar nada más que ese embrague, simplemente para que la moto permanezca parada o en marcha.

El caso es que los motores de explosión tienen sus cifras de par y potencia muy por encima de su ralentí. Par y potencia, por no enrollarnos con una explicación que requiere mucho más espacio, son la capacidad del motor de empujar. Digamos, simplificando mucho, que el par es la fuerza de empuje del motor. Es una curva que va subiendo, acorde a las revoluciones y se estabiliza cerca de medio régimen, que es donde el motor es más eficiente: más fuerza con menor consumo. Potencia es la máxima fuerza que es capaz de ejercer, generalmente cerca del tope de revoluciones que alcanza.

Con estos conceptos claros, si conectamos el motor sin ningún tipo de transmisión a la rueda, sólo con un embrague, necesitaremos que esa rueda gire, a pocas vueltas, con suficiente fuerza como para arrastrar el peso del vehículo cargado con poco par. Lógicamente, será capaz, entonces, de correr poco a tope de vueltas. Es lo que llamamos una relación de transmisión «corta»: por cada vuelta del motor, la rueda da pocas vueltas, con mucha fuerza. Es útil, por tanto, poder variar esa relación de transmisión cuando queramos, alargarla o acortarla en función de si salimos, subimos, bajamos o queremos mantener una velocidad constante con poco consumo. Y hay muchas formas de variar esa relación de transmisión.

¿De qué hablamos cuando nos referimos a la «transmisión»?

Primero y muy importante, si quieres entender textos que explican estas cosas de forma más técnica y profesional, es preciso entender de qué hablamos cuando decimos transmisión. En el mundo de la moto hay tres cosas que pueden incorporar este término: si hablamos de «transmisión primaria», hablamos del mecanismo que saca el movimiento del cigüeñal y lo lleva a esa pieza que va a variar la relación de transmisión. En motos modernas suele ser un piñón solidario al cigüeñal que engrana directamente o a través de algún piñón intermedio con el embargue. En scooters o motos automáticas, esa transmisión primaria es el propio eje del cigüeñal. Es decir, el CVT va directamente montado sobre el eje del cigüeñal, luego veremos cómo.

Transmisión final se refiere al sistema que empleamos para comunicar el movimiento de salida del cambio o CVT a la rueda trasera; es decir, si es una moto de cardan, cadena, correa dentada o, en casos raros, cadena de engranajes. Si hablamos directamente de transmisión, sin más, nos referimos precisamente a ese mecanismo de variación de relaciones que es la caja de cambios o CVT. Es decir, decimos que la transmisión es manual (caja de cambios) o automática (CVT, convertidor, doble embrague€) o que tipo de transmisión llevamos.

¿Y el embrague?

También resulta interesante, antes de ver cómo cambiamos la relación de transmisión, entender cómo llega el movimiento a la rueda. Para ello necesitamos que en parte de todo este proceso haya un embrague; una pieza capaz de hacer que la rueda se pare mientras que el motor sigue en marcha. Y una forma útil es saber un poco de su historia. Si ves motos muy antiguas, verás que llevaban una correa de cuero que salía del cigüeñal e iba a una enorme rueda solidaria a la llanta trasera. En medio del recorrido de esa correa, una zapata tocaba la correa e iba conectada a una palanca.

Cuando el conductor tiraba (o empujaba) esa palanca la correa se tensaba, aumentando el rozamiento de la correa sobre la rueda y haciendo que esta se moviera. Útil, básico y€ de poca duración. En coches te encontrabas el mismo sistema, o unos conos de madera, con uno de ellos forrado de cuero que entraba en el otro, con un sistema de muelles. Hoy día las cosas no son así. En motos y scooters encontrarás dos tipos de embrague, con algunas variaciones en uno de ellos:

Embrague de discos

Una serie de discos, dos o más, uno de ellos solidario a la salida del cigüeñal y otro al cambio o al resto de la transmisión. Van unidos por muelles y son de un material que fricciona entre ellos, permaneciendo solidarios mientras que no acciones el embrague. Cuando tiras de la maneta, se separan, interrumpiendo así el movimiento y dejando suelta la transmisión. Cuando vuelves a soltar la maneta, se acercan, empiezan a rozarse de forma progresiva hasta que quedan otra vez solidarios, dando ese tacto de «patinaje» necesario para no resultar brusco Hoy día el más común de los embragues en motos actuales es el llamado «embrague multidisco en baño de aceite».

En vez de haber dos discos hay multitud de ellos, unos conectados dentro de un cesto al motor, otros, conectados por dentro a un eje del cambio y todos ellos dentro del cárter, impregnados en aceite. Se consigue el mismo efecto, con menor tamaño, mejor tacto y duración.

Embrague de zapatas

¿Sabes como es un tambor de freno? Pues parecido, pero funcionando al revés. Unas zapatas, piezas metálicas forradas de material sintético (ferodo o similares), van conectadas al motor. Llevan unos contrapesos solidarios a ellas, calculados de forma que a cierta velocidad de giro se abren y empiezan a rozar contra un tambor montado en la pieza que recibe el movimiento. Ese rozamiento aumenta hasta llegar a mover, de forma solidaria, todo el conjunto. Este es el embrague típico que encontramos en scooters o en motos infantiles monomarcha: no requiere tu intervención para abrirse o cerrarse, como ves.

Otros tipos de embrague

Hoy día esta explicación anterior es insuficiente: puedes encontrar embragues multidisco en aceite automáticos (TMax o AK 550, por ejemplo, así como los Rekluse, que se venden para off road como accesorio) que funcionan, precisamente con un sistema centrífugo, similar al de zapatas, pero manteniendo el mecanismo principal del embrague multidisco, con su tacto y duración. También, en las Honda que equipan cambio DCT encontramos embragues especiales: son de discos, relativamente normales, pero llevan dos (luego veremos por qué) y van robotizados: es la propia electrónica de la moto la que lo acciona, a través de unos servomotores.

La caja de cambios

La caja de cambios normal es, de lejos, el más común a lo largo de la historia de la moto de los mecanismos de variación de relación de transmisión. Inventada en los albores de la automoción, es un sistema de piñones montados sobre dos ejes que, de forma pareada, conectan el motor con la rueda. Es fácil de entender viendo los esquemas; no tanto cuando ves una de verdad y, sinceramente, difícil de explicar con palabras. Pero lo intentaremos.

Cómo es la caja de cambios

Un eje, solidario al motor (a través del embrague) gira a la velocidad determinada por el motor (hay un cambio en el número de vueltas, dado por la transmisión primaria, claro). Sobre él hay montados piñones capaces de desplazarse sobre el eje, de forma que a veces quedan locos y otras se quedan fijos y giran con el eje. Estos piñones tienen, en un eje secundario, paralelo al primero, otros piñones sobre los que atacan. Cuando uno de esos piñones queda fijado al eje, arrastra al otro eje a través de su piñón enfrentado, que lleva la potencia al piñón de salida y de ahí a la rueda. Cuando un cambio tiene la marcha última como «directa» es porque el mismo número de vueltas que entran es el que sale; es decir, el eje primario hace de eje fijo y hay las mismas vueltas a la entrada que a la salida. Pero te insisto, verás cómo con los gráficos se entiende mejor.

Ventajas e inconvenientes de la caja de cambios

La verdad, muchas ventajas y pocos inconvenientes. De ahí su popularidad, claro. Es técnicamente más complicada de lo que ves en los gráficos o de lo que hemos explicado: para su correcto funcionamiento requiere un ajuste preciso, un mecanismo de selección de velocidades complejo, sincronizadores, que hagan que los dos ejes y piñones giren siempre enfrentados para que no rasquen al engranarse y toda una serie de elementos intermedios. Pero, lógicamente, consigues en un reducido espacio meter las relaciones que quieras (lo más habitual hoy día son cinco o seis marchas), con no mucho peso ni pérdidas de potencia o par. ¿Inconvenientes? Entre marcha y marcha pierdes velocidad y empuje y su manejo requiere aprendizaje y tacto de embrague por parte del conductor.

El variador automático o CVT

Segundo de los sistemas de transmisión en cuanto a popularidad, es el sistema que hoy día llevan casi todos los scooters modernos. Se llama, correctamente, transmisión por variador continuo, por sus siglas en inglés CVT. Lo han montado también algunas motos e incluso coches, siendo uno de los sistemas que hoy día se vuelven a usar en coches automáticos.

Cómo es el variador

En la salida del cigüeñal encontramos el variador en sí. Es un conjunto de piezas formado por un «plato de rampas» que por un lado lleva unos contrapesos montados en unos huecos por los que esos contrapesos «suben» hacia el exterior del plato cuando las revoluciones aumentan. Esas rampas tienen inclinación, de forma que cuando suben mueven ese plato hacia dentro o hacia afuera. El otro lado del plato es liso e inclinado y forma un «diávolo» con otro plato fijo montado en el mismo eje. Entre ellos, una correa que va de ahí a la salida de la transmisión.

Lógicamente, cuando aceleras, los contrapesos suben por las rampas, cierran el diávolo y la correa tiene que trepar por esas paredes, aumentando el diámetro de la circunferencia sobre la que gira, aumentando así el desarrollo de la transmisión: es como meter un plato más grande en la bicicleta. Hoy día, en el otro lado de esa correa se monta un embrague centrífugo, consiguiendo así que a bajas vueltas la moto no se mueva, al acelerar tenga fuerza y poca velocidad y a tope de vueltas mucha velocidad.

En un scooter normal ese embrague va al lado de la rueda trasera, a la que se conecta directamente a través del eje de salida. En los scooters de motor central como el TMax o el AK 550 el embrague va al lado del variador, dentro del cárter y desde ahí hay una correa dentada a la rueda trasera, como transmisión final. En un Burgman 650 es igual pero con transmisión por engranajes desde el embrague hasta la rueda trasera; y por medio de una cadena metida en un cárter con aceite en el BMW C650. En las Aprilia Mana y SRV, por ejemplo, el variador y el embrague iban dentro del cárter, con salida a un piñón de ataque y cadena normal hasta detrás.

Ventajas e inconvenientes

Es fácil de ver la primera de las ventajas: facilidad de uso. Aceleras y la moto corre, no aceleras y no se mueve. No requiere que intervengas sobre el embrague o sobre la relación de cambio que quieres. Y esta es precisamente la segunda de sus ventajas, definida además en su nombre completo: las relaciones de transmisión son continuas: no hay 4 o 5 marchas; hay todas las posibles dentro del rango de relaciones de las que el variador es capaz, sin saltos ni pérdidas de aceleración. Y dentro de sus inconvenientes son las mayores pérdidas al comenzar su funcionamiento: para que los contrapesos se muevan y se cierre el embrague necesitas más vueltas que para salir con un cambio normal, de ahí esa sensación de abrir mucho más gas con el scooter para salir que en la moto.

Otros sistemas de transmisión

Definido el problema, siempre hay varias soluciones. Necesitamos variar la relación de transmisión; las vueltas que salen del motor hay que convertirlas en pocas vueltas de rueda con mucha fuerza o en muchas vueltas para más velocidad. Caja de cambios es una forma; otra es el variador. Pero hay más sistemas y ha habido muchos más. Dos son los que principalmente te puedes encontrar, aunque en el camino se han quedado muchos sistemas, de los que recuerdo al vuelo el HFT de Honda: un sistema que jugaba con la presión de un hidráulico que producía una bomba conectada al motor, moviendo un juego de platos inclinados y un «receptor» de esa presión hidráulica para mover la transmisión final: se montó en la DN-01 y nunca más se supo. Pero vemos esos dos sistemas que quedan:

Cambio automático por convertidor de par

Técnicamente muy complejo, con cajas de cambio de varias relaciones que entran solas, jugando también con fuerzas centrífugas y presiones de aceite en su interior. Son grandes y pesadas, de utilización muy cómoda y agradable, pero sólo se montan hoy día en coches grandes de lujo. Es, de hecho, la caja automática clásica de los coches. Como curiosidad, indicar que no llevan ninguno de los embragues que antes hemos dicho: llevan un «convertidor de par»: el motor mueve una especie de hélice o turbina metida en una carcasa con un aceite muy denso.

La entrada en el cambio lleva otra hélice parecida, enfrente de la primera, en la misma carcasa. Cuando la primera se mueve, la segunda también. Otra curiosidad, sí ha habido motos con este sistema, por ejemplo, la Guzzi 1000 Convert, de los años 80, con dos marchas. Y otro ejemplo más curioso: el Ducati Cruiser. Un scooter automático con convertidor de par que intentó en los años 50 competir como gama alta en un mercado inundado de Vespas y Lambrettas.

Cambio de doble embrague

O si quieres, DCT, de Honda, que es la única aplicación que a día de hoy encontraremos en motos, aunque está bastante difundido en coches, por lo que es probable que acabe llegando a otras motos. Realmente se trata de un cambio normal, con ejes y sus piñones capaces de fijarse unos a otros en función de la relación deseada. Su diferencia estriba en que emplea dos embragues, multidisco, en este caso. Uno de ellos conecta el motor con las marchas impares: 1ª, 3ª y 5ª.

El otro embrague conecta con la 2ª, 4ª y 6ª. Mientras que uno de los dos embragues está transmitiendo potencia, el otro mantiene engranada la siguiente velocidad (en función de si vamos acelerando o desacalorando, será la superior o la inferior) y se mantiene «a la espera». Alcanzadas las condiciones de rpm determinadas, la electrónica decide soltar un embrague y coger el otro, consiguiendo un cambio continuo, sin pérdidas, rápido y preciso. Requiere, lógicamente, un software complejo que analiza, mediante sensores, las condiciones del momento y decide qué hacer.