Tecnología mecánica y no electrónica en las motos actuales

Hace unas semanas publicábamos en esta web un par de artículos sobre nuevas tecnologías en moto. Intentamos hacer un pequeño catálogo de los nuevos sistemas que no siempre ni todos saben lo que son, cómo funcionan y para qué sirven. Durante la preparación de estos reportajes nos dimos cuenta que, efectivamente, la electrónica era la gran protagonista de los últimos años, especialmente en la parte en la que más nos fijamos, dejando un poco de lado la tecnología de base mecánica. Y como verás, es muy importante porque, en el fondo, nuestras motos mejoradas con electrónica siguen siendo, en un 90%, un aparato mecánico más que electrónico.

Lo cierto es que es normal: en los últimos 20 años ha sido la implementación de la electrónica, o más bien de la informática, lo que ha cambiado radicalmente la forma en que funciona una moto. Sin embargo, esto no ha implicado que se detenga la investigación y el desarrollo de nuevos sistemas mecánicos que mejoran el comportamiento y eficacia de la misma. Y cuando te pones a pensar qué elementos mecánicos se montan hoy día que no existían hace unos años, te das cuenta que son unos cuantos y que son vitales en esa mejora de las motos actuales.

Quizá no sean «todos los que son», pero sí hemos recopilado algunos de esos sistemas e inventos, siendo interesante saber qué son y qué hacen, aunque a diferencia de los artilugios electrónicos estos rara vez requerirán tu intervención o la gestión sobre ellos. Vamos a ver cuáles son.

1. Cigüeñal contrarrotante

Esto no es un invento ni un desarrollo complicado sino más bien, como diría un personaje famoso de una serie de la tele, un «darse cuenta». ¿Por qué tu moto, incapaz de quedarse en pie por sí sola en parado, lo hace cuando está en marcha? Es obvio: la inercia del giro. ¿El de las ruedas? En parte, sí, pero la masa más importante en giro en la moto es el cigüeñal. Sobre un motor longitudinal BMW o Guzzi, por ejemplo (te recuerdo que es la posición del cigüeñal la que marca el montaje del motor) hay mucho desarrollo para evitar que las inercias laterales de dicho elemento interfieran de forma decisiva en el comportamiento de la moto. En los motores transversales parecíamos estar todos de acuerdo que esas interferencias desaparecían y, por tanto, nada más había que mejorar en este sentido. Pues no. El cigüeñal «normal» gira hacia delante y refuerza el apoyo de la rueda delantera sobre todo en retenciones, desplazando hacia atrás esa inercia al acelerar; va con la lógica de cómo tiene que funcionar la moto. ¿Pero qué ocurriría si lo hiciéramos girar al revés? Pues nos encontramos con que la inercia que mantiene la moto en pie y estable no empeora, pero si tenemos suficiente agarre en el tren delantero hacemos una moto mucho más ágil a la hora de girar, con menos tendencia a levantar el morro al acelerar, por lo que requerirá menos intervención electrónica. Con ello, además, mejoraría la aceleración e incluso la frenada al quitar «peso» de la rueda delantera en ese momento. Eso sí, en caso de que no quieras que la moto vaya marcha atrás, necesitas un piñón intermedio que dé la vuelta al giro entre le cigüeñal y el embrague.

2. Calados de cigüeñal y encendido

Siguiendo con el eje principal del motor, en estos últimos 40 años se han generado muchos cambios en una pieza tan vital como esta que afecta al funcionamiento básico del motor, es decir, cómo se producen las explosiones que generan la potencia. Y esto está también ligado al sistema de encendido, o cuándo salta la chispa que provoca esa explosión. Centrémonos en los cigüeñales de cuatro cilindros y más concretamente el conocido Crossplane de Yamaha, aunque este planteamiento también pueda encontrarse en motores de 2 y 3 cilindros.

Antiguamente un cigüeñal de cuatro cilindros era plano, o dicho con mayor exactitud, las muñequillas donde se cogen las bielas estaban en el mismo plano, a 180º, dos arriba y dos abajo. Cuando dos pistones suben, uno de ellos está en compresión y hace al final de su carrera ascendente la explosión correspondiente que produce potencia. Y esta arrastrando (además de un montón de elementos como bombas de agua, aceite, alternador, etc) a tres pistones que están, justo en ese momento, frenando para cambiar de dirección, uno de ellos situado arriba, otros dos abajo. Si yo hago un cigüeñal en forma de cruz, con las muñequillas a 90º, de esos tres pistones arrastrados sólo uno está abajo cambiando de dirección, mientras que los otros dos están a mitad de carrera, frenando menos la potencia producida.

En un motor de dos cilindros paralelo clásico, por poner otro ejemplo, los pistones suelen estar a 360º. Los dos suben y bajan al tiempo, aunque sólo uno haga explosión en esa vuelta. Un motor V2, sin embargo, no es así: su geometría es más compleja y la forma del cigüeñal hace que esas explosiones no estén tan bien repartidas en el giro del motor, sino que se agrupan. Eso le da también una ventaja clara a la hora de ganar algo en tacto de motor y entrega de potencia. De ahí que hoy día encuentres muchos «twins» en los que te dicen que están calados a 270º, lo que le permite imitar el comportamiento de un V2. Por cierto, un V4 también aprovecha esa ventaja geométrica.

3. Ejes de equilibrado

¿Cómo hemos tardado casi 140 años, que es lo que lleva inventado el motor de explosión, en llegar a implantar estas cosas? Pues la verdad es que, para sorpresa de muchos, hace mucho que se tiene conocimiento de todo ello, pero los materiales no permitían ciertas estructuras y, sobre todo, se producían efectos no deseados cuando intentabas emplear dichas tecnologías. Los cigüeñales de 4 cilindros planos, esos calados a 360º, en los twin tienen que ver con el equilibrio del motor. Se equilibraban por su posición y la de los propios contrapesos del cigüeñal. Es la forma en la que un motor funciona de forma más centrada y, si te sales de ahí, van a aparecer vibraciones. ¿Cómo las mitigamos? Mediante ejes de equilibrado que las eliminen en el resultado final. Una solución que hace años no se empleaba. Comenzaron a usarse alrededor de la década de los 80 y han supuesto la panacea, porque a medida que se ha ganado experiencia se han podido implementar el resto de mejoras. Hoy día son imprescindibles en prácticamente cualquier motor.

4. Descompresor automático

¿Te acuerdas de aquellos grandes monocilíndricos de arranque a patada de hace años? ¿Recuerdas el famoso descompresor con mando por gatillo como el de la foto de arriba, básico para arrancar? No, no han dejado de usarse ni en monocilíndricos ni en otros motores, aunque no en todos. En aquellas motos antiguas era importante, ya que había que colocar con el mínimo esfuerzo el pistón en una posición que facilitara el arranque y, solo después, darle el «patadón» de forma que se pusiera en marcha, rezando para que no rebotase y te enganchase el pie. Hoy día, en Europa, no es fácil encontrar una moto con arranque por palanca, pero el motor de arranque sufre desgastes si tuviera que «tragarse» ese esfuerzo, pese a que en muchas motos lo hace… Pero en otras, en casi todas las monocilíndricas grandes de 4T, por ejemplo, ese descompresor existe aunque tú no lo ves.

Y sigo con los recuerdos. ¿Conociste aquellas XT 600 de Yamaha sin arranque eléctrico? Fueron de las primeras que yo recuerdo que implementaron un sistema así: en la propia palanca de arranque había un mecanismo que, cuando empezaba a moverse la pata, tiraba de un cable que actuaba sobre el descompresor, soltándolo a mitad de recorrido. Tú ya no actuabas sobre él, salvo a través de la propia pata, pero hacía su trabajo de forma más eficaz que una maneta. Hoy día ni siquiera es así: cuando el motor se para, una serie de mecanismos inerciales llevan el motor hacia atrás, dejándolo en reposo con una válvula de escape abierta, de forma que cuando el motor de arranque lo haga girar de nuevo no haya compresión en la primera carrera del pistón. Esto beneficia el arranque, esfuerza menos el motor y al final repercute en la fiabilidad y la eficiencia.

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5. Cilindro descentrado

Seguimos hablando de presiones e inercias. Imagínate la carrera del pistón. Sube y baja en el mismo plano, de forma que cuando el pistón está arriba del todo tiene que cambiar de dirección 180º tras la explosión, venciendo la resistencia del cigüeñal justo en el mismo plano, con la biela completamente recta hacia arriba. Y en el fondo es como una palanca o como una manivela. ¿A que cuando tienes que girar tú una manivela no la pones en esa posición, recta desde donde presionas? No, la inclinas para hacer fuerza con menos resistencia. En eso se basa esta idea. Si el centro del cigüeñal no está exactamente debajo del centro del cilindro, cuando el pistón empieza a bajar tiene ya unos grados de giro con respecto a 0º del cigüeñal, facilitando así la bajada y aprovechando mejor la explosión. Es de esas cosas que se han implementado buscando la máxima eficiencia de los motores, lo que al final se convierte en menos consumo para la misma potencia y, por tanto, también en menos emisiones. Es al tiempo una de esas tecnologías que se engloban bajo ese capítulo de reducir perdidas por fricción, como la distribución sobre rodillos o las válvulas en el cárter para evitar la presión por bombeo del pistón, en su carrera descendente.

6. Recubrimiento de cilindros

Desde que el mundo es mundo, o al menos a lo largo de toda la historia del motor de explosión, el recubrimiento de las superficies en rozamiento ha sido clave para que un propulsor funcionase bien. Pero claro, en esto los avances encontrados en materiales han sido continuos a lo largo de la historia y, lógicamente, continúan siéndolo. Y no sólo en los materiales. La comprensión de los ingenieros sobre cómo se comportan los gases y fluidos dentro del motor ha ido mejorando con el paso del tiempo, al ser capaces de ver de forma microscópica y por simulación cada vez más potente cómo suceden realmente las cosas.

Hace muchos tiempo se pensaba que una superficie muy pulida era la mejor opción. En los años 50 se pusieron «de moda» los cilindros cromados. La superficie cromada, como un espejo, parecía por lógica que tendría menor rozamiento que una superficie metálica sin más, simplemente pulida. Pero daban problemas: el más mínimo enganchón de los segmentos o cualquier defecto en este sentido desprendía el cromo, dando lugar a una avería grave en breve. A finales de los 70 o más bien en los 80, empezaron a sustituirse las camisas de hierro tratadas por cilindros de aluminio con un recubrimiento interior realizado mediante una capa de níquel y silicio, el famoso Nikasil, y tratamientos similares. Aunque el nikasil sigue usándose, los tratamientos han ido mejorando y muchos fabricantes han perfeccionado tecnologías en este sentido que permiten mayor fiabilidad y eficiencia. Hoy día sabemos, por ejemplo, que aun siendo imposible a nivel microscópico una superficie 100% plana, es incluso mejor ciertas protuberancias (insisto, microscópicas, no te pongas a hacer bultos en tus cilindros) en dichas superficies, que «sujetan» los fluidos entre las paredes del cilindro y el pistón, evitando con ello rozamientos.

7. Distribución variable

Cuando en un motor se abre la válvula de admisión, entra la gasolina. Sube el pistón, la quema y después abre la de escape en la siguiente subida, evacuando los gases de escape. Hay un momento en esa segunda subida en que empieza a abrirse la de admisión para comenzar a meter gases frescos e iniciar de nuevo el proceso. El diseñador decide en qué momento se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión en esa carrera. Es lo que se llama cruce de válvulas. Por otro lado, tampoco es igual que esas válvulas se abran unos pocos milímetros o unos cuantos más y, en función de esas decisiones, el motor se comporta de una forma u otra. Cuanto más cruce de válvulas, dentro de unos límites, y más apertura, más prestaciones… pero también más consumo, porque si yo abro mucho las válvulas durante mucho tiempo, parte de esos gases frescos se escapan sin quemar por el escape; en cambio, si cierro muy pronto, con poca apertura, el motor limita su capacidad para subir de vueltas. Si pudiéramos hacer que las válvulas se comportaran de una forma u otra en función de la velocidad de giro, sería ideal. En eso se basan los sistemas de distribución variable.

Se han empleado durante muchos años sistemas puramente mecánicos, esto es, al subir el giro, sistemas de muelles o centrífugos giraban el árbol de levas aumentando el cruce de las mismas y mejorando esa respuesta en alta, permitiendo un cruce muy conservador abajo. Hoy día proliferan sistemas más sofisticados en los que es un servomotor, informado por la electrónica de la moto, el que coloca ese árbol de levas (por si no lo sabes, el que empuja las válvulas para abrirlas) en una posición u otra. El colmo de esta tecnología, todavía en investigación, es un sistema desarrollado por algunos fabricantes de coches que prescinden de árbol de levas y mueven directamente las válvulas con sistemas electromagnéticos individuales para cada una de ellas, directamente actuadas a través de la información de los sensores del motor. Esto está por llegar, pero no dudes que acabará entre nosotros tarde o temprano.

8. Frenos combinados

Lo de un freno en la maneta para la rueda delantera y otro al pie para el trasero, es lo estándar, pero no siempre fue así. Durante los años de los «pioneros», aquellas motos de principios del siglo XX cada fabricante inventaba su forma de parar la moto. Se podían ver pedales, manetas, palancas que actúan sobre una u otra rueda o la transmisión, sistemas de cuña, de herradura sobre la rueda, tambores… de todo. Pero hace muchos que está claro que la mejor forma de frenar es deteniendo las dos ruedas prácticamente al tiempo. Eso sí, hacerlo bien requiere cierta pericia y lo normal es que todos, por experiencia, tengamos tendencia a no emplear el freno delantero con todo su potencial. Un sistema para resolver ese problema es mezclar los mandos, provocando que el que empleas para la rueda trasera también actúe sobre la delantera. Pero este genera otro problema: los que ya están entrenados para frenar bien, pierden parte del control del sistema. Esto se ha resuelto normalmente mediante un estudiado ajuste de presiones, de forma que se mantenga el control lo más parecido posible.

Seguramente uno de los controles más famosos en este sentido sea el aportado por Moto Guzzi con su archiconocida y polémica, sobre todo en las habituales carreras de promoción de la época, «Frenada Integral Guzzi». Implementado por la marca italiana en los años 70, empleaba tres discos: el delantero derecho se usaba con la maneta y el delantero izquierdo y el trasero con el pedal, mediante un repartidor de frenada. Honda recuperó un sistema parecido a finales del pasado siglo, el “Dual CBS”. Tuvo tantas críticas como elogios, pero lo cierto es que solo llegaron a funcionar bien cuando se complementó con el ABS, de forma que no bloquease el tren delantero nunca. Ahora es obligatorio en 125 cc que no lleven ABS y ves de todo: motos que se ha tarado bien y ayudan, pero también otros en los que te juegas el bigote al frenar de atrás… porque tienden a bloquear la rueda delantera. Y, una vez más, será la electrónica la que suponga un avance definitivo. Una Ducati Multistrada, por ejemplo, monta un sistema combinado interesante: cuando frenas sólo con la maneta, la moto sabe que primero debe bajar un poco la zaga y manda presión al freno trasero previamente, asegurando una frenada perfecta y equilibrada siempre al recibir información de la situación de la moto de los mil sensores y ordenadores que controlan el conjunto.

9. Embrague antirrebote y asistido

Donde hay giro, hay energía perfectamente válida para ser usada. El embrague está girando siempre que el motor se mantenga en marcha. Normalmente, en casi todas las motos (con embragues multidisco) consiste en un «cesto» (maza de embrague) con almenas donde unos discos, con un material sintético parecido al de una pastilla de freno, se intercalan con otros metálicos. Los primeros llevan esas almenas hacia afuera, hacia la maza, que va engranado con el cigüeñal. Los metálicos los llevan en el centro, hacia dentro, a una punta de un eje que entra en el cambio (núcleo o buje). Todos ellos se mantienen presionados por unos muelles, sobre un plato de presión en el que actúa la maneta, presionando esos muelles y liberando los discos, que al dejar de rozar unos con otros, separan el movimiento del cigüeñal del cambio. Ese plato de presión de «toda la vida» iba atornillado en una posición fija con respecto al embrague; gira con él, sin posibilidad de otro movimiento. Ahora, la parte inferior de este plato de presión sí permite cierto movimiento. En su parte inferior hay una serie de «rampas» hacia un lado o hacia otro. Cuando el motor está girando y con la maneta aproximas el palto de presión a la posición de soltar los discos, el plato se gira unos grados, haciendo actuar esas rampas que ayudan a presionar los discos. Ese es el mecanismo de asistencia.

Ahora pongámonos en otro caso, como por ejemplo una reducción fuerte. La rueda trasera intenta agarrarse al suelo. El motor, girando rápido, comienza a retener. Es el embrague el que se «come» esas fuerzas contradictorias. Otras levas o rampas en el plato de presión están calculadas para que, cuando esto ocurre, presionen también los discos, separándolos un mínimo. Es el mismo efecto que si tu sujetases la maneta a medio recorrido, permitiendo cierto deslizamiento de los discos para evitar que ese exceso de retención haga rebotar la rueda trasera sobre el suelo. Efecto antirrebote. Simple pero complicado.

10. Cambio seamless

Una de las tecnologías más importantes de los últimos años en MotoGP, independientemente de la aerodinámica tan en boga hoy, ha sido el complicado, caro y sofisticado sistema de caja de cambios seamless. Vino a resolver un asunto un tanto «tonto» como es la pérdida de tiempo provocada por el cambio al no traccionar todo el tiempo: efectivamente cuando coges el embrague al cambiar de marcha, el motor deja de traccionar una fracción de segundo, por muy rápido que seas. Muchas fracciones de segundo sumadas a lo largo de una carrera son unos cuantos segundos. Y eso, en competición al máximo nivel, es mucho. En este sentido también se desarrolló el quickshifter que ganaba bastante en dicho proceso: el embrague, que acabamos de ver lo que hace, se encarga normalmente de separar el giro del cigüeñal del propio del cambio. Este último, al no recibir fuerza exterior por este lado, iguala el giro de sus dos ejes y permite que entre otro juego de piñones al cambiar de marcha. Si no coges el embrague, cuando menos, pegará un tirón al entrar una marcha y posiblemente rasque, al estar girando piñones enfrentados a diferente velocidad. El quickshifter desconecta el encendido una fracción de segundo, el tiempo suficiente para que los piñones no estén recibiendo fuerza y entre la velocidad sin rascar, pero sigue habiendo una fracción (menor) de tiempo sin tracción de la rueda al suelo. Se investigó con sistemas de doble embrague de control electrónico, que eran la solución ideal. Pero alguien en la organización del Mundial decidió que eso podía ser caro y lo prohibió… sin darse cuenta que una marca como Honda, empeñada en diseñar un cambio sin pérdidas, lo iba a hacer “sí o sí”. Nació de este modo el cambio seamless, o lo que es lo mismo, «sin costuras». Esta denominación hace referencia a que en su funcionamiento no existen esos intervalos sin tracción: cuando metes una marcha, la anterior no ha dejado de empujar. Es el mismo efecto que un sistema de doble embrague, solo que lo hace el propio cambio sin la intervención de dos embragues y sin necesidad de control electrónico.

Sinceramente no he encontrado todavía forma de ver el funcionamiento de este sistema más allá del propio documento de patente de Honda, que no es fácil de entender, y todavía queda cierto secreto sobre los sistemas que las marcas emplean para conseguir este efecto. Sí sabemos que lo hace mediante una serie de pestillos que actúan engranando dos velocidades al tiempo sobre el eje, pero dejando que sólo uno de ellos actúe en cada momento, «deslizando» al otro cuando es necesario. Son sistemas muy caros de fabricar y mantener, por lo que no parece probable que lo vayamos a ver pronto en motos de calle, al menos las más sofisticadas tecnologías de competición, cuando otros mecanismos mucho más baratos y probados consiguen efectos similares y suficientes para las motos de gran serie.