Motos con motores sobrealimentados

No hay manera más sencilla de aumentar las prestaciones del motor que logrando que entre en sus cilindros haya una mayor cantidad de aire.
Pepe Burgaleta / Fotos: MPIB/Marcas -
Motos con motores sobrealimentados
Motos con motores sobrealimentados

Los motores sobrealimentados no son precisamente nuevos, más bien todo lo contrario, en los primeros modelos fabricados en el siglo XIX, los pioneros enseguida descubrieron sus ventajas. Los hermanos Roots habían inventado en 1860 un compresor de aire para alimentar los hornos y en 1878, ya lo emplearon en un motor de dos tiempos. Daimler patentó un motor con un compresor en 1885. El primer coche de carreras de este tipo logró ponerse a 160 km/h en el estado de Pensilvania en 1908. Vamos que enseguida nuestros pioneros encontraron sus virtudes.

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Más es mejor

La fórmula es simple, cuanto más aire meto en los cilindros, más cantidad de energía se produce en cada combustión y, por tanto, más par obtengo. Puedo diseñar maravillosas cámaras de combustión, conductos pulidos, diagramas de distribución perfectamente ajustados y lograr que el motor corra más. Si en vez de eso logro meter el doble de mezcla con un compresor, pues de un plumazo doblo la potencia. Te preguntarás, ¿y entonces por qué no lo hace todo el mundo desde hace más de un siglo? Bueno, lo han hecho muchos, pero todo tiene su lado oscuro, incluso el dopaje legal. Hay dos tipos de sistemas sobrealimentados, los que emplean compresores mecánicos accionados por el movimiento del motor y los que emplean turbinas movidas por los gases de escape, los «turbos». Los más antiguos son los primeros, que comenzaron utilizando precisamente ese compresor inventado por los Roots, que es básicamente el mismo diseño que las bombas de aceite de lóbulos que utilizan nuestras motos. Este tipo de compresor y otros como los basados en el diseño Eaton, se suelen denominar de volumen constante, porque en cada revolución de sus engranajes, se comprime una cantidad similar de aire. Lógicamente a más régimen, más cantidad de aire entra, pero lo hace de manera más o menos continua y con un aumento lineal. El compresor toma su movimiento del motor. Bien por un eje, por un engranaje o por una correa. Si necesita funcionar a mucho régimen porque es pequeño, se establece una gran multiplicación en la relación de transmisión, si es grande, puede hacerlo sin ella.

Hay otros compresores de tipo centrífugo que aumentan considerablemente la presión de soplado con el régimen, pero estos no se emplean en sistemas mecánicos, sino en los «turbos». En las motos, los compresores mecánicos llegaron a ser muy populares en las carreras de antes de la Guerra, de hecho este tipo de motores lo ganaba todo. BMW batió siete veces el récord de velocidad con Ernst Henne desde 1929 hasta 1937; y ganó el TT de 1939 con Schorsch Meier. Gilera también logró con su cuatro cilindros sobrealimentada pilotada por Piero Taruffi, inscribir su nombre en el libro de los récords de velocidad máxima entre dos marcas de BMW. Hasta los británicos de AJS se unieron al club de la sobrealimentación. Sin embargo estas motos, más potentes que cualquier otra de su misma cilindrada, no eran fáciles. La complejidad mecánica, los problemas de carburación por el calentamiento del aire, la falta de retención por la inercia de soplado de los compresores, hacían necesario un gran conocimiento de la materia, que tenía un coste solo apto para grandes marcas en la competición. Los aliados ganaron la Guerra y lo primero que hicieron los británicos fue prohibir los compresores. Al fin y al cabo era una técnica dominada por alemanes e italianos, que habían perdido la contienda, así que se hizo un reglamento acorde a Norton, Matchless y demás. Los compresores dejaron la competición y nunca más se volvió a saber de ellos, bueno hasta hace poco tiempo cuando Peugeot lanzó un scooter con este aditamento.

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Punto y aparte

Las motos en la postguerra eran en su inmensa mayoría vehículos de transporte y lo que la gente necesitaba no eran prestaciones y complejidad, era un vehículo barato y lo más simple posible, por si se rompía. Como en las carreras, que era el único lugar donde la complejidad mecánica tenía buena acogida, no había sobrealimentación, nadie volvió a pensar en ello... hasta que alguien en Honda pensó que sería una buena solución volver a emplear el truco de meter aire a presión en el motor. Pero en esta ocasión, en vez del compresor mecánico Roots de las motos de antes de la Guerra, el dispositivo escogido fue el turbocompresor. La verdad es que en lo que se refiere a artefactos mecánicos, la inmensa mayoría, incluso los que parecen más actuales, fueron conceptos inventados en los últimos años del siglo XIX y primeros del XX, y el «turbo» no es una excepción, ya que lo patentó el suizo Büchi para un motor diesel en 1905. Los «turbos» se hicieron muy populares en los aviones de la Segunda Guerra Mundial cuando los nuevos modelos empezaron a utilizarlo para aumentar la potencia de los motores. Que un avión fuese más rápido que el del enemigo era la diferencia entre ser el cazador o la presa. De ahí pasaron a los motores diesel y a principios de los años 70 eran toda una moda. Honda lanzó una moto «Turbo» en 1982, la CX500T, y tras ella todos sus competidores japoneses hicieron lo propio. Ninguna de ellas tuvo el éxito esperado, básicamente porque el turbocompresor funcionaba a alto régimen, tenía una gran complejidad y la potencia no era mayor que la de una moto de más cilindrada, para no convertirls en inconducibles. Al final, hasta económicamente compensaba comprarte una moto más grande y dejarte de líos. Las «turbo» desaparecieron tal y como llegaron, y no se volvió a saber de ellas hasta hace poco. Hubo un intento de Honda de crear una 250 cc de cuatro tiempos con turbo para correr en la categoría reina con las 500 cc, pero la FIM se adelantó y prohibió estos artilugios, así que la idea murió antes de nacer.

El turbocompresor funciona de manera diferente a los de tipo mecánico. En este caso no hay una conexión directa con el motor para tomar su movimiento, sino que se aprovechan la energía de los gases de escape, que al fin y al cabo estamos tirando sin ningún aprovechamiento. Los gases pasan por una turbina y esta es la que da movimiento al compresor. El sistema plantea bastantes diferencias porque los gases de escape tienen mucha temperatura y velocidad, es decir, mucha energía. Lo ideal es que el sistema trabaje a muchas revoluciones y por eso no se emplean elementos con lóbulos de volumen constante, sino sistemas centrífugos con álabes, en los que el rendimiento aumenta con el régimen. En los turbocompresores, ambas máquinas comparten el eje de sus respectivos rotores, lo que les proporciona una gran compacidad y, además, como no están conectados mecánicamente al motor sino por un tubo, se pueden colocar con una mayor libertad.

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Problemas

Comprimir el aire proporciona una evidente ventaja, conseguir más potencia, pero es un proceso que no está exento de problemas. El primero y más inmediato es que al comprimir un gas, este se calienta, y cuanto más se comprime, más se calienta. El mayor problema tiene lugar en los turbos, cuya temperatura de salida puede superar los 100º C, pero en un compresor mecánico llega a unos 75º C, que tampoco es poco. Al aumentar la temperatura el aire pierde densidad y se pierden recursos, pero además un aire caliente necesita una carburación especial. Los combustibles están diseñados para trabajar mezclándose en aire a temperatura ambiente y el aire ya caliente con el combustible plantea problemas de detonación en la cámara de combustión. Se hace necesario refrigerarlo con un intercambiador, que normalmente se conoce por su denominación inglesa «intercooler», es decir, un artilugio más a incluir en el sistema.
Otro problema es que los compresores son mecánicos, al fin y al cabo, y su funcionamiento va variando con el régimen de rotación, sea cual sea el tipo. Los de tipo Roots varían menos que los centrífugos, pero en cualquier caso a alto régimen, que es cuando más potencia proporciona el motor, es cuando más «soplan», lo que puede llegar a ser excesivo. Es necesario, por tanto, limitar la sobrepresión y para ello hay que añadir válvulas de descarga en la salida al motor, que se abran a un cierto nivel, impidiendo sobrecargas. Estas válvulas hay que gestionarlas, bien mecánicamente, o bien electrónicamente, otro chisme a añadir, en inglés «waste gate».

Seguimos con las complicaciones. En un motor normal cuando cortas gas, el acelerador cierra la entrada de mezcla al motor y la válvula tiene que hacerse cargo de soportar la succión que el motor sigue provocando. En un compresor mecánico, que funciona con el régimen, una reducción aumenta el régimen del motor y por tanto el compresor manda más aire a una válvula que se cierra, aumentando la presión en el lado externo mientras disminuye por la succión en el interno, provocando mayores solicitaciones. La presión en el conducto puede hacerse excesiva para él y además provoca que el compresor se vea forzado en su funcionamiento porque el conducto de salida ya está a una alta presión. A esto hay que sumar que al cortar y cerrarse la mariposa, se establece una onda de presión que avanza en dirección contraria al flujo y que chocará con la de presión provocada por el aumento del régimen. Hay que incluir otro nuevo «aliviadero» que se suele denominar «dump valve» o «blow off», y ya llevamos...

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Futuro

Pese a que como ves, no todo es tan sencillo, parece que esto de comprimir ya se ve como una opción, y de hecho en los últimos salones hemos visto prototipos de grandes marcas que van en este sentido. En los últimos años ha pasado por aquí alguna moto «comprimidas» como la Benelli TnT, con uno de tipo mecánico realizado por los italianos de Evo Tech. Actualmente Bimota tiene en su catálogo un modelo con motor Ducati, Suzuki también ha presentado la Recursion con turbo, y hasta Kawasaki tiene un motor basado en su actual 1400, también con sistemas mecánicos. Obviamente el aumento de la potencia viene dada por la sobrepresión que haya en el conducto, que depende del diseño y del tamaño del compresor. Un turbo de baja presión de soplado proporciona menos de 0,5 bar, pero uno comercial grandote llega a los 1,5 bar, y en carreras se alcanza más de 5 bar con facilidad, lo que puede llegar a multiplicar la potencia. Hemos hecho pruebas de motos con turbocompresores actuales que casi doblaban la potencia. Hay que tener en cuenta que no se puede aumentar más allá de un límite en modelos que no lo tienen de serie, porque sus órganos mecánicos internos no están preparados para soportarla. Los compresores mecánicos proporcionan menos presión de soplado, sobre todos los de lóbulos, pero son capaces de funcionar de manera mucho más lineal, ya que los compresores centrífugos suelen tener un funcionamiento mucho más progresivo, con baja incidencia a pocas vueltas y mucha arriba. Un compresor mecánico puede aumentar sin problemas un 50 por ciento la potencia, que tampoco es algo desdeñable.

De todas maneras, en cualquiera de los sistemas que nos movamos, la clave hoy es la electrónica, que va a permitir gestionar todos los aditamentos que hemos visto que necesitan estos sistemas. Para controlar perfectamente la potencia que se va a generar es necesario trabajar sobre la presión de soplado en cada momento y sobre la mezcla posterior con el combustible. Un sistema que en el futuro próximo sea eficaz tiene que contemplar como abre y cierra la válvula de sobrepresión para lograr un aumento progresivo y lineal, saber de antemano qué va a ocurrir para gestionar el aumento o el corte de la inyección de gasolina, trabajar con el encendido, o saber datos como la temperatura y presión. En general en las motos, y aunque pueda parecer contraproducente, en este tipo de sistemas es mejor trabajar con compresores pequeños, con poca inercia, para que tengan una buena respuesta y presión a bajo régimen, y después porder ir a menos. En una moto es fundamental que la potencia, ni se desboque de golpe, ni alcance valores excesivos. Toda ella la tendrá que soportar un trocito de neumático trasero y como dopes excesivamente el motor, al igual que les ocurre a los atletas, puedes acabar en el hospital.

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