El Cilindro

Ingeniería naval. Propulsión y servicios del Buque. Válvula rotativa. Láminas: admisión

  • Enviado por: Carlos R V
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 31 páginas

publicidad
cursos destacados
Mercados Financieros e Inversiones
Mercados Financieros e Inversiones
Juan Diego Gómez en está compilación de videos habla y analiza escenarios claves de los mercados financieros y de...
Ver más información

Planea con la bolsa tu futuro
Planea con la bolsa tu futuro
¿Sabe qué es inteligencia financiera? Aprenda a utilizarla de una mejor manera dentro de sus finanzas personales.
Ver más información


EL CILÍNDRO

Actualmente, cuando miramos al interior del cilindro de un motor de dos tiempos, encontraremos sus paredes literalmente llenas de agujeros para poder realizar la admisión, transferencia y exhaustación de los gases. Si nos fijamos en los motores japoneses de dos tiempos, veremos que tienen una enorme lumbrera de escape rodeada por cuatro o seis lumbreras de transferencia. Aunque no siempre ha sido este el camino. Remontándonos a 1904 en el que Alfred Scott patentó su original dos tiempos twin vertical. Entonces en 1906 el motor francés Garard apareció con válvula de admisión por disco rotativo (válvula rotativa). Scott también desarrolló un motor con válvula rotativa en 1912, ganando la competición “Senior TT” en ese año y en el siguiente. Aunque se realizaron algunos diseños innovadores, en general la evolución de los motores de dos tiempos permaneció estancada hasta los tiempos de la segunda guerra mundial.

A mediados de los años treinta, la compañía DKW le dio un impulso importante a los motores de dos tiempos. DKW fabricaba económicas motocicletas de dos tiempos y trató de cambiar la imagen de los motores de dos tiempos. Ellos encargaron los servicios de un ingeniero llamado Zoller para construir una 250 de carreras, con la cual posteriormente ganaron en el “TT de la Isla de Man” en el año 1938. Esto condujo al desarrollo de una 125, empleando una original disposición de las lumbreras inventado para motores de dos tiempos diesel por el ingeniero Alemán Dr. Schneurle. Fue este concepto el cual hizo que posteriormente el motor de dos tiempos se convirtiera en una económica fuente de potencia para el transporte y como una potente y ligera fuente de potencia para competición. El método de barrido-lazo de Schneurle, patentado en 1925, empleaba una única lumbrera de exhaustación flanqueada por dos más pequeñas lumbreras de transferencia, donde el flujo de aire era dirigido para converger en la pared del cilindro opuesta al escape. Siendo dirigida lejos del escape, el flujo de los transfers tenía una resistencia natural al cortocircuito de los gases por el escape. Los primeros diseños tenían pistones con deflector para guardar la carga de combustible/aire apartados del escape. Esto incrementó la carga térmica del pistón (por tener más área), y por consiguiente solo valía para motores de baja potencia específica.

Después de la guerra DKW fue trasladada a Ingolstadt en Alemania del Oeste, mientras su antigua planta en Zschopau situada en Alemania del Este fue reconstruida como Motorradwerke Zschopau, o MZ. En 1952 Walter Kaaden se unió a MZ. Su primer trabajo estuvo centrado en el desarrollo de la exhaustación y métodos de barrido alternativos. Después de mucha experimentación comprobó que el sistema de barrido-lazo tipo Schneurle rendía la mejor potencia y fiabilidad. Entonces en 1957 él añadió un tercer transfer, opuesto a la exhaustación. El flujo de gases frescos de éste transfer junto con el de los transfers principales fluía directamente hacia la parte superior del cilindro.

Esta tecnología de dos tiempos fue introducida para Suzuki, y más tarde para Yamaha en Japón cuando Ernst Degner se pasó de la Alemania del Este a Suzuki. Por combinación de diseños, los cuales Degner trajo desde MZ y con tecnología Japonesa en el campo de la metalurgia, hicieron que los motores de dos tiempos Japoneses avanzaran mucho en aumentos de potencia y fiabilidad. Durante los años sesenta Suzuki y Yamaha ganaron el campeonato del mundo utilizando exóticos sistemas de lumbreras y sistemas de admisión por válvula rotativa, originalmente desarrolladas por DKW y MZ. Pero los ingenieros de Yamaha fueron todavía un paso más lejos. Ellos añadieron un par de transfers auxiliares a continuación de los transfers principales, los cuales también dirigen el flujo de mezcla a la parte superior del cilindro. Los ingenieros Japoneses entonces pensaron, como hizo Walter Kaaden en 1957, que había una sección en la parte posterior de la pared del cilindro que podría ser rellenada con uno o dos transfers. El flujo de transferencia al interior del cilindro aumentaba y, como la velocidad de la carga de combustible/aire entrante era reducida, las pérdidas de mezcla por la lumbrera de escape fueron reducidas.

Mientras en Europa los ingenieros de motores de dos tiempos estaban luchando en el tema de la duración de los segmentos y cilindros, debido a la anchura de la lumbrera de escape, siendo demasiado ancha. Una lumbrera más estrecha reduce la potencia pero aumenta la fiabilidad. Una lumbrera más alta restablece la potencia perdida pero hace la curva de potencia inaceptablemente estrecha. Para tratar de superar este problema, el ingeniero de Rotax Dr. Hans Lippitsch añadió un par de pequeñas lumbreras auxiliares de exhaustación situadas a los lados de una gran oval lumbrera de escape y a una altura por encima de los transfers principales. Las dos lumbreras auxiliares están conectadas con la principal antes de la conexión con el tubo de escape.

Los ingenieros de Yamaha solucionaron el problema con su sistema de válvulas de escape, el cual es básicamente un mecanismo para variar la altura de la lumbrera de escape, consiguiendo proporcionar mucha potencia y evitando estrechar la banda de potencia. A altas revoluciones la lumbrera es levantada, incrementando la potencia mientras permite tener una lumbrera estrecha para beneficiar la duración de los aros. A bajas revoluciones la lumbrera es bajada, lo cual mejora la potencia a medio régimen y amplia la banda de potencia. La YZR500 de carreras tiene una válvula de escape controlada electrónicamente por un motor eléctrico alimentado por batería, pero la TZ500 de producción utiliza un sistema mucho más simple. Un mecanismo centrífugo hace subir o bajar la altura de la lumbrera en armonía con las revoluciones del motor. La duración del escape a altas revoluciones (10.500 r.p.m.) es 202º, lo cual es apropiado para una moto de carreras en carretera. A bajas revoluciones, la duración es de 180º, similar a la de un motor de una 400 de motocross.

Cuando se va a modificar un cilindro, el sitio más lógico para empezar es la lumbrera de exhaustación. Una pequeña limadura en las caras laterales y parte de arriba de la lumbrera de escape, puede proporcionar grandes aumentos de potencia si se realiza correctamente. Lumbreras de exhaustación aparecen de todos los tamaños y formas; cada tipo tiene sus ventajas y desventajas. La lumbrera rectangular es un tipo de lumbrera que es fácil encontrarla en motores de bajo rendimiento. El tamaño de esta lumbrera tiende a ser pequeña para evitar que los aros se enganchen en la parte superior de la lumbrera y rompan. Existen dos vías para modificar ésta lumbrera: puede ser ensanchada en su parte superior o puede ser ovalada. Tenderemos a ser cuidadosos de que la lumbrera de escape no quede demasiado cercana a los transfers, de otra forma las pérdidas por el escape podrían resultar excesivas. Una separación de 8mm entre ambas lumbreras puede ser suficiente, pero aveces es posible bajar a 5mm sin malos efectos.

Si el espacio para la lumbrera es un problema, no habrá otra alternativa que anchear la lumbrera de escape por su parte de arriba. Este tipo de lumbrera dará al motor buena potencia desde medio régimen hasta régimen de máxima potencia. Cuando se lima o fresa este tipo de lumbrera, el centro de la lumbrera suele estar 4º o 5º más alto que los lados. La razón para esto es que cuando el motor está en la carrera de compresión, el segmento puede sobresalir en el interior de la lumbrera para extenderse grandemente justo cuando la lumbrera está siendo cerrada. De esta forma, subiendo el centro de la parte superior de la lumbrera, el segmento tiene menos riesgo de engancharse en el borde de la lumbrera y romper porque el final de esta lumbrera actúa empujando el segmento hacia el pistón antes de que cierre la lumbrera.

La lumbrera elíptica u oval es mi preferida cuando el espacio para la lumbrera es conveniente. Este es un tipo que es fácil encontrar en muchas motos de dos tiempos de competición. La forma de la lumbrera es suave con los segmentos con tal de que no sea excesiva la anchura. ¿Cuál es una anchura excesiva? Bien, no es seguro; pero he encontrado que una lumbrera 0,71 del diámetro del cilindro es un buen compromiso para muchos motores de carreras en carretera y motocross usando segmentos de hierro dúctil (dulce), si se utilizan los segmentos de hierro fundido el máximo tamaño seguro es aproximadamente 0,65. Algunos preparadores llevan el tamaño de la lumbrera por encima de 0,75 pero los daños causados a los aros, pistón y lumbrera son inaceptables. Yo he sido capaz de llevar algunas lumbreras hasta 0,73, pero estas son excepciones fuera de la regla.

La lumbrera cuadrada dividida por un puente o lumbreras con puente, es bastante buena usándose en motores de grandes de motocross y enduro. Ésta lumbrera tiene una gran área de paso, pero solo presenta un área de paso del flujo de gases de un 85% del área que tendría una lumbrera similar pero sin el puente. En el pasado este tipo de lumbrera dio un montón de problemas por el puente, el cual podría sobrecalentarse y dilatar presionando fuertemente al pistón y causando un agarre entre el pistón y el cilindro. Aunque, el puente provoca pocos problemas ahora, si ocurre un fuerte contacto entre el puente y el pistón, el pistón podría resultar rozado por la zona del puente. Como las lumbreras con puente son normalmente bastante próximas a los transfers, existe solamente una vía para aumentar el área de la lumbrera y ésta es anchear la parte de arriba de la lumbrera. Y se consigue maquinando o fresando la parte superior de la lumbrera hacia los lados, es decir hacerla más ancha por arriba. La lumbrera al fresarse no debe de ser convertida en una lumbrera tipo T o “eyebrows”.

La lumbrera tipo T o tipo “eyebrows” es pocas veces vista en éstos días aunque era usada por Suzuki, Kawasaki y Honda en el pasado. Este tipo de lumbrera tiene muy poca salida. Además el cambio en la forma sobre los transfers principales es muy duro para el pistón y los aros. Frecuentemente es muy poco lo que se puede hacer para mejorar este tipo de lumbrera.

Las lumbreras con puente pueden ser hechas muy anchas, pero hay un límite que no se debe de superar. Con la Suzuki RM125 (todos los modelos A o T), la máxima anchura es 23mm para la ventana de la izquierda (mirando desde el frente de la moto) y 25,5mm para la mitad derecha de la lumbrera. Si se supera ésta anchura, el pistón no es capaz de cerrar el cárter de la lumbrera de escape porque la faldilla del pistón es incapaz de cerrarla, desahogando por la zona del bulón. Siempre será necesario en las lumbreras de escape y admisión una anchura del extremo de la faldilla del pistón a la lumbrera de al menos 2mm para efectuar un buen cierre hermético.

Para asegurarse de que no se está yendo demasiado lejos al ampliar la lumbrera de escape, es buena solución dibujar la ventana de la lumbrera en la faldilla del pistón con éste en el PMS. Entonces se saca el cilindro y se marca la distancia desde las líneas dibujadas hasta el área alrededor del bulón del pistón. Sacándole 2mm a la cantidad medida obtenemos la cantidad que la lumbrera puede ser incrementada en anchura. Para limar las lumbreras de admisión con puente se emplea el mismo procedimiento pero con el pistón en el PMI.

Asta ahora nosotros hemos modificado la forma y la anchura de la lumbrera de escape pero no hemos variado su altura. Incrementando la anchura siempre resultará un incremento de potencia desde la parte superior al medio régimen hasta el tope de revoluciones. Normalmente no habrá pérdidas de potencia o serán pequeñas a medio régimen. Subiendo la lumbrera, por otra parte, siempre se perjudicarán los bajos regímenes del motor. Incrementando la duración del periodo de apertura de la lumbrera, por un par de grados puede hacerse que una moto sea completamente inmanejable en algunas circunstancias. Justo hasta donde se puede llegar, subiendo la lumbrera del escape es la pregunta del millón de dólares que todo el mundo quisiera conocer. Algunos preparadores trabajaron con una fórmula que indicaba la relación tiempo-area / ángulo-area. Francamente, yo he encontrado éste método de cálculo completamente inútil. El desarrollo geométrico y matemático es muy tedioso y, cuando por fin se ha terminado por completo los cálculos, nos encontramos con que las respuestas conseguidas tienen poca relación con la tecnología actual de los motores de dos tiempos.

Mi teoría es que un motor necesita una cierta duración del escape para poder alcanzar unas específicas revoluciones. De ésta forma, si un motor es requerido para conseguir su máxima potencia a 12.000rpm, la duración de la exhaustación necesaria será la misma (grado más o menos) para un motor en una 80cc de motocróss y para una dos cilindros 250cc de carreras en carretera. La siguiente tabla son ejemplos de motores donde se observa la relación entre revoluciones y duración del escape.

CILINDRADA

APLICACION

REVOLUCIONES

DURACION EXHAUSTACION

2x62

Carreras carretera

13500

206-208

1x80

Moto X

11000

196-198

1x80

Carreras carretera

13000

205-207

1x100

Moto X

11200

198-200

1x100

Go-kart

10800

176-178

1x125

Moto X

10000

190-192

1x125

Carreras carretera

12500

203-205

2x125

Carreras carretera

12000

202-204

4x125

Carreras carretera

11500

200-202

1x175

Enduro

9000

184-186

1x175

Enduro

9500

186-188

2x175

Carreras carretera

11200

198-200

1x250

Enduro

8000

180-182

1x250

Moto X

8500

183-185

1x400

Enduro

7000

175-177

1x400

Moto X

7500

176-178

El 1x100 go-kart se refiere a un motor sin cambio de velocidades, por eso tiene menor duración la apertura del escape.

Si los transfers tienen acortada la duración de su apertura, la duración del escape tenderá a ser reducida. De la otra forma la motocicleta tenderá a ser demasiado “pipey” (la banda de potencia muy estrecha) para ser conducida. Otra forma sería utilizar la duración del escape sugerida y levantar los transfers.

Tú puedes fácilmente hacerte un lío cuando tocas en las lumbreras de un cilindro. Yo he conocido preparadores que habían movido las lumbreras de escape arriba y abajo y en todos los sitios, investigando para conseguir más potencia o una mejor extensión de la potencia. Después de meses de duro trabajo ellos no han conseguido nada, básicamente porque la duración de apertura de los transfers era demasiado corta y/o porque el tubo de escape era totalmente equivocado.

Entonces, si el motor hace notar alguna característica no deseable, como una estrecha banda de potencia, yo cambio el diseño del tubo de escape (tubarro, “expansion chamber”) para conseguir las características de potencia requeridas. Lo que yo estoy viendo es que el diseño del escape es más crítico que la duración de la apertura de la lumbrera de escape. La duración de la apertura de la lumbrera de escape determina la máxima potencia que tendrá y a que régimen de revoluciones será producida. El escape, por otro lado, “ajusta” las características de la potencia del motor a velocidades por encima y por debajo de las revoluciones de máxima potencia.

El Cilindro
La fórmula para saber la duración del escape a partir de sus dimensiones geométricas es la siguiente:

Donde:

T=R+L+C-E

R= Carrera dividida por 2 en mm

L= La carrera multiplicado por 2.

C= Distancia que le falta al pistón para llegar arriba.

E= Distancia desde la parte de arriba de la lumbrera de escape hasta el borde superior del cilindro.

En algunos motores equipados con segmentos “Dykes”, la parte superior del segmento del pistón, y no la cabeza del pistón, controlan la apertura y cierre de las lumbreras de transferencia y escape. Con estos motores, la duración del escape es calculada usando la misma fórmula, aunque la dimensión C debe de ser cuidadosamente medida usando una galga de profundidades, de otra forma los cálculos se verán equivocados en algunos grados. En motores donde los aros Dykes actúan determinando la apertura y cierre de las lumbreras, la dimensión C es la distancia desde el aro hasta la parte de arriba del cilindro con el pistón en el PMS.

Si usted carece de experiencia previa preparando motores de dos tiempos, es más seguro que modifique la cabeza del pistón para aumentar la duración de la exhaustación que subir la lumbrera de escape. Primeramente se debe calcular o medir la cantidad de metal que se le puede retirar a la cabeza del pistón, por fortuna los pistones son bastante más baratos que los cilindros, de esta forma todo lo que se debe hacer, es ir tomando notas y entonces retroceder un paso cuando se halla ido demasiado lejos. La idea es, ir progresivamente retirando material, a razón de 0,5mm cada vez, de la cabeza del pistón por la zona de la lumbrera de escape, aunque se alcance un punto donde estés contento con la potencia conseguida. Si accidentalmente se va un paso demasiado lejos, es fácil volver atrás. Todo lo que se necesita es un nuevo pistón y entonces, cuando se modifique la lumbrera de escape, subir la lumbrera en una cantidad inferior en 0,5mm a la cantidad que se le quitó al pistón. Este tipo de preparación está en la vía que yo quiero para hacer cosas, pero si no quieres meterte en la fabricación de un escape que requiere un elevado consumo de tiempo y dinero, éste es el camino más seguro. Nunca conseguirás la mejor potencia posible del motor por desplazamiento de la lumbrera de escape en los alrededores, para trabajar sin las limitaciones impuestas por el escape adecuado para tu motocicleta. Aunque, éste es uno de los sitios seguros para modificar el motor de dos tiempos, y aunque sin el límite impuesto por el escape de serie, se podría finalizar con un motor que funciona mejor que el correspondiente de serie.

Cuando trabajamos en la lumbrera de escape, hay dos cosas que deben de hacerse. Primeramente, cuando el pistón está en e PMI, el suelo de la lumbrera de escape debe de estar al mismo nivel o a un nivel más bajo que la cabeza del pistón, de otra forma la alta velocidad del flujo de los gases se romperá.

Segundo, en caso de tener un juego de puertas (por ejemplo lumbrera con puente) hay que asegurarse de que ambas se abren simultáneamente. Si una se abre un poco antes que la otra, el flujo de los gases se rompe durante algún tiempo, esto hace que se empeoren las ondas de presión transmitidas al tubo de escape, siendo de más baja amplitud. Esto reduce la efectividad de la exhaustación pulsatoria en la evacuación y recarga del cilindro con mezcla fresca.

Si usted posee una válvula de escape (power valve) tipo Yamaha hay una inspección adicional que debe de ser realizada. Sin tener en cuenta si la lumbrera de escape es Standard o ha sido subida para que la válvula de escape abra plenamente para alinearla con el techo de la lumbrera de escape. Manualmente poner el brazo actuador tan lejos que se vea alineada la lumbrera y la válvula. Normalmente algunos ajustes son necesarios. Después desapretando la tuerca de ajuste y moviendo la válvula a su posición correcta para asegurarla para evitar las vibraciones (o que se afloje). Finalmente hay que verificar que los tiempos de la válvula son correctos con el funcionamiento del motor.

El otro ajuste que hay que hacerle a la válvula de escape es permitirle alterar el gobierno de la precarga del salto y cambiar el tiempo de la válvula a las revoluciones de medio régimen. Cuando la precarga del salto es aumentada, la duración del escape es aumentada a más bajas revoluciones. Como esto tiene el efecto de subir la potencia máxima y estrechar el rango de potencia, es una modificación solamente recomendada para pilotos expertos en circuitos rápidos.

En años recientes, el tamaño físico y la forma de la lumbrera de escape entre la ventana de la lumbrera y la conexión del tubo de escape, es estudiado cuidadosamente. Se está intentando hacer el diámetro de la lumbrera tan pequeño como sea posible, sin impedir el flujo de gases fuera del cilindro. Mientras el diámetro de la lumbrera de un cilindro típico de 125cc era de 40 a 42mm hace unos cuantos años atrás, actualmente muchas lumbreras de escape de cilindros de 125cc son ahora de 37 o 38mm de diámetro. Lo que se trata es de lograr las pulsaciones de las ondas con una gran amplitud, para conseguir que el cilindro sea barrido y recargado más completamente. Se ha encontrado que permitiendo que los gases se expandan y enfríen rápidamente, como ocurre cuando la lumbrera de escape es grande, se disminuye la fuerza de las pulsaciones de la exhaustación.

Naturalmente, el preparador de motores desea para guardar confinados los gases de exhaustación, que esa fuerte onda pulsatoria sea transmitida a través del tubo de escape, tiene que ser equilibrada con la necesidad de permitir el paso del libre flujo de los gases de escape, el cual permite a los gases que fluyan sin impedimento fuera del cilindro. Para éste fin, la lumbrera de exhaustación debe de ser relativamente derecha o recta sin bruscos cambios de dirección, para eliminar remolinos, y el escape debe de acoplarse a la lumbrera perfectamente y sin cambiar la dirección del flujo de los gases. Cuando una lumbrera de escape reúne estos requisitos, el flujo los gases fuera del cilindro será bueno, aún cuando el diámetro de la lumbrera sea relativamente pequeño para conseguir la intensidad de las pulsaciones en un alto valor.

Una rápida mirada a través del escape y lumbrera indica como es de derecho el paso para los gases. Sin embargo, excepto si tienes mucha experiencia en la ciencia del flujo de los gases, tu no sabrás si los gases de escape se están arremolinándose o no. Si usas aceite Castor o algún otro que produzca carbonilla, serás capaz de ver donde la lumbrera de escape está “muerta”. Algún sitio donde hay una capa de carbonilla en la lumbrera indica que es un sitio de poca actividad del flujo. En cada uno de estos puntos puedes tener la certeza de que los gases están arremolinándose y rompiendo el flujo fuera del cilindro.

A veces, las zonas de baja presión del flujo de los gases pueden ser eliminadas por limado del metal de la lumbrera, pero más frecuentemente será preciso restituir el metal que falte con soldadura para evitar turbulencias y remolinos. Para más claridad, ver la figura correspondiente.

Hay dos vías para solucionar el problema con los bordes (de la lumbrera). El techo de la lumbrera puede hacerse más alto y el borde subido para reducir el pliegue (o esquina) en el techo de la lumbrera. Además se puede fabricar un nuevo escape con la conexión en línea con la lumbrera de escape. De la misma forma que el techo de la lumbrera, el suelo de ésta, también será alineado con el escape, para conseguir esto puede ser necesario quitar o añadir metal (por soldadura). Si el cilindro es de aluminio, tendrá que ser soldado con argón. En la operación de soldado realizarla en varias veces y permitir que el cilindro se enfríe entre cada parada, de otra forma se deformará.

Desde el aspecto del diseño de un motor de dos tiempos, yo pienso que las lumbreras de transferencia son las más importantes. Desgraciadamente, desde el punto de vista del preparador de motores, los transfers son los más difíciles de modificar y los menos conocidos. Por definición, las lumbreras de transferencia tienen el cometido de transferir la mezcla de combustible/aire desde el cárter al cilindro. Esto suena bastante sencillo pero, después de considerar todos los factores que intervienen, apreciaras realmente que enorme tarea es.

En un promedio de motores de carreras, el ciclo de inducción (admisión) durará alrededor de 190º de la rotación del cigüeñal. El ciclo de escape durará un periodo de 200º. La fase de transferencia tendrá que ser completada en sólo 130º del movimiento del cigüeñal. No solo se hace que los transfers, que tienen una extremadamente corta duración, recarguen el cilindro con mezcla de combustible/aire, ellos deben también controlar el flujo patrón de la carga de mezcla para evitar pérdidas por el escape, y conducir a los gases de escape desde la parte de atrás y superior del cilindro hacia la lumbrera de escape.

Durante los años 60, cuando Suzuki y Yamaha dominaban las carreras de Gran Premio, sus ingenieros revivieron un mito, el cual surgió desde el desarrollo de los motores BSA Bantan y Villiers para carreras justo después de la guerra. Estos motores tenían grandes espacios en el cárter-cigüeñal y los preparadores razonaron, bastante bien, que rellenando el cárter con material de relleno, podría reducirse el volumen del cárter y en consecuencia aumentar la compresión en el cárter cuando el pistón desciende al PMI. Incrementando la compresión en el cárter se consigue un aumento de la presión en el mismo, lo cual implica, si los demás factores permanecen igual, que aumente el flujo de mezcla a los trasfers y el motor pueda desarrollar una más elevada potencia máxima. Los preparadores citan como razonamiento que debido al flujo por los transfers saliendo a una considerable presión en el interior del cilindro, la carga de mezcla combustible/aire tiende a comportarse como una cuña al entrar en el cilindro. No rompiéndose o mezclándose con los gases de escape, pero echándolos fuera del cilindro con considerable fuerza.

Tan efectivo era este método de barrido en el cilindro que la “cuña” de combustible/aire estaba siendo perdida en parte por la lumbrera de escape antes de que se cerrara la puerta. Los preparadores de motores de dos tiempos salvaron este problema abriendo los transfers más tarde y cerrándolos más temprano, reduciendo la tradicional duración de los transfers de 130º a 120º. Porque la mayor carga de combustible en el interior del cilindro incrementaba la potencia. Esto animó a los ingenieros a elevar aún más la compresión en el cárter y reducir el periodo de apertura de los transfers a menos de 110º. La potencia también subió, instalándose en los ingenieros Japoneses la idea que dominaba en las carreras de Gran Premio que dependía de reducir la duración de los transfers para contener las pérdidas de carga por el escape y incrementar la compresión en el cárter para asegurar un bombeo eficiente de la mezcla combustible/aire desde el cárter al cilindro.

La teoría suena muy atractiva, pero en la práctica hubo problemas. Ciertamente, la subida de potencia alcanzó niveles desconocidos anteriormente en motores de dos tiempos, pero las bandas de potencia llegaron a ser muy estrechas y las velocidades del motor subieron a niveles increíbles. Para no ser disuadidos, los ingenieros Japoneses se embarcaron en un proyecto de reducción del tamaño del cilindro para facilitar que las muy altas revoluciones sean alcanzadas con seguridad. Los niveles de potencia volvieron a aumentar, proporcionando un fuerte estímulo para reducir el desplazamiento del cilindro. Esto condujo al desarrollo a máquinas como la Suzuki tricilíndrica de 50cc y la Yamaha tetracilíndrica de125cc que proporcionaba 40hp a 18.000rpm. En este momento las motos de carreras en circuito tenían desde diez a dieciocho marchas, debido a las características de la potencia de estas máquinas.

El problema era que a pesar del muy limitado periodo de apertura de los transfers empleados, a bajas revoluciones mucha carga se perdía por el escape. Esto ocurría porque la carga entraba por los transfers a mucha presión en el interior del cilindro. Esto hacía que fuera muy baja la potencia producida a revoluciones por debajo de las revoluciones de máxima potencia. A más altas revoluciones, la potencia también estaba limitada, debido a que las lumbreras de transferencia eran demasiado pequeñas para permitir el flujo de grandes volúmenes de mezcla de combustible/aire en un tiempo determinado.

Actualmente, el mismo problema se presenta cuando se emplean periodos de transferencia muy cortos. Generalmente, encontrarás que esas motos son “pipey”, dando la potencia demasiado rápido o exhibiendo una estrecha banda de potencia. Este comportamiento es debido a que las lumbreras de escape son muy bajas (corta duración) o porque las lumbreras están incorrectamente dirigidas.

Afortunadamente, los fabricantes tienen casi siempre la idea de usar alta compresión en el cárter para poner la carga de combustible a través de los transfers en el cilindro, de este modo podemos olvidarnos de la compresión del cárter y concentrarnos en las lumbreras de transferencia.

De todas formas, para los que están interesados, la compresión primaria o compresión en el cárter es calculada usando esta fórmula:

CCV= Es el volumen del cigüeñal en el PMS.

CV= Es el volumen del cilindro.

Para medir el volumen del cárter (CCV), primeramente colocar el motor con la lumbrera de admisión en la cara de arriba, girar el cigüeñal para subir el pistón al PMS. Entonces, usando una probeta se llena de parafina líquida (kerosene) y aceite de motores, mezcladas 50-50 por ciento. Se llena el cárter y cilindro por la lumbrera de admisión. Como ejemplo citamos que una 125cc tenía un volumen del cárter de 425cc, lo que nos da una relación de compresión primaria de1.42:1

En este momento, además de la presión del cárter, para poner la mezcla de combustible/aire en el interior del cilindro también se emplea la succión de la onda producida en el tubo de escape para tirar de la carga entrante a través de los transfers. Si usamos un tipo de escape con formas cónicas profundas, la máxima potencia será suprimida, pero la onda de succión será activa durante un ancho rango de revoluciones. Por otra parte, un escape con conos cortos producirá una fuerte onda de succión, subiendo la potencia punta, pero siendo efectiva sobre un mucho más estrecho régimen.

Obviamente si la duración de la apertura de los transfers es mayor, será mejorado el funcionamiento a altas revoluciones. Las pulsaciones efectivas de los gases de escape tiran de la mezcla fresca desde el cárter. Ala inversa, si la duración de los transfers es corta, tendremos que contar con una mayor compresión en el cárter para desplazar la carga de combustible/aire, debido a que la pulsación de succión de la exhaustación solo llegará en el tiempo justo para tirar del combustible sobre un limitado rango de revoluciones.

Si el transfer es cerrado cuando la pulsación de la onda llega, no se obtiene ningún beneficio. Si tenemos la lumbrera abierta tanto tiempo como sea posible tendremos una mejoría, ya que la llegada de la onda pulsatoria aguanta la salida de mezcla fresca y sus efectos duran sobre un más ancho rango de velocidad del motor.

Con esta idea en mente, vemos que la óptima duración de la apertura de los transfers variará para altas y bajas velocidades del motor. A altas revoluciones (13500 r.p.m.) queremos los transfers abiertos durante 140-142º. Mientras que en motores que funcionan a 6500 r.p.m. sería buena una duración de 120-124º. A altas revoluciones hay menos tiempo para rellenar el cilindro, por lo que desearíamos mayores periodos de transferencia, pero a más bajas revoluciones, un gran periodo de transferencia permitirá que gran parte de la carga se pierda por el escape, por esta razón una más corta duración es mejor para más bajas revoluciones.

La tabla siguiente muestra las duraciones de apertura de los transfers, los cuales han sido seleccionados para permitir una buena respiración del motor en las velocidades indicadas. Para subir la potencia a medio régimen se elegirá un acortamiento de la duración. El motor no ganará más revoluciones pasando el régimen de potencia máxima pero la potencia disponible por debajo del régimen de potencia máxima será superior. Para conseguir buena potencia pasando las máximas revoluciones, el más largo periodo de transferencia es deseable. Si la duración del escape es muy elevado para el régimen de potencia máxima seleccionado, entonces será necesario mayor duración para los transfers, de otra forma el motor será demasiado “pipey”.

r.p.m

DURACION TRANSFER (Grados)

6.500

120-124

8.000

124-128

9.000

126-130

10.000

128-132

11.000

130-134

12.000

132-136

14.000

136-142

Una solución que es muy efectiva en dar el motor buena potencia sobre un ancho rango es usando duraciones de transfers escalonados. La vieja MZ 125 de carreras tenía los dos transfers principales abiertos durante 136º, mientras que el tercer transfer situado en la parte trasera del cilindro tenía una mucho más corta duración de 128º. Muchos de los motores de go-kart Italianos también usaban este tipo de lumbreras en años pasados. Cuando Honda introdujo la MT-125RII de carreras en 1977, llevaron estos principios un paso más lejos. Los tansfers principales abrían a 39.2mm desde la parte superior del cilindro (126º de duración), los transfers secundarios abrían un poco más temprano a 38.5mm (130º de duración) y las lumbreras “boost” en la parte de atrás del cilindro abrían las últimas, a 39.7mm (123º de duración).

Los preparadores razonaron que como la lumbrera trasera dirigía su flujo hacia la lumbrera de escape, se producirían algunas pérdidas de carga fresca, excepto si se hiciera algo para prevenir que esto sucediera. De esta forma, la lumbrera de atrás fue abierta aproximadamente 1mm después que los transfers principales, entonces el flujo desde los transfers principales, siendo dirigidos hacia la parte trasera superior del cilindro, actuaría formando una pared de mezcla enfrente a las lumbreras boost y previniendo las pérdidas de carga fresca por la exhaustación. Además, experimentaron que retardando la apertura de la lumbrera de atrás permitiría que la presión en el cárter hiciera soplar más fuerte a través de los transfers principales. Entonces el flujo a alta presión no aparecería desde la lumbrera de atrás y se evitarían las pérdidas por el escape.

Actualmente estas teorías han sido olvidadas. La mayoría de los motores vienen de fábrica con todas las lumbreras de transferencia a la misma altura. Aunque esto no significa que las lumbreras no trabajen bien escalonadas. Muchos preparadores reconocen esto; pero actualmente los transfers son escalonados al revés de la idea de la vieja escuela. Esta vez, cuando un cilindro es modificado, la lumbrera trasera es frecuentemente abierta 1 o 1.5mm más pronto que los otros transfers. También yo he encontrado que abriendo los transfers secundarios 0.8mm antes que los principales se mejora la curva de potencia.

Hay diversos razonamientos para demostrar que los transfers escalonados puedan trabajar bien. Por una circunstancia los fabricantes han olvidado su preocupación con las altas presiones en el cárter. De esta forma, la carga de combustible/aire entra en el cilindro de una forma más ordenada y controlada. Adicionalmente, los transfers han sido redirigidos. Mientras antes las lumbreras eran inclinadas hacia arriba, para que los flujos de mezcla desde las caras opuestas del cilindro se reuniesen en un punto del cilindro situado ligeramente más alto que media carrera, actualmente las lumbreras son inclinadas muy poco o nada. Esto significa que los flujos no se apartan de la cabeza del pistón, dirigiéndose hacia atrás y subiendo por la cara opuesta al escape. Los flujos de cada transfer chocan unos con otros, disipando mucha de su energía. La mezcla, entonces, sube relativamente lenta por el cilindro, donde es atrapada con el cierre de la lumbrera de escape. Por esta razón, podemos abrir los transfers boost y los transfers secundarios un poco más pronto, como hay menos riesgo de que la mezcla escape por la exhaustación, sobre todo a bajas revoluciones, cuando hay menos tiempo para que esto ocurra. Si los transfers principales fuesen abiertos más pronto, el flujo de exhaustación tendería a girar el flujo de los transfers hacia la lumbrera de escape. Pero el flujo a través de las lumbreras más alejadas de la lumbrera de escape no son tan influidas en el cambio de dirección por el flujo de exhaustación.

Cuando se emplean lumbreras escalonadas, es frecuente que se mejore la curva de potencia a medio y a alto régimen, debido a que es más grande el periodo de transferencia, mejorando el relleno del cilindro, particularmente a altas revoluciones. La ganancia de potencia a medio régimen pienso que es debida a que el barrido del cilindro está siendo mucho mejor. Con el nuevo tipo de lumbrera de transferencia, una bolsa de gases de escape pueden quedar sin ser barridos en la parte alta del cilindro cuando el motor gira a pocas revoluciones. Abriendo la lumbrera boost pronto se tenderá a evitar el estancamiento de estos gases y a evitar la formación de la bolsa, porque su flujo fluye siempre dirigido a la parte superior en 45º a 60º. Alguna carga de combustible es posible que se pierda por el escape pero, como esta bolsa de gases de escape es expulsada fuera del cilindro, hay menos dilución de la mezcla combustible/aire que queda. En consecuencia la combustión será más rápida y más completa, subiendo la potencia.

Porque la dirección del flujo de los transfers es muy importante para obtener una alta potencia y un buen rango de potencia, solo muy experimentados preparadores intentan modificar la sección superior de las lumbreras de transferencia. Si no sabes lo que estás haciendo, fácilmente podrías dejar el cilindro inutilizado. Cuando la duración de los transfers es demasiado corta, se puede subir el cilindro usando un espaciador de aluminio del espesor requerido, y fijando una junta en cada cara para facilitar un buen cierre. Naturalmente la compresión tendrá a ser restablecida quitándole el mismo espesor al espaciador (si lo tiene) de la culata. Hay que tener en cuenta que cuando el cilindro es subido, la lumbrera de admisión también sube y se acorta su periodo de apertura por lo que hay que limarla o limar el pistón. También si la lumbrera de admisión es muy ancha puede haber peligro de rotura de aros, si se sube tanto el cilindro que los aros lleguen a aparecer por la lumbrera de admisión.

Los cilindros que utilicen el tipo de lumbreras boost que normalmente aparecen en motores con válvulas de lengüeta (láminas) son fácilmente modificables. Este tipo de lumbrera trasera puede ser subida o incrementada su anchura, usando limas de mano. Teniendo cuidado de no cortar la pared del cilindro con la lima y no hacer la lumbrera tan ancha que se pueda dañar los aros del pistón.

Los transfers secundarios pueden ser subidos por preparador profesional con buenos conocimientos y un buen equipo de herramientas para hacer el trabajo. Una alternativa que resulta muy bien, es quitar metal de la cabeza del pistón de la misma manera que vimos anteriormente con la lumbrera de escape. Si el pistón está equipado con segmentos Dykes altos (Bultaco), este método no es válido, ya que es el aro y no la cabeza del pistón la que gobierna la apertura de la lumbrera de escape y de transferencia.

La parte más segura de los transfers para ser modificada es en el fondo de la lumbrera, donde se junta con el cárter. Se debe de asegurar que la junta de unión entre el cilindro y cárter no interfiera en las galerías de paso de la mezcla, recortándola si fuese necesario. La superficie de paso de los gases debe de quedar lisa, sin irregularidades ni imperfecciones que influyan en el flujo de la mezcla. La zona del pistón situadas debajo de la presilla del bulón también pueden ser recortadas, ya que es una parte de los transfers, por donde pasa la mezcla.

Asta ahora solamente hemos discutido trabajos de preparación basándonos en las lumbreras con las cuales el cilindro sale de fábrica, pero también podemos añadir nuevos transfers. Aquí hay dos propuestas que podemos coger, dependiendo de sí queremos una ligera mejora de potencia y una buena refrigeración del pistón, o un gran aumento de potencia sin los beneficios de un aumento de la refrigeración del pistón.

Empezaremos por la propuesta que proporciona una buena refrigeración para el pistón, la cual puede ser aplicada en muchos motores sin tener en cuenta el tipo de sistema de admisión empleado. Las Bultaco 250 Pursang y Matador solían ser apropiadas para estas lumbreras boost, sobre todo para motos preparadas para competir en el desierto. Estas lumbreras consistían en unos conductos de 7-9 mm de ancho, directamente maquinados en la pared del cilindro a ambos lados de la lumbrera de admisión. Estas lumbreras eran alimentadas a través de unos orificios practicados en el pistón (próximos a su cabeza). El flujo de mezcla al pasar rebajaba la temperatura del pistón. Con este sistema no existe una espectacular ganancia de potencia, normalmente se conseguirán un par de caballos más en la parte superior de la curva de potencia.

Otro sistema que no debería ser llamado boost, ya que no se abre ninguna lumbrera nueva, consiste en hacer un conducto directamente maquinado en el cilindro desde los transfers hacia abajo, para que sean alimentados a través de unos agujeros en el pistón (como el tipo anterior). Este sistema no produce ningún incremento de potencia, pero mejora la refrigeración del pistón, normalmente empleado en competiciones en el desierto.

El último tipo que trataremos puede proporcionar una ganancia espectacular de potencia, solamente se puede emplear con el sistema de admisión por láminas. Consiste en prolongar la lumbrera de admisión hacia arriba en el cilindro, hasta crear un nuevo/s transfer/s, este transfer es alimentado independientemente de los otros transfers por la energía cinética que llevan los gases de mezcla fresca a su paso por el conducto de admisión. Por lo que se mejorará la potencia principalmente a altas revoluciones. Las ventajas son que se aumenta el área de los transfers, el flujo de mezcla y sin aumentar la velocidad de la mezcla entrante. Esto minimiza las pérdidas por el escape y se mejora el barrido del cilindro.

Trataremos a continuación las posibilidades de preparación en la lumbrera de admisión, haciendo las matizaciones correspondientes a cada sistema de admisión. El sistema de admisión de un motor de dos tiempos puede ser de distintas formas: admisión a la faldilla del pistón, por láminas y por válvula rotativa.

Aunque el sistema de admisión al pistón va quedando en desuso (salvo en algunas motocicletas de carreras en circuito) frente a los sistemas de admisión por láminas y válvula rotativa que son más eficaces.

ADMISIÓN A LA FALDILLA DEL PISTÓN

El sistema de admisión controlada con el pistón tiene la ventaja de su simplicidad, pero tiene el inconveniente de que la apertura y cierre de la lumbrera de admisión es simétrico respecto al PMS y PMI. Cuando el pistón sube en el cilindro, la lumbrera de admisión abre, normalmente a 70º antes del PMS en motores lento y a 100º antes del PMS en motores rápidos. La subida del pistón crea una depresión en el cárter, entonces los gases se precipitan abajo en la lumbrera de admisión para rellenar el cárter. Con el pistón en el PMS la lumbrera de admisión está todavía abierta, cuando el pistón desciende, la mezcla de combustible/aire será empujada fuera del cárter a través de la lumbrera de admisión abierta. Afortunadamente, el retorno del flujo ocurre solo después de que el pistón ha llegado a 50º pasados el PMS, cuando el motor gira en torno a las 4000 r.p.m. Si la lumbrera de admisión cierra a 70º después del PMS, solo una pequeña cantidad de carga de combustible será perdida. A más altas revoluciones no habrá pérdidas de mezcla, ya que la combinación de la fuerza de las ondas pulsatorias y la inercia de la alta velocidad de la mezcla es más fuerte que la presión creada en el cárter al descender el pistón. Por esta razón podemos utilizar mayores periodos de apertura de la admisión en motores revolucionados, pero a bajas revoluciones estos motores sufren una gran pérdida de eficacia en la admisión y funcionan con dificultad.

El pobre funcionamiento a bajas revoluciones es debido a que no existe bastante mezcla de combustible/aire disponible en el cárter para un adecuado llenado del cilindro, pero hay otra razón. Los problemas de funcionamiento a bajas revoluciones son básicamente debidos a la inundación. La mezcla es empujada fuera del cárter, retornando por la lumbrera de admisión hacia el carburador y cuando la lumbrera vuelve a abrir esta carga de retorno se acumula en el conducto de admisión mezclada con la nueva carga entrante. Esto enriquece la mezcla, lo cual resulta que esta se quema lentamente y humedeciendo la bujía.

Las duraciones de apertura de la lumbrera de admisión de la tabla siguiente darán buena potencia en las velocidades indicadas. El acortamiento de la duración conducirá a una mejora de la potencia en el medio régimen y la mayor duración facilitará que el motor produzca más potencia a las revoluciones superiores al régimen de máxima potencia. Motores para motocross y enduro como las series RM y PE de Suzuki, con válvulas de lengüeta tipo cárter, normalmente requerirán periodos de admisión 15º y 25º más cortos respectivamente. Cuando los motores de la Suzuki RM son usados para carreras en carretera, el periodo de apertura de la admisión es el indicado en la tabla, ya que la potencia a medio régimen no es tan importante.

DURACION APERTURA LUMBRERA DE ADMISION

REVOLUCIONES

ANGULO (º)

7000

150-155

8000

155-160

9500

165-170

11000

185-190

12000

195-200

La duración de la admisión puede calcularse usando la fórmula:

P=R+L+H+C-F

Porque del mal efecto de los periodos de admisión grandes se muestran en la potencia a medio régimen, siempre es preferible extender primero la lumbrera de admisión y ver si ese cambio da la requerida mejora de potencia a altas revoluciones. Es imposible mostrar como de ancha debe de ser una lumbrera de admisión, ya que los diseños de los cilindros varían mucho. Aunque, si la lumbrera tiene una cierta concavidad, incluso en cilindros con muy débiles las paredes bajas del cilindro (ejemplo Yamaha YZ 80), será seguro con una lumbrera de 0,65 del diámetro del cilindro, mientras que con cilindros que tienen las paredes bajas bien fuertes serán aceptables anchuras de 0,75 del diámetro del cilindro. Si la lumbrera de admisión tiene puente, la anchura puede ser aumentada a 0,85 del diámetro del cilindro.

El pistón debe de cerrar siempre completamente la lumbrera de admisión, siempre se evitará de incrementar la anchura inicialmente en no más de 2mm y se progresará lentamente en varios pasos. Antes de anchear la lumbrera, hay que controlar que la faldilla del pistón es bastante ancha para cubrir y cerrar la ventana de la lumbrera, dejándole un margen de 2mm para asegurar el efecto sellante. Si los segmentos entran en la lumbrera cuando el pistón está en el PMI, hay que asegurarse de no hacer la lumbrera demasiado ancha, tanto que puedan sufrir los segmentos, o que el extremo de cierre de los aros pase por la lumbrera.

Muchos preparadores aumentan el tiempo de apertura de la lumbrera de admisión por acortamiento de las faldillas del pistón. Aveces no hay alternativa, si el cilindro es demasiado débil para sacarle material, pero generalmente el acortamiento de la faldilla es el camino más fácil. Aunque recortando en 3mm la faldilla incrementará la duración de la admisión en una cantidad equivalente a bajar el suelo de la lumbrera de admisión en 3mm, se apreciará que la máxima potencia no será tan alta y el motor no alcanzará tantas revoluciones pasando el régimen de potencia máxima. La simple realidad es que el área de la lumbrera, además de la duración, debe de ser incrementada para que fluya la cantidad de gases necesaria para aumentar la potencia.

Yo he encontrado, como regla general, que la faldilla del pistón deberá de ser acortada 4mm para conseguir las mismas características de revoluciones y potencia que las obtenidas por rebajar el suelo de la lumbrera 3mm. Aunque, la potencia a medio régimen no será tan buena, debido al incremento del retroceso causado por la mayor duración. Para la potencia máxima, el área de la lumbrera de admisión será aproximadamente 10-15% más grande que el área del orificio del carburador.

Cuando el suelo de la lumbrera de admisión es rebajado, todo el suelo del conducto desde el carburador hasta la lumbrera debe de ser progresivamente rebajado. Si esta operación no se hace el flujo no será mejorado con respecto a la lumbrera de serie. En efecto, un brusco incremento del área del conducto causará remolinos y actuará disminuyendo el caudal del flujo.

Para facilitar el flujo de los gases en el trayecto de admisión, el conducto deberá de quedar liso y libre de obstrucciones. Defectos de fundición, bultos y cavidades deben de ser eliminados por pulido o limado. También se controlará la unión al carburador, tratando de evitar que la tobera presente reducciones del caudal o codos pronunciados. Si hay espacio en la motocicleta se tratará de levantar el carburador para evitar o reducir el codo de la tobera y hacer el conducto lo más recto posible. En motores de competición en carretera, la alta velocidad del flujo de los gases de mezcla es muy importante, dadas las revoluciones que alcanzan, por lo que se reducir las pérdidas de carga en el conducto de admisión es muy beneficioso.

ADMISIÓN POR VÁLVULA ROTATIVA

La admisión por válvula de disco rotativo, llamada normalmente admisión por válvula rotativa, resuelve limpiamente el problema del retroceso de mezcla a bajas revoluciones que experimentan los motores con admisión a la faldilla del pistón, pero también introduce un par de problemas menores. Debido a complicaciones mecánicas adicionales, los motores con válvula rotativa cuestan una buena cantidad más, al ser fabricados, que los motores con admisión al pistón o admisión por láminas y, aunque sean tomadas medidas especiales, estos motores son más grandes físicamente que otros tipos de motores de 2 tiempos. Consideraciones aparte, lo cierto es que la admisión por válvula rotativa es definitivamente el mejor sistema disponible para motores de dos tiempos. Un motor de válvula rotativa producirá más potencia y una mejora de la potencia en todos los regímenes. Esto es principalmente porque no se presentan resistencias a la alta velocidad del flujo, las cuales ahogan la máxima potencia que producen los motores con admisión por láminas. Y también, el motor de válvula rotativa, está libre de problemas de retroceso de mezcla cuando el motor funciona a bajas revoluciones, además el periodo de admisión puede ser más grande que para motores con lumbrera de admisión controlada con el pistón.

La válvula rotativa suele ir colocada en el extremo del cárter, con el tramo de admisión entrante lateralmente, en vez de ir situado en la parte de atrás del motor. El corte en la válvula de disco y la anchura de la lumbrera de admisión actúa determinando cuando comienza y termina el periodo de admisión. Gracias a esto, podemos comenzar el ciclo de admisión mucho más temprano que en un motor con admisión al pistón y también podemos cerrar la lumbrera de admisión mucho más pronto después del PMS.

Es normal, cuando se necesita buena potencia a bajas revoluciones, abrir la lumbrera de admisión aproximadamente de 5º a 10º antes del cierre de las lumbreras de los transfers (ej. 120º a 130º antes del PMS) y cerrar la lumbrera de admisión aproximadamente de 55º a 60º después del PMS. Esto resulta en una duración de la admisión de alrededor de 180º a 190º. Para conseguir más potencia en el tramo final de la curva de potencia, la duración es incrementada hasta 200º-210º. Entonces en este caso, habrá alguna pérdida de potencia a bajas revoluciones y el motor funcionará mal en estas condiciones. El aumento de la duración puede ser obtenida por dos vías. En una podemos tener la válvula rotativa abierta un poco más pronto de 135º a 140º antes del PMS y cerrarla un poco más tarde de 65º a 70º después del PMS, o podemos dejar igual el punto de apertura de la válvula y aumentar la duración extra, cerrando la lumbrera 70º a 80º después del PMS. El efecto en la curva de potencia será poco diferente, ya que el periodo de apertura de la admisión es el mismo. Abriendo la válvula 140º antes del PMS y cerrándola a 65º después del PMS (duración 205º), se tenderá a elevar la máxima potencia un poco, pero el principal efecto será el considerable aumento de potencia en el medio régimen. Dejando el punto de apertura a 125º antes del PMS y desplazando el momento de cierre a 80º después del PMS (duración 205º), se reducirá la potencia a medio régimen, debido al aumento de los retrocesos en el conducto de admisión, pero habrá un buen aumento de potencia en el tramo final de la curva de potencia.

En motores altamente revolucionados de carreras en circuito, donde la potencia a medio régimen es de menor interés, la duración de la admisión es aumentada de 220º a 235º. La válvula rotativa abrirá de 135º a 150º antes del PMS y cerrará a 80º-90º después del PMS. El principal interés aquí es que la duración de la admisión sea de suficiente amplitud para asegurar el llenado completo del cárter en las revoluciones donde la máxima potencia es deseada. Si nosotros deseamos potencia punta a 14000 r.p.m., entonces la duración será de 235º, pero si queremos potencia punta a 11500 r.p.m., la duración será acortada a 220º.

La tabla siguiente muestra los valores utilizados en motores con válvula rotativa. Se indican los grados de apertura antes del PMS y de cierre después del PMS. El cierre de transfers se refiere al punto de cierre en grados antes del PMS

TIPO DE MOTOR

CUBICAJE

TIEMPOS DE VÁLVULA

TIEMPOS DE TRANSFERS

ARISCO C-75 KART

100

153/43

124

BM K96-3 kart

100

115/60

123

CAN-AM MX-6 bike

125

140/85

113

DAP T81 kart

100

132/58

117

Komet K78 kart

100

132/60

118

Morbidelli 125 bike

2x62

150/79

109

MZ 125 bike

125

135/70

112

Rotax 124 LC kart

125

120/87

113

Sirio ST50 kart

100

134/75

116.5

Antes de alterar los tiempos de válvula, hay que controlar que la lumbrera de admisión sea de la forma correcta y que cubra perfectamente la unión de la lumbrera de admisión en el cárter. Cualquier obstrucción aquí romperá el flujo. Encontrarás en muchos motores que la ventana en la válvula no está alineada con la ventana en el cárter. Limando la lumbrera en el cárter o en la válvula se modificarán los tiempos de admisión. En algunos motores la lumbrera de admisión abre y cierra lentamente porque las caras o bordes de la ventana son de una forma muy mala. En este caso se puede aumentar el área de la lumbrera sobre el disco de la válvula rotativa, tratando de que la apertura/cierre sean más abruptos, generando beneficiosas ondas pulsatorias en el tramo de admisión.

El perfil actual de las ventanas de la lumbrera de admisión es muy pobre en muchos motores de válvula rotativa. Para aumentar el flujo de aire, y consecuentemente los cavallos a altas revoluciones, hay dos opciones de apertura. El periodo de apertura de la lumbrera de admisión puede ser incrementada, lo cual reducirá la potencia a medio régimen, o podemos agrandar la lumbrera de admisión y aumentar el flujo por este camino. La potencia punta aumentará y a menudo también subirá la potencia a medio régimen.

Lo que debemos hacer es cambiar la forma de la lumbrera de admisión, para ayudar a la mezcla a girar por encima del cigüeñal. En efecto, el filo del cigüeñal ha llegado a ser una parte del suelo del tramo de admisión, convirtiéndose en un obstáculo en el final del conducto.

Idealmente, los fabricantes se inclinan a utilizar grandes válvulas de disco para que el suelo de la lumbrera de admisión quede en línea con la parte superior del cigüeñal. En esta situación la carga de combustible/aire fluiría directamente en el cárter sin impedimento. En adicción a esto, hay otra ventaja en el uso de discos de gran diámetro, la cual es la primera razón para su existencia en los trabajos en los motores de carreras de Gran Premio Minarelli y Morbidelli. Cuando el diámetro del disco rotativo es aumentado, hay una correspondiente disminución en la duración de la admisión, asumiendo que la anchura de la lumbrera de admisión no es alterada. Esto permite para unos grandes pasos no aumentar el periodo de apertura. La potencia producida sube, ya que la lumbrera de admisión es plenamente abierta para un mayor número de grados, sin ser parcialmente cerrada por el disco, entonces más cantidad de aire fluye en el interior del cárter. Por el contrario, si el motor está ya produciendo amplia potencia en el tramo final del rango de r.p.m., entonces el periodo de apertura de la admisión puede ser reducido con el disco de mayor diámetro. Por esta vía, la potencia punta se mantendrá la misma, pero la potencia a medio régimen aumentará apreciablemente.

Antes de modificar la válvula rotativa para cambiar el momento de apertura y cierre, es buena idea medir los ángulos de apertura y cierre y compararlos con las especificaciones del fabricante. Ya que en ocasiones se producen variaciones por defectos de fabricación o una mala regulación en el montaje (el disco de la válvula rotativa puede estar fijada por un piñón y moverse en algún diente, quedando mal regulada.)

Para chequear los tiempos de la válvula es necesario tener un disco graduado a 360º, si no es posible adquirir uno de estos, hay que conseguir un gran transportador de 200 mm de diámetro y taladrarle un agujero de tamaño apropiado exactamente en su centro para así poderlo adaptar al extremo del carter-cigüeñal. Si no se dispone de una galga específica para situar el PMS (con dial), podemos arreglarnos parando el pistón con una vieja bujía Bosh, esta bujía es la preferida porque su aislante es fácilmente recambiable.

Usando la galga para encontrar el PMS y rotando el disco graduado para alinearlo a la marca cero con el indicador. Mirando el disco situado en el cigüeñal y comprobando que el punto del indicador está a cero cuando la galga indique PMS. Entonces simplemente girar el cigüeñal en su sentido normal de rotación, anotando en que ángulo las ventanas de la válvula rotativa abren y cierran. Cuando hacemos esta operación es necesario alumbrar con una luz por detrás para poder ver con claridad cuando abre y cierra la válvula.

Si el fabricante establece que la válvula abra a 130º antes del PMS y cierre 65º después del PMS, y en realidad abre a 132º antes del PMS y cierra a 63º después del PMS, entonces los tiempos han avanzado 2º debido a los errores de fabricación. Esto tendrá el efecto de incrementar ligeramente la potencia a medio régimen y una reducción de la potencia punta.

Obviamente, si se quiere más potencia punta, lo primero será mover el disco para que cierre con un ángulo de 65º después del PMS. Si después de esto, aún quieres más potencia a altas revoluciones, se puede avanzar 2º más, pero parando al alcanzar aproximadamente los 76º. Entonces retrocede y añade 4º al ángulo de apertura para aumentar a 136º y ver como responde el motor. Si el motor reacciona favorablemente, pero quieres aún más potencia, mueve en ángulo de apertura otros 4º para que quede a 140º después del PMS.

Si después de comprobar los periodos (apertura y cierre) que tenemos y observamos al mirar los indicados por el fabricante, que la válvula de disco ha sido retardada en 6º y la motocicleta resulta muy “pipey”, con una entrada de potencia demasiado súbita, entonces es probable que la curva de potencia pueda ser mejorada volviendo a los valores originales indicados por el fabricante. El único camino para solucionar un problema como este, el cual afortunadamente ocurre infrecuentemente, es recolocar la tapa de la válvula rotativa, moviéndola 6º en sentido apuesto al sentido de giro del cigüeñal. Posteriormente los agujeros de los tornillos que sujetan la tapa deben de volver a ser taladrados para que la tapa pueda ser fijada en la nueva posición.

No siempre es necesario recolocar la tapa de la válvula rotativa para corregir los errores. Algunos motores, como por ejemplo los fabricados por Rotax tienen la válvula rotativa mandada por un cubo el cual esta conectado al eje cigüeñal por una chaveta. Para cambiar el periodo de apertura/cierre hay que maquinar otro surco para colocar la chaveta en la posición adecuada.

La separación entre la tapa de la válvula y el disco rotativo es muy importante. Si la separación es demasiado pequeña, se pierde potencia debido a la fricción y, si la separación es excesiva, cuando el motor funciona a bajas revoluciones se pierde potencia a medio régimen debido a las fugas de carga de combustible/aire al pasar la válvula. La separación será normalmente entre 0,25 y 0,35 mm.

LA ADMISIÓN POR LÁMINAS

La admisión por láminas fue introducida en el mundo de la motocicleta en 1972, cuando Yamaha lanzó sus gamas de motocicletas tipo “torque induction”. La válvula de láminas funciona como una simple válvula de control y evita el retroceso de la mezcla en el trayecto de admisión. Por eso, un motor de láminas puede tirar desde muy bajas revoluciones (dependiendo también del periodo de escape). Como el aire que fluye en el conducto de admisión es atrapado primero al pasar la válvula de láminas. A bajas revoluciones el cilindro se rellena mejor y, debido a que el aire acaba de pasar a través del carburador, la relación combustible/aire se mantiene correcta, lo cual resulta en una buena velocidad de combustión.

La admisión por láminas no está enteramente libre de problemas. Aún muy recientemente, la rigidez de los pétalos de las láminas estaban severamente comprometidos. Para asegurar un buen llenado del cárter a bajas revoluciones, las láminas deben de ser delgadas y flexibles, para que abran fácilmente y no restrinjan excesivamente el flujo de aire. Por otra parte las láminas deben de ser lo suficiente gruesas y rígidas de otra forma el llenado del cárter a altas revoluciones no es bueno. A altas revoluciones, si las láminas son demasiado delgadas y flexibles, tienden a agitarse y vibrar, permitiendo el retroceso del flujo fuera del cárter. En el momento de cerrar tienden a rebotar contra sus asientos debido a la inercia y/o resonancia en el conducto de admisión.

Las láminas dobles montadas y patentadas por Eyvind Boyesen redujeron este compromiso (entre flexibilidad y rigidez) en una considerable cantidad. La presencia unas caja de láminas de pétalos en el conducto de admisión reduce la velocidad del flujo de mezcla por debajo de lo que sería posible con la admisión por válvula rotativa o admisión al pistón, aunque la diferencia no es tan grande como antes. El montaje tipo Boyesen comprende una fina lámina de 0,25mm sobre otra más gruesa de 0,7mm. La lámina fina abre fácilmente bajo una pequeña presión y la más gruesa lo hace cuando el motor coge altas revoluciones. Esto proporciona los beneficios de una buena baja velocidad del flujo de aire, además reducir la posibilidad de vibraciones en los pétalos a altas revoluciones.

A lo largo de los años se han dicho un montón de cosas a cerca de los beneficios de la admisión por láminas, pero se ha visto muy poca gente que halla conseguido alcanzar la muy alta potencia de los motores actuales de motocross y enduro, que no son un resultado directo de la admisión por láminas. Muchos piensan que, porque el pistón esté recortado o tenga ventanas, permitiendo en algunos motores alcanzar un periodo de admisión de 360º, que esto automáticamente resulta en una alta potencia. Yo puedo asegurar que esto no es así. La ventaja de la admisión por láminas está en la mejora de potencia a bajas y medias revoluciones, por evitar el retroceso de mezcla.

Para proporcionar algunas pruebas de porqué digo esto, tenemos que ver el efecto de añadir la válvula de láminas en una vieja Bultaco Matador 250cc. En su versión standard (admisión al pistón) el motor tenía escape, transfers y admisión con unos periodos de apertura de 170º, 126º y 150º respectivamente. Como se muestra en la gráfica siguiente, el motor tenía una suave curva de potencia. Tiraba muy bien a bajas revoluciones y producía un máximo de 25,8 hp a 7000 r.p.m.

En el test 2 fue añadida una válvula de láminas y cuatro orificios de 16mm fueron perforados en la faldilla del pistón, aumentando el periodo de admisión a 360º. Como puedes ver, ha sido muy poco el aumento de potencia punta, a pesar de que se ha cambiado el carburador de serie de 32mm Amal por un Bing de 34mm. Hay que anotar también, que ha habido un insignificante empeoramiento de la potencia a bajas revoluciones debido a que las láminas compensaron el mal efecto que tiene el carburador más grande cuando el motor gira a bajas revoluciones.

En el test 3, puedes ver que la potencia mejora a través de todo el rango de potencia. Subiendo con una mejora de 1,5 hp por debajo de 5500 r.p.m, y ganando 3,1 hp entre 6000 y 7000 r.p.m. ¿Qué produjo tan imprevisto incremento de potencia? En este test, se añadieron dos lumbreras “boost” en la parte de atrás del cilindro (la parte opuesta al escape). Las lumbreras fueron maquinadas con un corte de 13mm inclinado 30º con respecto a la vertical. Fue el aumento del área de transferencia el que aumentó la potencia significativamente y no la adicción de la válvula de láminas.

En el test 4, hay un aumento de potencia por encima de 6500 r.p.m, pero un decrecimiento a más bajas revoluciones. Para este test, fue colocado un nuevo pistón que tenía recortada la faldilla13mm, para dar un periodo de admisión de 200º. Esto significa que el pistón ejerce un control sobre la dirección del flujo de los transfers (los transfers normales y los boost). En el test 3, las lumbreras boost están siempre conectadas con el cárter (para 360º), pero en el test 4 las lumbreras boost están separadas del cárter después de que la faldilla del pistón cierra la lumbrera de admisión. De este modo, el flujo que la válvula de láminas será desviado hacia las lumbreras boost después de que el pistón cierre el conducto de admisión hacia el cárter. Con esta disposición, a bajas revoluciones la potencia cae, ya que por las lumbreras boost solo fluye mezcla si las pulsaciones de exhaustación crean una depresión suficiente para que abran las válvulas de láminas, y tiren de la mezcla combustible/aire a través de las lumbreras boost. Aunque, a altas velocidades, la potencia punta es aumentada con este sistema, porque el pistón al cerrar separa al cárter del conducto de admisión, evitando el retroceso de flujo fuera del cárter cuando el pistón desciende al PMI. Sin los efectos del retroceso del flujo, la mezcla continúa fluyendo a través de la válvula de láminas y de las lumbreras boost, hasta que la presión en el interior del cilindro iguale la presión en el conducto de admisión, haciendo que la válvula de láminas se cierre.

Cuando se emplea este tipo más avanzado de “lumbrera de potencia” (power porting) del test 4, frecuentemente hay pocas o no existen pérdidas de potencia a bajas revoluciones, debido a las grandes áreas de las lumbreras de transferencia que se emplean actualmente. Aunque, en algunas motocicletas la curva de potencia puede llegar a ser muy puntiaguda, haciendo la motocicleta difícil de conducir. Este la razón de porque raras veces verás esta disposición, salvo en motocicletas de motocross de pequeño cubicaje y en motos de carretera con admisión por láminas. Por supuesto que con muchos motores, no hay mucha facilidad para convertir desde un tipo convencional de lumbrera boost hasta el tipo de “lumbreras de potencia”, aunque se pueda adaptar un pistón apropiado procedente de otro motor que no tenga ventanas en la faldilla. Aunque, con algunos motores, tal como el Honda CR 125 R, es posible convertir fácilmente para power porting. Estos motores tienen dos pequeños conductos, en vez de ventanas en la faldilla del pistón, que conectan el conducto de admisión con el cárter. Si estos conductos boost son rellenados con un epoxi tal como Devcon F, el conducto de admisión será separado del cárter cuando la faldilla del pistón cierra la lumbrera de admisión, permitiendo al motor funcionar con la “lumbrera de potencia”.

En la tabla siguiente se puede ver el efecto que tiene la modificación a power porting en una Honda CR 125 R equipada con un kit Mugen (air cooled hot-up). Como puedes ver, la potencia a bajas revoluciones no se ha visto afectada por el bloqueo de los dos pequeños conductos de alimentación en el cárter. Desde 7.500 r.p.m. hasta las revoluciones máximas, hay un importante incremento de potencia. La potencia máxima aumenta 0,9 hp, pero a más altas velocidades, la subida de potencia es mayor. El aumento es de 2,2 hp y 5,1 hp a 10.500 r.p.m. y 11.000 r.p.m. respectívamente, y a 11.500 r.p.m. el motor todavía proporciona 15,8 hp. Hay que apuntar también, que el incremento de potencia a altas revoluciones también es debido a los cambios en el periodo de apertura de los transfers. Cuando el cilindro es convertido para “lumbreras de potencia”, los transfers auxiliares fueron subidos 0,8 mm y las lumbreras boost fueron subidas 1,2 mm. Estas modificaciones probablemente son las responsables del 50% del aumento de potencia a partir de las 10.500 r.p.m.

En ambos test el motor fue equipado con un carburador Mikuni de 34 mm y un escape especial. Sin estos accesorios la mejora de potencia por encima de 10.500 r.p.m. habría sido suprimida en ambos test.

LUMBRERAS BOOST STANDARD

LUMBRERAS DE POTENCIA

r.p.m.

hp

Par (lb/ft)

hp

Par (lb/ft)

3000

2.5

4.4

2.6

4.5

3500

3.0

4.5

3.9

5.8

4000

4.0

5.3

4.5

5.9

4500

4.8

5.6

5.0

5.8

5000

5.9

6.2

6.4

6.7

5500

6.7

6.4

7.1

6.8

6000

7.7

6.7

7.8

6.8

6500

8.9

7.2

8.5

6.9

7000

9.3

7.0

8.9

6.7

7500

10.4

7.3

11.3

7.9

8000

14.5

9.5

16.1

10.6

8500

18.0

11.1

18.3

11.3

9000

19.0

11.1

20.0

11.7

9500

21.3

11.8

22.1

12.2

10000

22.1

11.6

23.0

12.1

10500

20.8

10.4

23.0

11.5

11000

16.5

7.9

21.6

10.3

11500

15.8

7.2

En 1976, Suzuki introdujo un nuevo tipo de sistema de válvula de láminas con el lanzamiento de sus motocicletas de motocross de la serie RM. El “sistema de admisión con láminas de potencia” (power reed intake system), como así fue llamado por Suzuki, o más comúnmente llamado admisión por láminas al cárter. Es un intento de combinar las buenas características de la admisión por láminas y de la admisión a la faldilla del pistón. Con el sistema de láminas al cárter de Suzuki se aúnan la válvula de láminas y la acción del pistón abriendo y cerrando la lumbrera de admisión, controlando la entrada del flujo de mezcla en el cárter. Examinando un potente motor como el de la pequeña RM 125, llama la atención que el periodo de admisión es de solo 150º, lo cual es muy poco, comparándolo con el promedio de motores de 125 cc de admisión al pistón, que emplean 170º de duración. Cuando se emplea una duración de admisión corta, hay muy poco retroceso a bajas revoluciones, y se mejora el comportamiento y respuesta en estas condiciones. Como muestra la gráfica siguiente; la válvula de láminas funciona sobre todo a bajas revoluciones, asegurando un buen llenado del cárter. Mientras que a altas revoluciones la válvula de láminas permanece abierta aún después de que el pistón cierre el tramo de la lumbrera de admisión, asegurando un buen llenado a altas revoluciones.

Pero, ¿ En qué se diferencia la admisión por láminas al cárter y la admisión convencional por láminas? Lo cierto es que cuando vi por vez primera el sistema de Suzuki, estaba convencido de que proporcionaría mucha más alta potencia que el sistema convencional de admisión por láminas, pero más adelante comprobé que estaba equivocado. En una carrera de karts, el motor Suzuki perdía en las largas rectas y cuestas arriba frente al motor de la Yamaha YZ, con admisión convencinal por láminas. Aunque a la salida de las curvas, el motor Suzuki corre más que el Yamaha, demostrando superioridad de potencia a medio régimen. Por supuesto que el sistema de admisión de la Suzuki fue diseñado para motocross y posteriormente para motos de enduro. Es en estas aplicaciones donde este tipo de admisión está en su elemento. Con lumbreras más conservativas (menos radicales en sus periodos de apertura), el motor con láminas al cárter proporcionará la misma potencia que un motor con admisión convencional por láminas, pero la potencia a medio régimen será superior.

Cuando se examina cuidadosamente un sistema de admisión por láminas al cárter como el de la Suzuki (KTM y Rotax también usan un sistema similar en algunos de sus motores), se puede entender porque la Suzuki no da tanta potencia como la Yamaha o Honda (sistema de láminas convencional). La causa es que la Yamaha y Honda cuentan con una lumbrera trasera (la opuesta al escape) de grandes dimensiones, con un conducto resto y libre de obstrucciones. Mientras en la Suzuki el conducto de admisión impide disponer de una galería de alimentación al transfer trasero central, teniendo que ser sustituido por dos conductos que alimentan dos pequeñas lumbreras boost. El ángulo que debe de tomar el conducto para alimentar las lumbreras boost situadas en la parte trasera del cilindro, impiden que el flujo sea bueno.

Si se aumenta mucho la velocidad del flujo de aire, sería recomendable sustituir las láminas metálicas por otras de fibra. Las láminas de fibra se rompen rápidamente, por eso los fabricantes de motos las prefieren de acero inoxidable. Las láminas de fibra abren más rápidamente, no vibran y no rebotan en los asientos como las de acero. Para aumentar la vida de las láminas de fibra existen algunos procedimientos y tratamientos.

Antes de acabar con la admisión por láminas, hay un par de cosas que deberían de ser recordadas:

  • Los topes de apertura de las láminas no deben de ser doblados queriendo aumentar el paso del flujo al abrir más las láminas. Ya que harán que las láminas vibren a altas revoluciones y sean inestables (fuera de control).

  • La otra recomendación es que no se debe perder el tiempo recortando la parte trasera del pistón o agrandando las ventanas del pistón. Esto debilita el pistón y la mejora de potencia es muy escasa o inexistente a cualquier régimen. Las únicas excepciones serían cuando se trata de mejorar la refrigeración del pistón en motocicletas de carreras en el desierto.

El Cilindro