Técnica de los cambios de marcha

[ManuelV]

El otro día, en el foro de clásicas, preguntó un forero qué revoluciones por minuto aconsejaba el fabricante para realizar el cambio de marchas. Él preguntaba en concreto por una BMW R100S del 77, pero las respuestas que obtuvo son de aplicación prácticamente a cualquier otra motocicleta. Esas respuestas me hicieron ver que casi todos tenemos una idea intuitiva de cómo realizar correctamente los cambios de marchas, pero creo que esa intuición no se sustenta en un conocimiento real de lo que sucede en el motor y en la caja de cambios al subir o bajar una marcha. Vamos, que pilotamos de oído, y no me parece mal que sea así, porque bastante complicado es ya de por sí estar conduciendo una motocicleta, pendiente de los muchísimos detalles a los que hay que atender para no matarse, como para encima estar pensando en curvas de par y potencia en las diferentes relaciones de cambio. Pero tampoco está mal profundizar algo en la técnica y tal vez sea interesante, para reforzar nuestra intuición, tener claro qué es exactamente lo que estamos haciendo cuando cambiamos de marcha. Voy a intentar explicarlo, aunque no sé si lo conseguiré hacer de manera sencilla.
Para empezar, hay que tener claro que no es lo mismo una conducción deportiva, en la que pretendemos ir lo más rápido posible, que una conducción más tranquila, en la que, probablemente, el criterio que podría primar es minimizar el consumo de combustible. Voy a intentar explicar cuando hay que cambiar de marcha en esas dos situaciones, haciendo alguna hipótesis simplificativa para no complicar en exceso el problema. La simplificación principal que voy a introducir es que NO vamos a actuar sobre el puño de gases al cambiar, por lo que la curva de par por la que se mueve el motor es siempre la misma. Si variase la posición del acelerador durante los cambios de marcha las explicaciones se complicarían...
Empiezo por el primer caso, que es el que se daría, por ejemplo, cuando en la salida de una carrera en circuito queremos llegar los primeros a la curva final de la recta de meta, o cuando estamos en un carril de aceleración para incorporarnos a una autopista y queremos entrar con la mayor velocidad posible en el carril. Me voy a apoyar para explicarlo en las curvas de par motor y potencia en rueda de la figura de más abajo, de las que he dibujado solamente las correspondientes a tres marchas consecutivas, en este caso primera, segunda y tercera.

Aclaro que las curvas las he dibujado a mano alzada inventándomelas y que no corresponden a ningún modelo concreto de ninguna motocicleta. En color azul están representadas las curvas de par en rueda (Mr) y en rojo las de potencia, también en rueda (Pr). Todas corresponden, como he dicho antes, a una posición fija del puño de gases. Fijaos que, cuando se va subiendo de marchas y se pasa de primera a segunda y luego a tercera, el par motor va cayendo a medida que se va ganando velocidad (representada en el eje de abscisas); eso es un efecto de la desmultiplicación que introduce la caja de cambios cuando se aumenta una marcha. Sin embargo, las curvas de potencia, que están representadas en color rojo, son en esencia la misma curva, repartida a lo largo de diferentes intervalos de velocidades; fijaos también en que el máximo de potencia en rueda está situado siempre a la misma altura, porque la potencia que le entrega el motor a la rueda pasa esencialmente inalterada por la caja de cambios. La caja de cambios es un amplificador o un reductor de par motor, pero la potencia todavía nadie ha inventado la manera de amplificarla.
Ahora que ya hemos planteado las curvas de par y potencia en rueda, en la parte de abajo de la figura he dibujado en una línea de trazo más grueso por dónde hay que moverse para ganar velocidad lo más rápidamente posible: en esencia, se trata siempre de tener en la rueda la mayor potencia (y el mayor par) que permite para cada velocidad la caja de cambios. Eso conlleva cambiar bastante por encima del régimen de potencia máxima; fijaos que, en el momento en el que la curva de potencia en primera se corta con la curva de potencia en segunda también se cortan (en la misma vertical) las dos curvas de par en rueda correspondientes. Si siguiésemos ganando velocidad en primera, el par motor en la rueda sería menor que el par motor que tendríamos en el caso de haber subido a segunda y, por consiguiente, la aceleración que tendríamos manteniendo la primera marcha sería menor que la que tendríamos si subimos a segunda. Lo mismo pasa de segunda a tercera y con el resto de las marchas. Esta explicación echa parcialmente por tierra un lugar común muy universalmente aceptado, que es que hay que cambiar en el régimen de par máximo. Si lo que se quiere es acelerar deprisa, hay que llevar el motor por encima del régimen de potencia máxima. He dicho parcialmente porque, con otros modos de conducción más tranquila, el cambio de marchas en las cercanías del régimen de par máximo puede ser una muy buena estrategia. Pero eso lo explicaré en otro post, que este ya se ha hecho --como me temía-- un ladrillo considerable.

 

[ManuelV]

Bueno pues para los que el ladrillo del post anterior os ha sabido a poco y habéis llegado hasta el final, voy a intentar explicar en este segundo post otra circunstancia de conducción, probablemente más frecuente que la anterior, que es la que se da a carga constante cuando se busca minimizar el consumo de combustible.
Nos vamos a apoyar de nuevo en dos figuras para explicar cómo hay que proceder.

Tenemos en la parte superior de la figura representadas de nuevo las curvas de par en rueda (Mr) en primera, segunda y tercera. La mitad de abajo de la figura es también una curva de par, pero en este caso en el motor (Mm). En esa figura inferior he dibujado también unas curvas de nivel en color rojo que representan el consumo específico efectivo, que viene a ser equivalente al rendimiento del motor. El punto señalado con una cruz y denotado P es el que se llama polo económico, en el que se da el mínimo consumo específico y, por consiguiente, el mayor rendimiento. Si lo que buscamos es el menor consumo posible tendremos que procurar que el motor trabaje lo más cerca posible de P. en el que el régimen de giro es razonablemente cercano al de par máximo.
Vamos a suponer que circulamos por ejemplo en segunda marcha a una velocidad dada constante. Si la velocidad es constante es porque el par resultante en la rueda es nulo, lo que quiere decir que el par motor en la rueda es igual al par resistente que ofrece la carretera al avance de la motocicleta. Esa situación está representada por el punto M, en el que se da la intersección entre la curva de par motor en la rueda (dibujada en color azul) y la curva de par resistente de la carretera (representada en color amarillo). Sobre la curva de par en el motor el punto M se encuentra de nuevo en la intersección entre la curva de par resistente (otra vez de color amarillo) y la curva de par motor en el motor (dibujada en color azul).
El punto M está relativamente lejos del polo económico, lo cual no es extraño porque estamos circulando a un régimen de giro en el motor relativamente elevado; en realidad, siempre nos interesa circular en una zona de pendiente descendente de la curva de par, porque eso permite hacer frente a posibles incrementos del par resistente con subidas del par motor y viceversa.
Vamos a analizar dos circunstancias distintas:
La a) es la que se daría si aumenta la pendiente, por ejemplo porque empieza una cuesta arriba, y la curva de par resistente pasa a ser la A; si no cambiamos de marcha, el motor perdería régimen de giro y se iría a buscar un nuevo punto de equilibrio entre el par motor y el par resistente, representado en la figura de arriba en el punto N. En segunda, el motor estaría en su régimen de par máximo y eso se lee en la figura de abajo en el punto N2a, que está ya más cerca del polo económico. Lo que pasa es que si el par resistente siguiese aumentando, entonces el motor se estrangularía. Para evitarlo, lógicamente hay que reducir una marcha y meter primera, en cuyo caso el motor vuelve a ganar régimen de giro y se iría a un punto como el representado en la curva de abajo por el N1a, en el que de nuevo hay margen para seguir ganando par motor a medida que el régimen de giro baja si el par resistente sigue aumentando. El punto N1a vuelve a estar lejos del polo económico, y desde el punto de vista del consumo no es un régimen en el que nos interese permanecer mucho tiempo.
La b) es la circunstancia contraria: empieza una cuesta abajo y la curva de par resistente pasa a ser la B. El motor entonces se acelera y gana velocidad hacia el punto L, en el que de nuevo la velocidad será constante porque vuelven a ser iguales el par motor en la rueda y el par resistente de la carretera. Si seguimos en segunda, esa circunstancia lleva al motor a trabajar en el punto L2a en el que el régimen de giro es alto y de nuevo estamos lejos del polo económico. Lo que hay que hacer entonces es subir una marcha y meter tercera, en cuyo caso el motor se va a trabajar al punto denotado en la figura de abajo como L3a que vuelve a estar cerca del polo económico.
Me imagino que a estas alturas estaréis casi tan perdidos como yo, que menudo lío me he hecho intentando explicar eso que de niños nos parecía tan sencillo cuando imitábamos con sonidos guturales el ruido de un motor que gana velocidad mientras cambia de marchas.
Hay más circunstancias, y la cosa se puede complicar más si consideramos que también podemos actuar sobre el puño de gases. Pero, para abrir boca, creo que con lo que he escrito hay para entender lo esencial.

 

[ManuelV]

Para terminar esta serie sobre los cambios de marcha vamos a analizar lo que sucede al circular a la misma velocidad por una carretera llana en distintas relaciones de cambio, tomando otra vez como ejemplo las marchas primera segunda y tercera. Nos vamos a apoyar de nuevo en un gráfico para explicar lo que pasa.


A diferencia de lo que sucedía anteriormente, esta vez sí vamos a actuar sobre el puño de gas, porque no hay más remedio que hacerlo así si queremos circular a la misma velocidad con marchas diferentes. Al circular a la misma velocidad, la potencia producida por el motor es la misma en los tres casos analizados. La curva de trazos que une los tres puntos en la figura es, por tanto, una hipérbola en la que el producto del par motor por el régimen de giro es constante. Lo interesante aquí es observar que la curva de isoconsumo que corresponde a la primera marcha está más alejada del polo económico que la de la segunda marcha, que a su vez también tiene peor consumo que la de la tercera, que es la que más se acerca al polo económico. Se deduce de ello que, para optimizar el consumo a una velocidad dada, lo ideal es engranar la marcha más larga posible, siempre que eso sea compatible con un funcionamiento suave y estable de la caja de cambios, lo que sucede si el régimen de giro del motor está por encima del de par máximo.

 

[ovejanegra]

ManuelV, yo me pierdo ya en la primera gráfica.

¿Cómo puede ser que, manteniendo el gas fijo en un punto (que entiendo puede ser cualquier punto), ya llegues al punto de potencia máxima del motor?

¿Por qué varía la potencia del motor si tienes el gas fijo (rpms fijas)? Lo mismo me pregunto con el par. Entiendo que varía en cada marcha, pero ¿por qué hay una curva de variación en cada marcha si no tocas el gas?

 

[ovejanegra]

Entiendo que lo que dices es que para acelerar lo más rápido posible, lo que hay que hacer es que la marcha actual entregue el motor al régimen de máximo par a la marcha siguiente. Eso obliga a sacrificar potencia y par del motor en la marcha actual e ir a buscar un régimen por encima de la potencia máxima.

Pero se da la circunstancia en muchas motos de que el régimen de potencia máxima está muy cerca de la zona roja, e incluso conozco un caso que está en zona roja. Entiendo que en esos casos no queda más remedio que cambiar o en zona roja o justo en su inicio si no quieres fastidiar el motor.

Y luego falta una tercera conclusión. Fijas el mejor momento para cambiar desde el punto de vista de la aceleración, del consumo y... ¿cuál es el mejor momento para el motor? ¿en qué momento debemos cambiar para forzar el motor lo menos posible y hacerlo lo más longevo que se pueda?

 

[ManuelV]

ManuelV, yo me pierdo ya en la primera gráfica.

Bueno, no me extraña, que a mi mismo me parecen confusas mis explicaciones . El caso es que las he escrito así a vuelapluma y sin pensar demasiado, así que seguro que se podría explicar mejor.

¿Cómo puede ser que, manteniendo el gas fijo en un punto (que entiendo puede ser cualquier punto), ya llegues al punto de potencia máxima del motor?

¿Por qué varía la potencia del motor si tienes el gas fijo (rpms fijas)? Lo mismo me pregunto con el par. Entiendo que varía en cada marcha, pero ¿por qué hay una curva de variación en cada marcha si no tocas el gas?

A ver, el gas fijo no significa rpms fijas. A cada posición del gas le corresponde una curva de par determinada. Cuando el gas está abierto a tope entonces se dice que el motor está a plena carga. Y las curvas que suelen dibujarse son precisamente las de plena carga, por razones obvias. Las vueltas del motor cambian según la diferencia que haya entre par motor y par resistente. Si el par motor es mayor que el resistente, el motor gana vueltas recorriendo la curva de par que corresponda a la posición del gas escogida. Cuando se igualan par motor y par resistente, entonces la aceleración se anula y, por consiguiente, la velocidad será constante; es lo que sucede cuando circulas sin cambiar nada (ni gas ni relación de cambio) en carretera: el par motor en la rueda se iguala con el conjunto de las resistencias pasivas al avance de la moto (resistencia a la rodadura, esfuerzo para superar la pendiente y resistencia aerodinámica). En mis primeros posts he huidode poner ecuaciones, pero se entiende bien lo que digo aplicando la seguna ley de Newton: Par motor-Par resistente=Par resultante=Momento de inercia x aceleración angular. Y la aceleración angular es la derivada de la velocidad angular. Cuando la velocidad es constante su derivada se anula y entonces necesariamente el par resultante es nulo.
En una salida en parado, supongamos que abres a tope el mando del gas. El par motor será lógicamente mayor que el resistente y el motor (sin tocar el puño) irá ganando vueltas sin problemas hasta alcanzar y rebasar el régimen de potencia máxima. Desde luego, eso entraña el peligro de entrar en la zona roja, pero para eso está el corte de encendido o el corte de inyección: los motores modernos ya incluyen protecciones para impedir que se produzcan situaciones de sobrevelocidad.

 

[ManuelV]

Entiendo que lo que dices es que para acelerar lo más rápido posible, lo que hay que hacer es que la marcha actual entregue el motor al régimen de máximo par a la marcha siguiente.

¡OK! Va a resultar que si que lo entiendes, porque eso que escribes es correcto.

Eso obliga a sacrificar potencia y par del motor en la marcha actual e ir a buscar un régimen por encima de la potencia máxima.

De nuevo correcto, pero con un matiz: aunque la potencia (y el par) están cayendo cuando se supera el régimen de potencia máxima, hay que superar ese régimen para que el par motor que se obtiene en la rueda en la nueva relación de cambio sea igual que el que se tendría si no se cambia de marcha. Mientras el par en rueda en la marcha actual sea mayor que el par que se tendrá al cambiar, no vale la pena cambiar. Si se cambia bien, el régimen de giro del motor vuelve a ser inferior al de potencia máxima y de nuevo hay margen para que la potencia siga creciendo mientras el motor sigue acelerando.

Pero se da la circunstancia en muchas motos de que el régimen de potencia máxima está muy cerca de la zona roja, e incluso conozco un caso que está en zona roja. Entiendo que en esos casos no queda más remedio que cambiar o en zona roja o justo en su inicio si no quieres fastidiar el motor.

Pues si, con el matiz que he dicho antes de que lo suyo es que haya protecciones electrónicas -vía corte de encendido o de inyección- para que el motor no se pase de vueltas.

Y luego falta una tercera conclusión. Fijas el mejor momento para cambiar desde el punto de vista de la aceleración, del consumo y... ¿cuál es el mejor momento para el motor? ¿en qué momento debemos cambiar para forzar el motor lo menos posible y hacerlo lo más longevo que se pueda?

Bueno, partiendo de la base de que no tendría por qué haber ningún problema por llevar el motor alto de vueltas, lo suyo si se quiere alargar la vida del motor desde luego es no apurar las vueltas en los cambios de marcha.

 

[ovejanegra]

A ver, el gas fijo no significa rpms fijas. A cada posición del gas le corresponde una curva de par determinada. Cuando el gas está abierto a tope entonces se dice que el motor está a plena carga. Y las curvas que suelen dibujarse son precisamente las de plena carga, por razones obvias. Las vueltas del motor cambian según la diferencia que haya entre par motor y par resistente. Si el par motor es mayor que el resistente, el motor gana vueltas recorriendo la curva de par que corresponda a la posición del gas escogida. Cuando se igualan par motor y par resistente, entonces la aceleración se anula y, por consiguiente, la velocidad será constante; es lo que sucede cuando circulas sin cambiar nada.

Bueno, creo que lo entiendo.

Las curvas que dibujas son las de acelerar a tope, y el final de ellas supone el punto en el que se iguala el par motor y el par resistente, ¿es así? Bueno, o eso o el corte, lo que llegue antes.

Entiendo que cuando cambias de marcha, aumentas el par motor y se produce entonces el proceso de equilibrado que mencionas. Eso es lo que genera las curvas que dibujas, en las que varía la potencia y las rpm a gas fijo.

Entonces, es correcto asimilar par con aceleración, ¿no? Siempre lo he hecho.

 

[ManuelV]

Bueno, creo que lo entiendo.

Las curvas que dibujas son las de acelerar a tope, y el final de ellas supone el punto en el que se iguala el par motor y el par resistente, ¿es así? Bueno, o eso o el corte, lo que llegue antes.

Si, pero con algún matiz: en realidad, al llegar al régimen máximo (supongo que eso es lo que llamas el final de las curvas) no tienen porque igualarse necesariamente el par motor y el resistente. Podría pasar que siguiese siendo mayor el par motor que el resistente, y entonces tendría que actuar el corte si se quiere impedir que el motor siga ganando vueltas peligrosamente.

Entiendo que cuando cambias de marcha, aumentas el par motor y se produce entonces el proceso de equilibrado que mencionas. Eso es lo que genera las curvas que dibujas, en las que varía la potencia y las rpm a gas fijo.

Cuando cambias de marcha (subiendo a una relación de cambio superior) el régimen de giro del motor disminuye (eso lo sabemos todos); si se ha cambiado por encima del régimen de par máximo (lo que es lo usual), entonces la bajada de régimen hace subir el par motor al acercarlo de nuevo a la zona de par máximo.

Las curvas que he dibujado son para una posición dada del gas. Podría ser la de plena carga (gas abierto a tope) pero las curvas para otras posiciones del puño del gas son muy semejantes y los mismos razonamientos son válidos. Lo que hay que entender es que, cuando se dibujan las curvas de par en rueda para distintas marchas, la posición del gas es la misma en todas las curvas. Es como si no apretásemos el embrague al cambiar (como permiten los modernos cambios actuales) y no fuese necesario cortar gas para engranar una nueva marcha.

Entonces, es correcto asimilar par con aceleración, ¿no? Siempre lo he hecho.

Es correcto, si. Repito la ecuación de antes Par motor-Par resistente=Par resultante=Momento de inercia x aceleración angular. Como el momento de inercia es constante, el par en la rueda es directamente proporcional a la aceleración de la moto.

 

[ovejanegra]

Cuando cambias de marcha (subiendo a una relación de cambio superior) el régimen de giro del motor disminuye (eso lo sabemos todos); si se ha cambiado por encima del régimen de par máximo (lo que es lo usual), entonces la bajada de régimen hace subir el par motor al acercarlo de nuevo a la zona de par máximo.

Vale, creo que lo entiendo todo. Muchas gracias. Todos estos conceptos más o menos los tenemos en la cabeza pero la relación entre ellos se nos suele escapar o no solemos tenerla en cuenta. Siempre es bueno tener estas ideas en la cabeza cuando conduces.

¿Todo esto tiene alguna bibliografía o hay que irse a los libros de física o de mecánica y relacionarlo?

 

[ManuelV]

Supongo que habrá bibliografía pero no sé citarla. Me temo que es un tema que los autores de libros técnicos no consideran a la altura de su talento y me temo también que es un tema lleno de lugares comunes y de lo que podríamos llamar leyendas urbanas, que se toman como actos de fe por los menos expertos. Hace mucho que no salgo con otros moteros y no sé si habrá cambiado el tema, pero cuando lo hacía en el pasado mi impresión es que la mayoría de los colegas, que pilotaban estupendamente, no tenían clara la diferencia entre par motor y potencia. Como eso no les impedía pilotar mejor que yo, llegué a concluir que todos esos rollos que he soltado antes tampoco son tan importantes. Es como cuando Crivillé no sabía lo que era el contramanillar...
Lo que he escrito es todo de mi cosecha y fruto de algo de tiempo dedicado a pensar en el tema. En realidad, dominando cuatro cosas básicas sobre como funciona una caja de cambios (que no es nada más que un par de engranajes con distinto número de dientes) y qué es una curva de potencia hay para apañarse.
El lugar más común es que el par motor es lo más importante de todo y esa es una verdad a medias. Es verdad que el par en rueda es una medida directa de la aceleración, y eso es lo que fundamentalmente experimentamos al pilotar una motocicleta, pero a mi me parece que la potencia es mucho más importante y la prueba es que cuando hablas de tu moto o de tu coche lo primero (y casi lo único) que citas de memoria son los CV del motor. Tu coges la curva de potencia del motor, y según las relaciones de cambio que pongas, puedes tener una moto de carácter más deportivo o menos. Por ejemplo, para estar más cerca del polo económico lo ideal es tener relaciones de cambio largas, a cambio de lo cual se sacrifica capacidad de aceleración.

 

[ovejanegra]

Bueno, mi idea intuitiva sobre el tema es que la potencia habla de la cantidad de energía que puede generar un motor y el par es más la forma en que esa energía se transforma en tracción.

Imagino que tu formación será técnica, ¿o eres completamente autodidacta?

 

[ManuelV]

Me formé en una escuela de ingenieros, si, y mi carrera profesional ha estado siempre más o menos vinculada a los motores.

 

[ovejanegra]

Pues gracias por tu tiempo. Requiere un esfuerzo escribirlo y crear los gráficos.

Es cierto que estos temas son complicados de encontrar en los libros. Los manuales de conducción de motocicletas que he consultado en castellano tienen un nivel muy básico en cuanto a mecánica y física, y meterte a leer manuales de ingeniería para extraer y relacionar estos conceptos queda fuera de nuestro alcance.

Estoy de acuerdo con que no es necesario saber estas cosas para conducir una moto, pero opino que tampoco sobran y que cambian tu forma de ver la máquina y sus reacciones. Y eso siempre ayuda. Es un tema parecido al del contramanillar que has citado. Tuvimos una discusión en este foro sobre el tema que a mí personalmente me clarificó del todo el fenómeno, y creo que desde ese momento me llevo mejor con mi moto.

Charles "Chuck" Yeager, el piloto de pruebas que rompió la barrera del sonido, escribió: "conocer, que no intuir, cómo funcionaba de verdad mi avión me salvó la vida más de una vez".

Nosotros no tenemos tanto riesgo, pero saber de verdad lo que tienes entre manos te puede ayudar más de una vez.

 

[ManuelV]

Pues gracias por tu tiempo. Requiere un esfuerzo escribirlo y crear los gráficos.

No hay de qué. Es verdad que le he echado un ratillo a dibujar los gráficos, pero si puede ser útil para alguien doy por bien empleado el esfuerzo.

Es cierto que estos temas son complicados de encontrar en los libros. Los manuales de conducción de motocicletas que he consultado en castellano tienen un nivel muy básico en cuanto a mecánica y física, y meterte a leer manuales de ingeniería para extraer y relacionar estos conceptos queda fuera de nuestro alcance.

Esa es también mi percepción, si. Y es la razón por la que me he animado a escribir este post, que es también un tributo a este foro, gracias al cual he hecho muy buenos amigos. Llevaba años desconectado y he vuelto a asomar la nariz por aquí, empujado por un aire de cambio de moto que ya veremos si se concreta. Es una pena que muchos de los que me gustaba leer ya no participan, aunque he visto que este subforo tiene la suerte de seguir contando con el amigo Pingu y sus Pingutochos

Estoy de acuerdo con que no es necesario saber estas cosas para conducir una moto, pero opino que tampoco sobran y que cambian tu forma de ver la máquina y sus reacciones. Y eso siempre ayuda. Es un tema parecido al del contramanillar que has citado. Tuvimos una discusión en este foro sobre el tema que a mí personalmente me clarificó del todo el fenómeno, y creo que desde ese momento me llevo mejor con mi moto.

Estoy totalmente de acuerdo. Mi buen amigo el doctor Infierno, que lleva mucho tiempo ausente del foro pero que en su día nos ilustró a muchos con su sabiduría, siempre decía que el contramanillar conscientemente ejecutado es la forma más eficaz de llevar una moto.

Charles "Chuck" Yeager, el piloto de pruebas que rompió la barrera del sonido, escribió: "conocer, que no intuir, cómo funcionaba de verdad mi avión me salvó la vida más de una vez".

Nosotros no tenemos tanto riesgo, pero saber de verdad lo que tienes entre manos te puede ayudar más de una vez.

De nuevo de acuerdo. Un placer este ratillo de charla. A ver si se animan otros a aportar más cosas.

 

[mildoscientoST]

Querido Manuel,

Quería añadir (de manera superficial) que el primer escenario es perfectamente compatible con la operacion en el cambio con shifter con el gas completamente abierto (aunque la centralita corta ligeramente el gas entre el desembrague y embrague.

Que placer volver a leerte por aquí. Muchas gracias por tu aportación.

 

[ManuelV]

Querido Manuel,

Quería añadir (de manera superficial) que el primer escenario es perfectamente compatible con la operacion en el cambio con shifter con el gas completamente abierto (aunque la centralita corta ligeramente el gas entre el desembrague y embrague.

Que placer volver a leerte por aquí. Muchas gracias por tu aportación.

¡Hola Fernando! ¡Qué bien que te asomes por aquí! Y si, tienes razón, el shifter permite no tocar el gas y, por tanto, pasar de una relación de cambio a otra sin variar la curva de par por la que se mueve el motor.

Yo, que sigo --como bien sabes-- exprimiendo el motul de nuestra ST, no he tenido ocasión de experimentar eso de primera mano. Y supongo que, si llega el momento, igual me cuesta acostumbrarme y sigo haciendo lo de siempre, que al final tampoco es tan distinto: cortar gas, palanca de embrague, engranar la nueva marcha y abrir gas. Tengo un amigo que no lo usa porque se le olvida que lo tiene. Me recuerda a lo que se dice en otro post sobre el uso del control de tracción: los que aprendimos a montar antes de la llegada de la electrónica pilotamos de manera que la electrónica no nos hace falta. Tengo otro amigo, más joven, que alucina cuando le digo que yo nunca he clavado el freno delantero...

 

[Pingu]

Es una pena que muchos de los que me gustaba leer ya no participan, aunque he visto que este subforo tiene la suerte de seguir contando con el amigo Pingu y sus Pingutochos

Por alusiones, un placer leerte de nuevo y entrar en sesudas lecturas de qué puñetas pasa ahí dentro mientras nosotros nos esforzamos en mirar lejos para ganar anticipación.

Estoy con el móvil, así que no puedo extenderme tanto como sabes que me gusta. Comentar primero que manteniendo el gas fijo, el motor sube de vueltas para alcanzar esa orden que le das. Lo que toda la vida se ha llamado recuperación de marchas, que es lo que ocurre cuando enroscas gas en una marcha demasiado larga. Según lo excesivamente larga que sea la marcha escogida, más larga será la fase de recuperación de esa marcha hasta encontrar el acoplamiento de fuerzas en el punto de gas escogido.

Últimamente (por trabajo) estoy cogiendo muchos coches que dan fallo de motor y entran en modo avería en marcha. En ese momento no sube de vueltas más allá de 2000 ó 2500 rpm. Si ves por el retrovisor que se te sube encima un camión, la única opción de aumentar la velocidad a pesar de no poder acelerar es poner marchas más largas aunque no tengan apenas fuerza y rezar para que no venga una cuesta arriba. Ésto lo digo porque la constante de gas en tu desarrollo, en la práctica es una p*** m*****.

Saludos de nuevo a los viejos del lugar.

 

[Monjo]

Hola a todos...

Por favor, de verdad lo pido:

¡¡ Necesito mas "tochos" superdidácticos como este!!

Aunque no soy ingeniero y soy un "técnico" contumaz que le gusta aprender siempre un poquito mas... Y el subforo de tecnicas de Conducción, aunque no siempre sean recomendaciones prácticas y encontremos articulos como este, es mi "mas mejor favorito".

Lo siento, pero alguien lo tenia que decir

Gran trabajo @ManuelV. Gracias por tu tiempo.
Y al resto, por supuesto, también.

Un saludo!

 

[ManuelV]

(...)

Últimamente (por trabajo) estoy cogiendo muchos coches que dan fallo de motor y entran en modo avería en marcha. En ese momento no sube de vueltas más allá de 2000 ó 2500 rpm. Si ves por el retrovisor que se te sube encima un camión, la única opción de aumentar la velocidad a pesar de no poder acelerar es poner marchas más largas aunque no tengan apenas fuerza y rezar para que no venga una cuesta arriba. Ésto lo digo porque la constante de gas en tu desarrollo, en la práctica es una p*** m*****.

Me pasó una vez. Subiendo el puerto de Monrepós el display indica algo así como "Fallo motor. Revisión necesaria" y el p. coche te deja con un fondillo de potencia que se supone que vale solo para llegar al taller. ¡Qué mal rato viendo a los camiones haciéndose grandes en el retrovisor! Si llego a tener a mi alcance al listillo que programó eso así le habría hecho pasar un mal cuarto de hora.

 

[Edal]

Muchas gracias Manuel, por tan interesantes posts. Voy a ir leyéndolos uno por uno, y comentando tras la lectura. Empiezo por el primer post, el dedicado a conseguir la máxima aceleración. Tengo los siguientes comentarios:

1) En las motos deportivas actuales se puede hacer realidad lo que dices sobre no actuar sobre el puño del gas al cambiar. Basta con mantener el gas a tope (para conseguir la máxima aceleración) mientras cambias de marcha sin tocar el embrague, pues el asistente de cambio ya se encarga de gestionar las mariposas de admisión durante el cambio. Dicho esto, ya sé que no querías decir esto de forma exclusiva. Si cambiamos de marcha en una moto sin asistente, basta con cortar gas y apretar el embrague durante el cambio, volviendo luego el gas a la misma posición que estaba en la marcha anterior (por ejemplo, a tope en ambas marchas).
Edito: he leído luego que Fernando (mildoscientoST) ya había sacado a relucir este tema

2) Aunque no cambiemos la posición del gas, las deportivas modernas suelen incorporar reducción de par en las marchas más cortas (y, por tanto, reducción de potencia) para evitar levantamientos excesivos de la rueda delantera. Todo esto además de la actuación del sistema anticaballitos. Por ejemplo, en la S1000RR, el par está reducido en segunda, y aún más en primera.

3) Y lo más importante: Normalmente no podemos exceder el régimen de potencia máxima lo suficiente como para igualar el par con el de la marcha siguiente sin entrar en la zona roja, por lo que actuará el corte de encendido y nos hará perder unas décimas hasta que reaccionemos y cambiemos de marcha. Consecuencia: Para conseguir la máxima aceleración deberemos cambiar de marcha justo antes del corte de encendido, y no cuando en teoría se igualarían las curvas de par.
Edito: he leído luego que ovejanegra ya había puesto de manifiesto esta limitación.

Ya sé que tu post tenía un contenido puramente teórico. En ese sentido, nada que objetar. Mis comentarios han intentado aportar algunos aspectos prácticos que pueden ser de interés (en la práctica, valga la redundancia).

 

[Edal]

Respecto al segundo post, el del cambio de marcha cuando llega una cuesta más pronunciada o una menos pronunciada (o una bajada), me ha parecido muy interesante y he aprendido cosas que no sabía. Muchas gracias Manuel.

Como comentario práctico diré que con la mayoría de las motos que usamos en este foro (puede que con todas), antes de llegar al punto N cuando la curva de par resistente pasa a ser la A, ya habremos abierto más el acelerador y habremos hecho que la curva de par motor a la rueda se desplace hacia arriba. Difícilmente tendremos que reducir marcha porque el motor no disponga de más par. Lo que sí puede ocurrir en la práctica es que no sea prudente (o legal) circular a la velocidad que resultaría si abriésemos más el gas, y en ese caso nos veamos obligados a reducir marcha para incrementar el par en la rueda sin incrementar excesivamente la velocidad.

 

[Edal]

Y respecto al post sobre el consumo al circular a velocidad constante, también es muy interesante. Gracias de nuevo.

Para ser un poco más realista el análisis (circulando en llano), el punto donde has marcado la tercera velocidad debería corresponder a la quinta o la sexta velocidad, donde has marcado la segunda podríamos poner la tercera o la cuarta, y donde has marcado la primera, bien podría ser la segunda. En cualquier caso, el concepto está muy bien explicado.

En lo único que discrepo, por experiencia práctica, es en "engranar la marcha más larga posible, siempre que eso sea compatible con un funcionamiento suave y estable de la caja de cambios, lo que sucede si el régimen de giro del motor está por encima del de par máximo". En casi todas las motos que he conducido, he conseguido un funcionamiento estable con el régimen de giro del motor bastante por debajo del de par máximo. Pero debo añadir: en motos con potencia (y par) suficiente como para aumentar el par en caso de necesidad sin más que abrir el puño del gas.

 

[ManuelV]

¡Hombre Edal! Otro al que es un placer saludar (de nuevo). Muy interesantes tus comentarios/acotaciones, como era de prever. Puntualizaré alguna cosa en las siguientes respuestas, aunque voy a tener que hacer algún dibujillo más y eso me tomará algo de tiempo.

 

[ManuelV]

Empiezo, si te parece, por tu última intervención:

Y respecto al post sobre el consumo al circular a velocidad constante, también es muy interesante. Gracias de nuevo.

Para ser un poco más realista el análisis (circulando en llano), el punto donde has marcado la tercera velocidad debería corresponder a la quinta o la sexta velocidad, donde has marcado la segunda podríamos poner la tercera o la cuarta, y donde has marcado la primera, bien podría ser la segunda. En cualquier caso, el concepto está muy bien explicado.

Totalmente de acuerdo. Desde el principio mis explicaciones han estado algo "condicionadas" por haber escogido los cambios entre primera, segunda y tercera. Necesitaba 3 marchas para explicar aumentos y reducciones, pero igual habrían podido ser 3ª, 4ª y 5ª. Pero como tienes razón, aquí va el mismo gráfico corregido, con un par de curvas que he añadido para explicar después por qué no estoy totalmente de acuerdo con lo siguiente que dices.

En lo único que discrepo, por experiencia práctica, es en "engranar la marcha más larga posible, siempre que eso sea compatible con un funcionamiento suave y estable de la caja de cambios, lo que sucede si el régimen de giro del motor está por encima del de par máximo". En casi todas las motos que he conducido, he conseguido un funcionamiento estable con el régimen de giro del motor bastante por debajo del de par máximo. Pero debo añadir: en motos con potencia (y par) suficiente como para aumentar el par en caso de necesidad sin más que abrir el puño del gas.

Aquí es donde quiero matizar: fíjate que he añadido dos curvas más, que representan las curvas de par que se obtendrían en el motor abriendo menos gas que el que corresponde a plena carga. Sobre cada curva de par a carga parcial he añadido un punto de color rojo en el máximo de la curva. Lo importante aquí es darse cuenta de que el régimen de par máximo no es constante e independiente de la posición del gas, sino que ese régimen es tanto más bajo cuanto más lejos se esté de la plena carga. La razón es un poco complicada de explicar pero está relacionada con el hecho de que al ir cerrando las mariposas el motor respira peor y sufre antes los efectos de la compresibilidad. El régimen de par máximo de catálogo es el que da el fabricante a plena carga, lógicamente con el puño abierto a tope. O sea, que perfectamente te puede pasar que a punta de gas tu crees que estás circulando con el motor estable y vas por debajo del régimen de par máximo pero, en realidad, para la curva de par que corresponde a esa posición del acelerador no es así ( no sé si me he explicado bien). Para saberlo con certeza habría que conocer exactamente cómo es la curva de par que corresponde a cada posición del gas, y no he visto nunca ningún fabricante que ofrezca esa información.
Dicho eso, tienes razón en que puedes circular de manera estable a un régimen menor que el de par máximo. Pero si en ese momento llega una cuesta arriba, adiós estabilidad. En general, uno tiene que llevar el motor por encima del régimen de par máximo que corresponda a la curva de par del grado de carga que ha escogido.

Seguiré luego (amenazo)

 

[ManuelV]

Muchas gracias Manuel, por tan interesantes posts. Voy a ir leyéndolos uno por uno, y comentando tras la lectura. Empiezo por el primer post, el dedicado a conseguir la máxima aceleración. Tengo los siguientes comentarios:

1) En las motos deportivas actuales se puede hacer realidad lo que dices sobre no actuar sobre el puño del gas al cambiar. Basta con mantener el gas a tope (para conseguir la máxima aceleración) mientras cambias de marcha sin tocar el embrague, pues el asistente de cambio ya se encarga de gestionar las mariposas de admisión durante el cambio. Dicho esto, ya sé que no querías decir esto de forma exclusiva. Si cambiamos de marcha en una moto sin asistente, basta con cortar gas y apretar el embrague durante el cambio, volviendo luego el gas a la misma posición que estaba en la marcha anterior (por ejemplo, a tope en ambas marchas).
Edito: he leído luego que Fernando (mildoscientoST) ya había sacado a relucir este tema

Si, nuestro común amigo mildoscientoST había comentado lo mismo. En todo caso, el mantener constante el gas es algo que yo necesitaba para no complicar en exceso mi razonamiento. Obviamente, en una situación real el gas es una variable más y raras veces se mantendrá constante al cambiar de marcha salvo, tal vez, precisamente en la situación de gas a fondo, que es justo la que viene al caso para lo que estaba explicando en mi primer post.

2) Aunque no cambiemos la posición del gas, las deportivas modernas suelen incorporar reducción de par en las marchas más cortas (y, por tanto, reducción de potencia) para evitar levantamientos excesivos de la rueda delantera. Todo esto además de la actuación del sistema anticaballitos. Por ejemplo, en la S1000RR, el par está reducido en segunda, y aún más en primera.

Lógico. De todos modos, no tiene sentido abrir gas a fondo en 1ª, y según en qué moto, tampoco en 2ª. Incluso si no hubiese caballito, el par motor en la rueda vencería la fricción neumático-carretera y habría derrapaje.

3) Y lo más importante: Normalmente no podemos exceder el régimen de potencia máxima lo suficiente como para igualar el par con el de la marcha siguiente sin entrar en la zona roja, por lo que actuará el corte de encendido y nos hará perder unas décimas hasta que reaccionemos y cambiemos de marcha. Consecuencia: Para conseguir la máxima aceleración deberemos cambiar de marcha justo antes del corte de encendido, y no cuando en teoría se igualarían las curvas de par.
Edito: he leído luego que ovejanegra ya había puesto de manifiesto esta limitación.

Ya sé que tu post tenía un contenido puramente teórico. En ese sentido, nada que objetar. Mis comentarios han intentado aportar algunos aspectos prácticos que pueden ser de interés (en la práctica, valga la redundancia).

De acuerdo otra vez, con el matiz de que el régimen del corte de inyección ( o de encendido) no deja de ser una decisión un tanto arbitraria del fabricante para proteger el motor de los efectos de la sobrevelocidad. No es imposible que el fabricante permita ir más allá del régimen en el que se igualan los pares en la rueda al cambiar y me atrevería a apostar que seguramente en motores de motos de competición debe de ser así. O así sería, por lo menos, si de mi dependiente.

 

[Edal]

Empiezo, si te parece, por tu última intervención:

Totalmente de acuerdo. Desde el principio mis explicaciones han estado algo "condicionadas" por haber escogido los cambios entre primera, segunda y tercera. Necesitaba 3 marchas para explicar aumentos y reducciones, pero igual habrían podido ser 3ª, 4ª y 5ª. Pero como tienes razón, aquí va el mismo gráfico corregido, con un par de curvas que he añadido para explicar después por qué no estoy totalmente de acuerdo con lo siguiente que dices.
Ver el archivo adjunto 263587


Aquí es donde quiero matizar: fíjate que he añadido dos curvas más, que representan las curvas de par que se obtendrían en el motor abriendo menos gas que el que corresponde a plena carga. Sobre cada curva de par a carga parcial he añadido un punto de color rojo en el máximo de la curva. Lo importante aquí es darse cuenta de que el régimen de par máximo no es constante e independiente de la posición del gas, sino que ese régimen es tanto más bajo cuanto más lejos se esté de la plena carga. La razón es un poco complicada de explicar pero está relacionada con el hecho de que al ir cerrando las mariposas el motor respira peor y sufre antes los efectos de la compresibilidad. El régimen de par máximo de catálogo es el que da el fabricante a plena carga, lógicamente con el puño abierto a tope. O sea, que perfectamente te puede pasar que a punta de gas tu crees que estás circulando con el motor estable y vas por debajo del régimen de par máximo pero, en realidad, para la curva de par que corresponde a esa posición del acelerador no es así ( no sé si me he explicado bien). Para saberlo con certeza habría que conocer exactamente cómo es la curva de par que corresponde a cada posición del gas, y no he visto nunca ningún fabricante que ofrezca esa información.
Dicho eso, tienes razón en que puedes circular de manera estable a un régimen menor que el de par máximo. Pero si en ese momento llega una cuesta arriba, adiós estabilidad. En general, uno tiene que llevar el motor por encima del régimen de par máximo que corresponda a la curva de par del grado de carga que ha escogido.

Seguiré luego (amenazo)

Hola de nuevo Manuel.

Estoy totalmente de acuerdo con lo que comentas sobre la reducción de las rpm a las que se alcanza el par máximo a medida que se van cerrando las mariposas.

Tú mismo indicas que tengo razón en que se puede circular de manera estable a un régimen menor que el de par máximo. También indicas a continuación que si en ese momento llega una cuesta arriba, adiós estabilidad. En general, estoy de acuerdo con esta observación, pero hay excepciones. Una excepción es precisamente la que yo ya mencioné en mi post "Pero debo añadir: en motos con potencia (y par) suficiente como para aumentar el par en caso de necesidad sin más que abrir el puño del gas". Al abrir gas pasas de la curva morada (en tu figura) a la azul claro (o a la azul oscuro si hace falta) y problema resuelto.

No obstante, según qué moto sea, la cuesta puede ser tan pronunciada que no baste con abrir gas para resolver el problema. En ese caso, hay que reducir marcha o se calará el motor.

 

[Edal]

el régimen del corte de inyección ( o de encendido) no deja de ser una decisión un tanto arbitraria del fabricante para proteger el motor de los efectos de la sobrevelocidad. No es imposible que el fabricante permita ir más allá del régimen en el que se igualan los pares en la rueda al cambiar y me atrevería a apostar que seguramente en motores de motos de competición debe de ser así. O así sería, por lo menos, si de mi dependiente.

Cierto. No es imposible que el fabricante permita ir más allá del régimen en el que se igualan los pares en la rueda al cambiar. Recuerdo que mi GSX-R 1000 K8 tenía una impresionante capacidad de sobrerrégimen, y quizá cumpliese esta condición. Pero no es habitual.

Es cierto que el régimen del corte de inyección ( o de encendido) es una decisión del fabricante para proteger el motor, especialmente en motos de calle. Sobrepasar ese régimen de forma esporádica (si la centralita lo permitiese) no creo que dañe nada (pistones, segmentos, cilindros, bielas, cigüeñal) salvo una cosa: la única parte del motor que no es desmodrómica (salvo en algunas Ducati). Me refiero a las válvulas. Si el muelle no es lo suficientemente fuerte como para cerrar una válvula a tiempo (por exceso de revoluciones), la válvula puede golpear contra la cabeza del pistón y adiós motor.

Y mira que los ingenieros están incorporando soluciones para que las válvulas cierren rápido y se puedan alcanzar más revoluciones: válvulas de titanio (para reducir la masa), vástago hueco (para reducir masa), doble muelle concéntrico, etc. Incluso el sistema desmodrómico tiene sus limitaciones, pero en teoría se pueden alcanzar regímenes bastante más elevados.

 

[ManuelV]

Tú mismo indicas que tengo razón en que se puede circular de manera estable a un régimen menor que el de par máximo. También indicas a continuación que si en ese momento llega una cuesta arriba, adiós estabilidad. En general, estoy de acuerdo con esta observación, pero hay excepciones. Una excepción es precisamente la que yo ya mencioné en mi post "Pero debo añadir: en motos con potencia (y par) suficiente como para aumentar el par en caso de necesidad sin más que abrir el puño del gas". Al abrir gas pasas de la curva morada (en tu figura) a la azul claro (o a la azul oscuro si hace falta) y problema resuelto.

Ok a todo ?. Yo he basado hasta ahora todos mis posts en una situación hipotética en la que no se toca el puño de gases. Ayuda a entender el problema porque no se cambia de curva de par y es más fácil ver lo que pasa, pero es obvio que en la realidad el mando de gases está ahí para usarlo y bien que sacamos provecho de él, como muy bien apuntas. Así que, viendo lo que respondes, parece conveniente hacer entrar como nueva variable la posición del gas. Ahora la variable que vamos a mantener constante es la marcha de la caja de cambios. En la siguiente figura he dibujado tres curvas de par motor correspondientes a tres posiciones distintas del gas ( en la misma marcha) y dos curvas de par resistente, a) y b), correspondientes a dos tramos de carretera con diferente pendiente.

Supongamos que estamos circulando a velocidad constante por el tramo de menos pendiente a) con el gas poco abierto. El motor en esas circunstancias está trabajando en el punto Aa, en el que son iguales el par motor y el par resistente y, por ello, la velocidad es constante. Vamos felices, el paisaje es espléndido, la temperatura agradable, miramos lejos --para tranquilidad de Pingu-- y todo va bien hasta que llega una cuesta arriba y de manera perversa el par resistente crece y su curva pasa de la a) a la b). Newton no nació por azar y sus leyes imponen que, si no hacemos nada (no tocamos ni gas ni caja de cambios) el motor va a ir perdiendo régimen hasta llegar a una nueva situación de equilibrio en el punto Ab. Ya podemos rezar para que la pendiente no aumente aún más, porque de ser así ( y de seguir sin hacer nada) el motor seguirá perdiendo régimen y terminará por calarse. Así que algo hay que hacer y, ya que hemos dicho que no vamos a tocar la caja de cambios, lo otro que nos queda es abrir gas y pasar a la curva de par de color azul claro. Ahora el par motor es mayor que el resistente y el motor gana régimen siguiendo la línea de trazos que lleva de Aa a Bb. Podemos volver a ser felices: de nuevo tenemos un punto de trabajo situado en una curva de par de pendiente negativa en ese punto. Si llegase a aumentar de nuevo la pendiente, el motor podría hacer frente a ese aumento sin tocar ni gases ni marchas. Simplemente perderíamos velocidad hasta alcanzar el régimen de par máximo correspondiente a la nueva posición del gas.
Si, en lugar de abrir solo un poco el gas, lo abrimos más a lo bestia (como el Maverick con la Yamaha), entonces nos iríamos del punto Aa al Cb, y habremos ganado más velocidad con mayor aceleración, ya que en esa situación la diferencia entre par motor y par resistente sería aún mayor.
Creo que con esto el tema queda más o menos completo, pero todo es cuestión de que sigan siendo necesarias más aclaraciones.

 

[DigitalSE]

Manuel, mi más sincera enhorabuena. Has realizado un trabajo estupendo que muchos desconocíamos.

También quiero felicitar a Ovejanegra por sus amables preguntas. Ya que esas preguntas me ha ayudado a comprender algunas cosas que no entendía de las explicaciones de Manuel.

Hay veces que sabemos usar cosas pero desconocemos su funcionamiento y modo de trabajo. Siempre he opinado y creo que para saber hacer funcionar un aparato, vehículo, etc. No está de más, saber cuándo les das una orden comando etc, que ocurre a partir de esa orden.

Gracias!!!

 

[Pingu]

Y si se vienen demasiado abajo las revoluciones, podemos picar embrague, ya sabes, aquello que se hacía con motos con poca potencia cuanto urgía salir de un apuro y la moto no recuperaba revoluciones suficientemente rápido.

 

[ManuelV]

Al final, con tantas intervenciones, igual queda la cosa algo difícilla de leer para quien llegue al post de nuevas. Así que me ha parecido oportuno juntar las diferentes situaciones que hemos ido analizando entre todos en una entrada única (bastante ladrillo, ojo) en un blog de la que os dejo aquí el enlace.

 

[Edal]

Muchas gracias Manuel

 

[DigitalSE]

Eso ha sido todo un detalle Manuel.

Gracias por compartir!