Empezaré diciendo que este es, seguro, el artículo más difícil que “me ha tocado” escribir. Probablemente también uno de los que más me apetecía.

Siempre me ha gustado la mecánica, sólo oír palabras como colectores de escape, campanas de admisión o árboles de levas hacían que me perdiera horas y horas imaginando posibilidades en este u otro coche, aunque al final siempre llego a la misma conclusión: el motor es lo último que tocaría de mi coche.

Aunque dicen que el sacar potencia a base de destornillador y llave fija tiene los días contados, que el futuro es la electrónica, veremos qué hay de cierto en todo eso.

Ya he dicho en más de una ocasión que si tenemos cierto presupuesto para ir más rápido con nuestro coche, seguramente a lo que más partido le saquemos es a un curso de conducción, que además será una inversión que pasará de coche a coche y que no solo nos hará ir más rápido, sino también más seguros.

Si ya somos lo bastante hábiles al volante (que frase tan peligrosa), el siguiente paso lógico es mejorar la parte ciclo: suspensiones y frenos, y por último mejoraríamos las prestaciones puras.

¿Cómo conseguimos que nuestro coche acelere o recupere mejor? Quizá no has caído en la cuenta, pero no siempre la respuesta es la potenciación. ¿No es mejor aligerar al máximo nuestro coche? Aligerando el vehículo no solo hacemos que acelere más, sino que además también se comportará y frenará mejor.

Obviamente existen compromisos que debemos mantener y es que en un coche que usamos a diario no es muy práctico arrancar todas las moquetas, los aislantes y quitar los asientos traseros o ir sin rueda de repuesto y gato. Para estos casos podemos empezar a hablar de potenciación.

Speed is a question of money. How fast do you want to go?

Hay muchos niveles de potenciación y podemos gastarnos tanto dinero como queramos pero en estos artículos vamos a hablar de una potenciación moderada, cambiando pocos o ningún elemento mecánico del coche y centrándonos en mejorar el funcionamiento del vehículo a partir de los márgenes de optimización que deja el fabricante.

Antes de empezar de lleno con los tres parámetros básicos con los que se juega en este tipo de potenciación hay que aclarar 3 cosas:

1-      Todos los coches, si están bien mantenidos pueden ser tremendamente rápidos en las manos adecuadas.

2-      No sirve de nada (incluso puede ser perjudicial) potenciar un coche si no llevamos un mantenimiento estricto.

3-      Potenciar reduce la vida de algunos componentes ya que son sometidos a mayor estrés.

Una vez dicho esto, veamos de donde se pueden sacar algunos caballos extra a nuestros motores:

RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE

Resulta lógico pensar  que el primer punto donde empezar a buscar potencia sea la relación (y la formación) de la mezcla aire/combustible en la cámara de combustión. La relación estequiometrica en motores de gasolina ronda los 14.7/1. Es decir 14.7 partes de aire por cada parte de combustible.

Esta relación es un buen compromiso entre potencia, consumo y emisiones contaminantes, pero no es el dosado de máxima potencia. Para conseguir más velocidad en el frente de llama cuando se produce la combustión, es ideal que haya un pequeño exceso de gasolina, es decir, una mezcla ligeramente rica; en torno a 12:1 y 13:1 en función del motor.

Antiguamente, esta mezcla de aire / combustible se producía en los carburadores y podía ser variada de forma más o menos sencilla jugando con chiclés y agujas para enriquecerla ligeramente.

En la actualidad esta mezcla viene dada por la Unidad de Control Electrónica (ECU) de nuestro coche. Como y cuanto combustible inyectar es determinado gracias a una serie de sensores cuyas señales son enviadas a la ECU. Ésta, en función de las señales recibidas busca en su “librería” de cartografías de inyección -introducidas por el fabricante tras meses de ensayos- la más adecuada para esa situación dada (rpm, apertura de mariposa, temperatura de refrigerante, temperatura del aire…).

Dicho esto entendemos la importancia de que la ECU reciba la información más precisa posible de los sensores, y hago especial hincapié en esto, porque  los sensores y su lectura jugarán un importante papel en la potenciación. En particular uno: el caudalímetro.

No voy a entrar a explicar el funcionamiento de un caudalímetro. En este artículo he puesto muchas referencias externas para que los que no conozcan algunos términos o conceptos puedan seguir igualmente el texto sin perderse demasiado.

Básicamente el caudalímetro es quien mide cuanto aire entra en el motor y por tanto la principal fuente de información que tiene la ECU para escoger de su librería un mapa de inyección apropiado para ese momento.

La principal ventaja del caudalímetro es que es muy preciso en todo el rango de apertura de la mariposa y que por su funcionamiento es capaz de compensar las diferencias entre un motor y otro producidas por las tolerancias de fabricación o por el propio desgaste del motor.

Como desventajas desde el punto de vista del rendimiento, cualquier objeto interpuesto en el flujo de aire reduce la velocidad y produce turbulencias, por tanto nos resta prestaciones. Además, en motores muy modificados (árboles de levas…) experimentan errores de lectura por la contrapresión que se produce en los colectores de admisión debido a los grandes tiempos de apertura de válvulas. Por eso se inventaron los sistemas ALPHA-N

Los sistemas ALPHA-N fueron desarrollados para la competición y aunque no es lo más normal encontrarlos en coches de calle, hay modelos de coche particulares en los que es una modificación muy común. Precisamente Juan, compañero de 8000vueltas.com, tiene un sistema ALPHA-N con una admisión de carbono montado en un M3 E30, y doy fe de que el coche empuja (y suena) como ningún otro M3 E30 que haya probado, pero eso es otra historia que os contará él algún día.

Volviendo a los ALPHA-N, la principal ventaja es que suprime el caudalímetro y por tanto no hay elemento que restrinja el aire que entra al motor, con lo que tenemos una ganancia de potencia que puede rondar entre el 2 y el 4%.

El funcionamiento de la ECU en los sistemas ALPHA-N se basa ahora no en la cantidad de aire que entra en el motor sino en el ángulo de la mariposa de admisión (ALPHA) y en las revoluciones por minuto (N). Las correcciones de altitud (donde a medida que subimos empobrecemos la mezcla ya que hay menos densidad y por tanto menos oxígeno) se compensan, o bien a través de de la sombda Lambda (que permite pequeños ajustes) o bien, de forma más precisa y con un rango mayor, a través de un sensor de presión barométrica.

Como principal inconveniente en los sistemas ALPHA-N hay que destacar que, para coches de calle, es fundamental una precisa lectura del valor de ALPHA cuando se circula con pequeñas aperturas de la mariposa de admisión ya que es el punto más crítico en la circulación del aire y que es importante para que el coche funcione correctamente, sin tirones  a velocidades de crucero constantes en autopistas o carreteras.

Existen también otros sensores que ayudan a la ECU a “redondear” la mezcla, muchos de ellos nos serán útiles para conseguir no sólo más potencia sino también para garantizar la fiabilidad. Entre ellos:

• Temperatura del Refrigerante: cuando el motor se encuentra frío, parte del combustible que el inyector vaporiza se condensa en las paredes del colector de admisión, como consecuencia no todo el combustible llega a la cámara de combustión y por eso es necesario enriquecer la mezcla ligeramente. A medida que la temperatura va subiendo la tendencia se compensa hasta llegar a los valores normales. Es posible falsear la lectura de este sensor para engañar a la centralita para que inyecte más combustible, consiguiendo así un dosado rico de máxima potencia, aunque es un método tosco y poco recomendable.
• Sonda Lambda: la sonda lambda fue desarrollada principalmente para que los coches de calle cumplan las medidas anticontaminación. Este sensor, situado en los colectores de escape mide la cantidad de oxígeno en los gases que salen del motor. Una lectura con mucho O₂ indica mezcla pobre en combustible, una mezcla baja en O₂ indica una mezcla rica. La ECU, en función de esta lectura, modifica los parámetros de inyección para que Lambda sea igual a 1, es decir, mezcla estequiométrica. La máxima potencia se consiguen con factores l de entre 0,8 y 0,9 (mezcla rica) por tanto, trabajando en banco de potencia, fijar un valor Lambda constante entre esas cifras y construir un mapa a partir de ese dosado nos ahorrará mucho tiempo y nos dará, no solo más potencia, sino también la seguridad de que el motor no se va a quedar pobre de combustible, que  es la forma más rápida de romperlo.

Para terminar con el capítulo de inyección, veamos la importancia del propio inyector y de los factores que van a determinar la máxima ganancia posible, que son:

• Tamaño del inyector
• Pulso (tiempo de apertura)
• Presión de inyección

Inyectar más combustible a bajas revoluciones, cuando hay suficiente tiempo para que la mezcla se atomice correctamente en la cámara de combustión, no suele ser un gran problema pero a medida las revoluciones por minuto suben necesitamos inyectar más gasolina (a 6000rpm hay 2/3 menos de tiempo que a 2000rpm). Con inyectores pequeños esto normalmente se consigue comenzando a inyectar antes (incluso bastante antes de que la válvula de admisión haya abierto) y terminando de inyectar más tarde de que la válvula de escape cierre (cargando así los colectores de admisión para el siguiente ciclo). Es decir, estamos aumentando el pulso del inyector. En ocasiones la necesidad de combustible es tal (especialmente en motores turbo) que al final el inyector está abierto tanto tiempo que superamos su ciclo de carga máximo, llegando en ocasiones al 100% (abierto en todo momento). En un inyector de un coche de calle no es recomendable que esté abierto más de un 80-85% del tiempo, ya que de lo contrario podemos, literalmente, fundirlo.

Si a pesar de modificar el pulso del inyector hasta ese 85% no somos capaces de llegar a los requerimientos de combustible que demanda el motor (lo cual se verá en un valor lambda superior a 1: mezcla pobre), no tenemos por qué ir directamente a por un inyector más grande, siempre podemos aumentar ligeramente la presión de inyección. Lo normal en coches de gasolina es trabajar en torno a los 3 bares, inyectando a mayor presión conseguimos más combustible por unidad de tiempo con lo que podemos incluso bajar de ese 85% límite de tiempo de apertura del inyector.  4 bares es algo razonable, entre 4 y 5 apenas hay ganancia y  por encima de 5 se pierde el control de la vaporización del inyector.

Para estos casos en los que jugamos con la presión de inyección un regulador de presión es la herramienta que termina de redondear el proceso de formación de la mezcla.

COMBUSTIÓN y ENCENDIDO

Si la mitad del trabajo era conseguir la mezcla aire/gasolina perfecta, la otra mitad está en sacar el máximo potencial de esa mezcla.

Al igual que antaño los carburadores se encargan de la mezcla, el distribuidor se encargaba del encendido de la chispa de las bujías: a más rpm, más avance del encendido.  Éste sistema cumplía razonablemente bien, pero como elemento mecánico tenía una evolución lineal, algo muy lejos de las necesidades de potencia máxima de un motor. Para ello nació el encendido electrónico.

Al igual que como sucedía con la inyección, cientos de cartografías de encendido son introducidas en la ECU para que, a través de las lecturas de los sensores (RPM, carga de acelerador, temperatura del aire…) escoja de su “librería” el mapa más lógico en función de las necesidades (mínimo consumo, máxima potencia…)

Normalmente, en los motores se busca que tras encender la mezcla, el frente de llama avance hasta conseguir la máxima presión dentro de la cámara de combustión entre 12 y 14 grados después del punto muerto superior (PMS), es decir, cuando el pistón acaba de empezar a bajar en su carrera de expansión.

Para que esto suceda así, y sabiendo que la completa combustión de la mezcla conlleva cierto tiempo, es necesario que la ignición de la bujía se produzca antes (en la carrera de compresión, cuando el pistón todavía sube). Cuánto antes es necesario encender la mezcla depende de varios factores:

• De la calidad y turbulencia de la mezcla (de lo que llevo hablando un buen rato)
• De la forma y tamaño de la cámara de combustión (que como no vamos a modificar, pasaremos por alto)

También es lógico pensar que a mayor velocidad de giro del motor menos tiempo hay para que se queme la mezcla y por tanto a medida que aumentan las rpm debemos adelantar el encendido.

La mezcla de máxima potencia (ligeramente rica) es la que más rápido arde, por tanto nos obliga a retrasar el avance del encendido ligeramente mientras que mezclas excesivamente ricas (por un mal ajuste) o pobres (buscada a propósito para reducir consumos en autopistas, por ejemplo) arden más lentamente, luego necesitan más avance del encendido.

Visto esto, podemos imaginar que adelantando aún más el encendido conseguiremos que la máxima presión se dé antes de esos teóricos 12-14º después del PMS, cuando la compresión en la cámara es mayor con lo que la explosión golpeará al pistón con más fuerza produciendo más potencia. Totalmente cierto.

Si trabajamos con el ajuste del avance del encendido sobre un banco de potencia. Observaremos que a medida que adelantamos el encendido va aumentando la potencia… hasta que llegamos a un punto en el que más avance no sólo no significa más potencia sino que sobrepasarlo implica empezar a detonar y/o autoencender, dos fenómenos que son destructores de motores natos.

Antiguamente se adelantaba el encendido hasta que empezábamos a oír como “picaba biela” (detonación) y a partir de ahí se volvía atrás 2 grados para asegurarnos de que en condiciones adversas (mucho calor, mal mantenimiento…) no destrozásemos un motor: fiable, pero poco rentable desde el punto de vista del rendimiento. Actualmente todos los vehículos equipan un sensor “antipicado” que le dice a la ECU cuando se produce detonación de forma que esta puede atrasar el encendido… esto siempre y cuando la centralita/chip/ECU/piggy back… que hayamos instalado para mejorar las prestaciones no anule la señal del sensor de picado.

En este aspecto añadiré que un motor modificado debe usar una gasolina de alto octanaje de calidad, no porque así el coche “corra” más. Entre la gasolina de 95 y de 98 octanos que encontramos en las gasolineras apenas hay diferencia de poder calorífico, pero a mayor octanaje más tarde aparecen los fenómenos de detonación y autoencendido.

Jugando con el avance podemos obtener un incremento de potencia de entre un 2 y 4%.

PRESIÓN DEL TURBO

Como tercer parámetro, obviamente sólo para motores sobrealimentados, tenemos la opción de modificar la presión de soplado del turbocompresor. Para los que quieran una lectura más profunda sobre esto, hace un tiempo publicamos un interesante artículo en dos partes a cerca de la sobrealimentación.

En relación a los turbos, si exceptuamos los complejísimos WRC 2 litros, que a pesar de la brida de admisión (que limita las rpm máximas del motor) y gracias a turbos especiales y electrónicas muy elaboradas conseguían ingentes cantidades de soplado a muy bajas revoluciones por minuto, donde más podemos ganar en un motor turbo moderno (gasolina) es en la zona alta del cuentavueltas.

Obviamente el tamaño del turbo es un factor fundamental, la tendencia actual ha sido la de reducir el tamaño de los turbos para evitar el famoso turbo lag y que los motores se comporten como si fueran atmosféricos.

Los turbos son activados por los gases de escape, por tanto, un turbo pequeño, con poca inercia, empezará a funcionar enseguida  mientras que un turbo grande tendrá cierto retraso. Desde el punto de vista del funcionamiento para un coche de uso diario, un turbo pequeño es perfecto. Desde el punto de vista de la potenciación cuanto más grande sea el turbo más ganancia es posible.

Como ya hemos mencionado antes, en todo motor potenciado se reduce la vida de algunos componentes pero siendo realistas, moverse en valores razonables no supone una gran merma de la fiabilidad. Un poco más de presión de soplado del turbo no va levantarnos los tornillos de la culata.

Los turbos tienen un régimen de giro de máximo rendimiento a partir del cual el turbo pierde efectividad, es a partir de ese momento cuando el fabricante limita la presión de soplado. Normalmente a través de la famosa válvula wastegate (no confundir con la blow off)

Inicialmente las wastegate eran válvulas mecánicas; poco más que un muelle y un diafragma, así que con un destornillador podías modificarlas para que se abrieran más tarde (a mayor presión en el colector de escape, es decir, a más revoluciones por minuto del motor) por tanto conseguíamos más potencia en la zona alta del cuenta vueltas.

Actualmente, las wastegate son solenoides controlados electrónicamente por –como no- ¡la ECU de nuestro motor! Esto se debe a que el solenoide funciona como un interruptor –abierto/cerrado – mientras que la wastegate de muelle, podía permanecer medio abierta en determinados regímenes y cargas de acelerador como consecuencia de la presión, restando efectividad.

En definitiva, modificando la gestión electrónica de nuestro motor podemos aumentar la presión de soplado del turbo. Como contrapartida, es fundamental que al introducir más aire  inyectemos también más gasolina en la cámara de combustión, ya que de lo contrario nuestra mezcla se quedaría pobre, con el riesgo que ello conlleva.

Además, si no cambiamos el turbo por uno de mayor tamaño, a altas vueltas trabajamos ya fuera de la zona optima del turbocompresor con lo que debido a pérdidas y rozamientos aumenta la temperatura del aire en el colector de admisión, lo que reduce la ganancia de potencia y puede provocar autoencendido (a mayor temperatura menos densidad y menos oxigeno). Por eso, en cuanto las modificaciones son un poco serias se suele cambiar – o añadir si no lo trae – un intercambiador o intercooler.

Cifras de ganancia de potencia en motores turboalimentados pueden rondar el 30% sin grandes perjuicios.

Y hasta aquí esta primera parte sobre la potenciación mediante el arte oscuro de la electrónica en la que hemos visto “qué se toca”. Estén atentos a la siguiente entrega, donde veremos que se utiliza para modificar esos tres parámetros.