Técnica en sencillo: QJMotor patenta un monocilíndrico... ¿en V? (más un extra: el motor Alcor XLV)

Por MiguelXR33.

Hace unas semanas se filtró una patente de la marca china QJMotor, en la que se ve un curioso motor V-2... donde sólo uno es productor de energía. Vamos, que a efectos termodinámicos es un monocilíndrico, pero tiene otro cilindro acompañándolo. ¿Para qué?

Equilibrio y vibraciones

Si alguna vez has visto un motor abierto, posiblemente habrás caído en esas piezas excéntricas en forma de 'quesito' que tienen los cigüeñales justo en la parte contraria donde se ancla la biela. Son contrapesos con los que ayudar a equilibrarlo y, con ello, reducir vibraciones y también esfuerzos internos. Pero eso, en la mayoría de propulsores, no es suficiente. Si cogemos uno con muchos cilindros, los podemos situar en posiciones donde las inercias de los pistones y bielas 'yendo y viniendo' se neutralicen entre sí. Para hacernos una idea, en un dos cilindros hay que disponerlos en V a 90º para que se reduzcan considerablemente las vibraciones, en un cuatro cilindros la disposición menos mala es en linea con los pistones exteriores calados a 180º con respecto a los dos interiores. El motor de seis cilindros mejor equilibrado es en linea con calado a 270º entre un cilindro y su siguiente. En un ocho cilindros lo mejor es aprovechar lo dicho de los twin y tetra para fabricarlo con dos bancadas de cuatro cilindros en V a 90º. Y lo mismo podemos decir del doce cilindros, que roza la perfección en temas de equilibrio calando dos bancadas de seis en V a 90º.

Todo eso bien, pero ¿qué pasa con los motores de un cilindro? Pues que el contrapeso del cigüeñal es totalmente insuficiente para compensar la inercia de un pistón y su biela acelerando 'de subida', parando, acelerando 'de bajada', parando y volviendo a empezar. Así que hay que añadir algo más para reducir las terribles vibraciones que se producen, más cuanto más cilindrada tenga. El qué... pues depende del tamaño del motor que se busque, lo mismo que el costo que se quiera conseguir.

El monocilíndrico y sus inercias...

Eje de equilbrado (a la derecha) en un motor
monocilíndrico

Para equilibrar de una forma más o menos correcta un motor de un cilindro, se pueden utilizar una serie de trucos. Uno de ellos, lógico, es reducir la masa del conjunto. Por ello cuanto más cilindrada tenemos, cuanto más pistón hay arriba y abajo, más vibraciones se producen. Así que lo mejor es reducir peso en todo lo posible para evitar el 'gigantismo': si aumentamos un poquito el peso del pistón, por ejemplo, obliga a añadir material a la biela para resistirlo, al cigüeñal para aguantar a ambos, a los cárteres para aguantarlos a todos... Así que sí, hay que bajar peso como sea. El problema es que resulta caro utilizar mejores materiales y sus tratamientos, y aun así llegaremos a un límite, un momento en el que no se puede eliminar más, y sufrimos las terribles vibraciones que molestan al pasaje, afectan a la rigidez de las piezas, aflojan tornillos y que, algunas veces ¡hasta mueven la moto mientras la calientas en el caballete central!. 

Por suerte hay otras soluciones. La más común es aplicar uno o (mejor) dos ejes de equilibrado. La idea es añadir un eje o ejes que equipan unos contrapesos excéntricos y que giran al contrario que el cigüeñal y al doble de su velocidad. Gracias a este invento de Frederick Lanchester patentado en 1904, los motores monocilíndricos (y también bicilíndricos en paralelo), denostados por las agobiantes vibraciones de la producción europea, dieron un salto de calidad tan grande al incorporarlos los japoneses a finales de los 70, que hizo que su cilindrada saltara sin miedo de los 500 cc a más de 750 cc en apenas una década (779 cc la Suzuki DR Big 800 de 1990) y que su potencia pasara de apenas 35 cv a más de 50. Sí, restan potencia, pero el aumento de rendimiento general y de fiabilidad mecánica lo supera con creces.

El motor Ducati SuperQuadro Mono es el monocilíndrico más
moderno y potente de la actualidad con sus 77'5 cv para 659 cc...
pero hasta él necesita dos ejes de equilibrado que eliminen vibraciones

Patente de un motor monocilíndrico Suzuki en 2017.
A la derecha se observa la biela secundaria anclada al contrapeso de equilibrado.

Otra forma de solucionarlo es el utilizar una segunda biela unida a un cotrapeso. Como en un bicilíndrico en V a 90º se produce un equilibrado natural bastante bueno, pues se intenta imitarlo con una segunda biela cogida al cigüeñal, y que en vez de un pistón mueve un contrapeso. Fue Ducati con su SuperMono de competición de 1993 la que llamó la atención del sistema, que luego vimos en algunas bicilíndricas como los primeros Yamaha T-Max 500 o las BMW F 800 GS y C 600-650. Como se puede ver en la fotografía, en Ducati usaron como base el motor V2 de las 916 al que le eliminaron el cilindro superior, usando su biela para anclar el contrapeso. Un sistema, sencillo y que al parecer resta menos potencia, pero que no elimina de una forma tan eficaz las vibraciones como los ejes de equilibrado.

Motor Ducati SuperMono de 1993. En la zona superior, destacando en el fondo verde, se ve la
segunda biela que mueve el contrapeso anti-vibraciones

QJMotor y un planteamiento distinto

Y llegamos a la tercera opción. Ya he comentado antes que el motor en V a 90º tiene un equilibrio muy bueno y que Ducati quiso aprovecharlo en los 90 sustituyendo un pistón por un contrapeso pero ¿y si lo que hacemos es anular directamente uno de esos cilindros pero manteniendo el pistón?. Pues eso es lo que ha patentado la marca china QJMotor: se elimina toda la culata con su cadena, árboles de levas, válvulas y conductos de lubricación, para sustituirlos por una 'tapa' que parece la de un dos tiempos, pero sin bujía.

Lo que me resulta curioso es que se ve claro que el cilindro y pistón son más pequeños que el principal, supongo que para reducir volumen del conjunto, aunque la carrera será la misma al ir anclado a la misma muñequilla 'como buen motor en V'. Entiendo que el peso del pistón secundario estará parejo al principal. También entiendo que ese menor diámetro es para reducir las pérdidas por rozamiento, además de carecer de segmentos según se aprecia en el dibujo (en el pistón principal sí se ven). Para evitar pérdidas de potencia por bombeo, se aprecia claramente que el pistón secundario tiene un generoso agujero central. También llama la atención ver que se prescinde de refrigeración líquida en cilindro y culata, sustituida por un simple aleteado.

En cuanto a la utilidad de todo ello... pues sólo veo tres opciones: o los chinos quieren demostrar que no sólo copian, que también quieren innovar; que con este diseño se pueda aprovechar el cárter para crear motores mono y bicilíndricos (algo que reduce costes, siempre importante); o igual es una combinación de ambos. Pero me alegra ver cosas distintas, originales, después de años de mucha e invisible electrónica.

Y un extra: el motor Alcor XLV

P.D. Aunque al verlo me acordé del proyecto español Alcor XLV 242 de 1987, las similitudes son muy pocas. Viendo que lo nombraron en alguna publicación al comentar sobre el motor QJMotor, voy a explicarlo un poco.

Las principales diferencias eran: que aquel era de dos tiempos; el segundo pistón no producía potencia, pero sí ayudaba a comprimir más la mezcla; no pretendía eliminar vibraciones; y lo más importante, buscaba variar los tiempos de carga de admisión al cárter y transferencia al cilindro de los gases habituales en los 2T. Con ello se lograba, ante todo, que la curva de par motor no fuera tan brusca sino más plana y uniforme, y con ello mejorar la tracción en las motos de trial. El problema es que el proyecto del ingeniero Manuel Sevilla fue aparcado, posiblemente debido a la absorción de Montesa por Honda. Pero ahí quedó para el recuerdo. Aquí algo de información: La Maneta.com

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