Ya sabemos qué es el par y la potencia y sus aportaciones en el automóvil.
En este módulo se va a explicar cómo se leen las curvas de par y potencia, pues tienen valores variables según las RPM de funcionamiento del motor, como ya se ha adelantado anteriormente.
Se explica la necesidad de que el motor tenga sus valores y tipos de curvas de par y potencia en función del tipo de automóvil y utilización prevista.
Se termina exponiendo las formas de medir las curvas de par y potencia.
Las curvas de par y potencia
Para llegar a las curvas de par y potencia antes unos comentarios con la ayuda de esta animación, en la que se ve un motor de cuatro cilindros en línea de lado y dos vistas de frente, a la izquierda a medias RPM y a la derecha a altas RPM:
- El par es proporcional al llenado y es variable según diferentes aspectos, estos son los más influyentes:
- Velocidad de los gases en los colectores; generando las ondas de presión mencionadas en el módulo anterior
- Formas de los colectores; sus dimensiones, sección, longitudes, curvas y demás detalles afectan en gran manera a la circulación de los gases de admisión y escape
- Filtro de aire; es necesario para evitar la entrada de suciedad e impurezas a los cilindros, pero supone un freno a la circulación del aire de admisión y con importantes efectos sobre las ondas de presión
- Silenciadores; en el escape son igualmente necesarios, también alteran las fluctuaciones de las ondas de presión de estos gases
- Mariposa de gases; altera el paso de la masa de admisión, más con aperturas parciales. Totalmente abierta afecta menos
- Estos aspectos y otros más son tenidos muy en cuenta en el diseño del motor por su gran trascendencia sobre el par y la potencia
- El objetivo es lograr que le mejor llenado, par máximo, esté en la zona de RPM que más utiliza el conductor del automóvil, y en el caso de un turismo es a medias RPM
- Se logra adaptando las secuencias de apertura y cierre de las válvulas que más favorecen el llenado a estas RPM, es decir la posición del árbol de levas con relación a los pistones
En las preparaciones de los motores para utilizaciones deportivas y competición, el primer elemento que se modifica es el árbol de levas, para obtener el mejor llenado/par a más RPM, lo que implica aumentar la potencia.
No importa que a bajas RPM se pierda respuesta.
La animación que vemos a continuación nos diseña la curva de par motor de un automóvil de turismo y calcula la de potencia:
- En las abscisas se representan las RPM
- En las ordenadas, a la izquierda, el par motor
- Bajo las RPM se ven cilindros para ir reflejando las variaciones de llenado/par
- El par y potencia de miden con el acelerador a fondo para que el motor entregue todas sus prestaciones
- Creación de la curva de par:
- Desde ralentí el motor va subiendo de RPM y el llenado va mejorando
- Al llegar a medias RPM es cuando se obtiene el mejor llenado del motor, es el par máximo
- El motor continua subiendo de RPM pero el llenado decrece, pues las ondas de presión no coinciden con las secuencias de válvulas (se explica en el módulo “2.8.1. La resonancia, el llenado y el par”)
- Una vez elaborada la curva de par motor se calcula la de potencia aplicando la fórmula, Potencia = Par x RPM a cada uno de los puntos de la curva de par
- Se ve a la derecha la escala de la potencia
- Se sitúan sobre el cuenta RPM los puntos de par y potencia máximos; al ser un motor de automóvil de turismo el par está a medio régimen y la potencia en la zona alta de RPM
Veremos seguidamente como los valores de par y potencia máximos, y las formas de sus curvas, son bastante diferentes según el tipo de automóvil a que van destinados.
Objetivo a más par y curva “plana”
Para entender mejor los objetivos respecto al par y potencia, vamos a comparar en la animación siguiente curvas de par y potencia de diferentes tipos de automóviles, para tratar de conjugar después en un mismo motor todas las ventajas de cada uno de estos, si es posible:
Las tres imágenes superiores representan motores para diferentes tipos de automóviles:
- Izquierda todoterreno o vehículo de carga:
- Se buscan buenos valores de par y desde bajas RPM
- La potencia es secundaria
- Central, turismo:
- Ha de responder bien el motor en vacío y también con todas las plazas ocupadas más maletero lleno
- Se logra equilibrando los valores de par y potencia, situando el par máximo en la zona media de RPM
- Derecha, deportivo:
- Se quiere tener prioritariamente potencia, lo que implica que el par máximo esté hacia la zona alta de RPM, lo que hace que la elevada potencia se logre a más altas RPM
- Poca respuesta del motor a bajas/medias RPM
Partiendo de un motor con la misma cilindrada….. ¿es posible conseguir una curva de par plana?; si con estas tecnologías:
- Distribución de fase variable; modifica las secuencias de actuación de las válvulas durante el funcionamiento del motor (se explica en el módulo del segundo nivel “2.14.1. Compensación del llenado en motores multiválvulas”)
- Alzado variable de las válvulas de admisión; se sustituye la mariposa de gases por la variación de la cota de apertura de las válvulas
- Colector de admisión de geometría variable; los gases de admisión pueden pasar por colectores de diferente sección y recorrido (se explica en el módulo del segundo nivel “2.14.1. Compensación del llenado en motores multiválvulas”)
Partiendo de un motor con la misma cilindrada….. ¿es posible conseguir más par y potencia?, si con….:
- Sobrealimentación; llenado a presión de los cilindros (se explica en los capítulos 15 de cada uno de los niveles)
El objetivo es utilizar estas tecnologías combinadas para incrementar el par y potencia máximos, y hacer que la curva de par sea más plana.
Medición del par y la potencia
En realidad se mide la curva de par, la potencia se calcula a partir de esta con la fórmula.
Hay dos formas de medir el par, empezamos con un banco de potencia o de motor, que mide la curva directamente sobre el motor según se ve en esta animación (son explicaciones didácticas):
En banco de potencia o de motor:
- Se coloca en el extremo del cigüeñal del motor un tambor de giro del banco de potencia
- El banco de potencia incorpora la gráfica para grabar las mediciones, palancas de freno que inciden sobre el tambor de giro y sensor de par que conecta con el tambor de giro
- Se pone el motor en marcha y se acelera a fondo
- Las palancas de freno sobre el tambor de giro estabilizan las RPM del motor para ir midiendo el par generado y grabar la curva de par
- Al subir el motor de RPM se comprueban los valores y confirma el cálculo de la curva de potencia
- Parada del motor
Para hacer esta medición se dispone de sistema externo para refrigerar el motor, y todos los complementos necesarios para su correcto funcionamiento.
El hecho de aplicar un freno para medir el par motor generado y la potencia resultante, explica que esta forma de medición se conozca también como “potencia al freno”.
En banco de rodillos:
- Se ve el banco de rodillos con el gráfico de grabación de las curvas
- El automóvil se coloca sobre el banco de rodillos, las ruedas motrices sobre los rodillos, las delanteras en este caso pues es un automóvil de tracción (delantera), y las no motrices, traseras, sobre los soportes – freno
- Motor en marcha, se inserta la 3ª relación (generalmente) y se acelera a fondo
- El banco va grabando en la gráfica el par de giro de los rodillos, lo que da la curva de par en rueda
- Después calcula la curva de potencia en rueda
- Se para el motor y se repite la prueba en 3ª relación con el embrague pisado, pero ahora es el banco a través de sus rodillos el que mueve la transmisión para valorar la pérdida de par
- Suma esta medición a la original en rueda y se obtienen las curvas de par y potencia del motor
Durante esta prueba es muy importante mantener la temperatura de funcionamiento del motor, y controlar que no entren en funcionamiento consumidores eléctricos que alteren las mediciones.
Resumen de este módulo
Con estas imágenes damos un repaso al contenido de este módulo:
- El llenado es proporcional al par motor y la potencia depende el par, además de las RPM
- Si aumenta el valor del par lo hace también la potencia
- En el gráfico vemos unas curvas de par y potencia de un automóvil de turismo, el par máximo está a medias RPM
- El objetivo es lograr valores más altos y que la curva de par sea lo más plana posible, con mejoras en la potencia
- El par y potencia se pueden medir en un banco de potencia o de motor directamente sobre el motor, o con un banco de rodillos, entonces se mide el par en rueda y se le suman las pérdidas por transmisión
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