Cosworth: grita si quieres ir más rápido

Una de las tendencias más sorprendentes en los motores de combustión ha sido el rápido aumento de los regímenes de giro. El Porsche GT3, varios Ferrari y el Lamborghini Temerario forman parte de un selecto club que ofrece líneas rojas de 9.000 rpm o más. El nuevo Bugatti Tourbillon V16, desarrollado con ayuda de Cosworth, se ha unido a ellos. El Aston Martin Valkyrie y los GMA T.50 y T.33 son aún más extremos. Incluso los motores de algunos restomod han ido aumentando progresivamente sus regímenes máximos.

La nueva era de los motores de alto régimen

Hemos tenido motores de alto régimen en competición y en motocicletas durante años, así que ¿por qué esto empieza a suceder ahora en los coches de calle? Para los entusiastas, el deseo de más potencia es una constante que nunca desaparece, por mucho que ya tengan. Como la potencia es esencialmente par multiplicado por el régimen de giro, aumentar cualquiera de los dos te dará más. Puedes obtener más par aumentando la cilindrada o recurriendo a la sobrealimentación (o ambas cosas), pero subir de vueltas es más difícil y es un auténtico símbolo de excelencia en ingeniería.

De ahí que algunos fabricantes estén decididos a ir cada vez más alto, cueste lo que cueste. Superar esos retos siempre ha sido muy duro, y también muy caro. Basta con mirar los motores de Fórmula 1 de los años 90: utilizaban componentes hechos con materiales carísimos, procesos de mecanizado y montaje igualmente caros, y se reemplazaban con mucha frecuencia.

El análisis por elementos finitos (FEA) —que calcula la vida útil probable de un componente— estaba entonces en su infancia, así que los ingenieros tendían a ser conservadores, prefiriendo pecar de cautos al fijar la “vida” de una pieza crítica antes que ser demasiado optimistas y afrontar consecuencias desastrosas.

Y en la carretera, donde no es realista sustituir componentes tan a menudo, los motores de alto régimen eran auténticas rarezas. Muy pocos fabricantes aceptaron el desafío, especialmente Honda con el S2000 y BMW con el M3 E46.

El reto de las emisiones

Diseñar motores de altas prestaciones para la calle es mucho más difícil que construir unidades puramente de competición. Los ingenieros de F1 están muy constreñidos por el reglamento. Un motor de carreras no tiene que cumplir normas de emisiones y, por tanto, no necesita todo el equipamiento obligatorio en un coche de calle.

Prueba de ello es el calvario de Mercedes con el AMG One. El hecho de que tardaran tanto en llevarlo a producción, pese a sus enormes recursos y experiencia, se debió esencialmente a la dificultad de cumplir las normas de emisiones con un motor derivado de F1.

Dicho esto, también ha habido beneficios en la dirección contraria, de la competición a la carretera. Las normas cada vez más estrictas de durabilidad en el automovilismo de élite han tenido un gran efecto en alargar la vida útil de los sistemas de propulsión. Esto ha impulsado mejoras generales y, en particular, el desarrollo de herramientas de ingeniería. El FEA ha ido mejorando constantemente, afinando el diseño de componentes: las piezas pueden hacerse más resistentes y más ligeras, dos factores clave para alcanzar regímenes altos con seguridad.

Y en la producción en serie, los gemelos digitales —donde se trabaja en una réplica virtual al mismo tiempo que se realizan pruebas en el mundo real— se están convirtiendo en la norma. Hay un ciclo continuo de desarrollo: la experiencia real alimenta el software, y lo aprendido en las simulaciones lleva a ajustes en los prototipos físicos.

La revolución silenciosa de los materiales

Los materiales también han mejorado de forma notable. Han llegado a producción piezas reforzadas con materiales compuestos, incluidos incluso bloques de cilindros y pistones. Los pistones con portasegmentos de acero permiten reducir la distancia entre la primera ranura del segmento y la cabeza del pistón, en beneficio del peso y de las emisiones de hidrocarburos. Los aceros han mejorado, y usamos titanio con regularidad en el tren de válvulas para permitir mayores regímenes de giro.

El control de la fricción —un desafío particular a altas revoluciones— también ha avanzado a pasos agigantados gracias a la mejora de materiales y de la tribología (la ciencia de la fricción y la lubricación). Si combinas todos estos avances mecánicos y de materiales, llegas a un punto en el que los altos regímenes, y las fuerzas que generan, pueden dominarse con mucha más facilidad que en el pasado.

Pondré el ejemplo de las bielas. Con el motor original del Corvette ZR-1, era parte normal de la validación realizar largos ensayos de tracción de alta frecuencia para ganar confianza en la resistencia a la fatiga. Era laborioso y caro, pero vital. Hoy, sin embargo, estamos en un punto en el que las bielas pueden diseñarse y fabricarse con una confianza casi total, y rara vez requieren ensayos dedicados a nivel de componente: se validan cuando el motor completo supera las pruebas de durabilidad en funcionamiento.

Algo similar puede decirse del resto del conjunto del cigüeñal: pistones, volante motor, etc. Hoy tenemos una comprensión muy clara de lo que hace falta para alcanzar con seguridad regímenes de giro muy altos. Pero en realidad, esa es la parte fácil. Hacer un motor de altas prestaciones para la calle es más difícil que uno de carreras.

Durabilidad, coste y emisiones: el verdadero triple reto

Porque, además de ser mecánicamente seguro, un motor de calle tiene que ser duradero y asequible, y, sobre todo, tiene que ser limpio en emisiones: ahí no hay ningún tipo de excepción. Aquí es donde entra en juego la importancia de los sistemas de control cada vez más avanzados. Los variadores de fase rápidos permiten optimizar el calado de los árboles de levas en función de la conducción y de las emisiones. La recirculación de gases de escape también ayuda, igual que un control muy preciso y rápido de la mezcla aire-combustible.

No olvidemos que la inyección directa, tal y como la conocemos, nació en los motores de calle y luego pasó a la competición. Las estrategias de arranque en frío han avanzado enormemente: como una prueba de emisiones se aprueba o se suspende básicamente en los primeros 20 segundos, hay que conseguir que el catalizador “encienda” en ese tiempo. Eso es extremadamente difícil y exige una enorme potencia de cálculo que antes no estaba disponible.

Cajas automáticas y el fin del miedo al sobrerrégimen

Otro factor que ha permitido aumentar los regímenes máximos ha sido la expansión de las cajas automáticas y, especialmente, de las transmisiones de doble embrague de alta velocidad. Antes había que diseñar protecciones contra sobrerrégimen en el tren de válvulas por los errores de inserción de marcha en cajas manuales. Ahora los sistemas de control lo impiden, así que ya no hace falta dejar ese margen extra de seguridad que tradicionalmente incorporábamos: antes era habitual que un motor pudiera girar un 20% por encima de la línea roja sin romper el tren de válvulas.

Eliminar ese margen ha permitido perfilar levas más agresivas, con menos emisiones. Un breve apunte sobre los restomod. Modifican coches ya matriculados, así que los retos de emisiones no son ni de lejos tan duros. Los preparadores pueden beneficiarse de toda la experiencia y el saber hacer de los proveedores de bajo volumen en competición, y pueden permitírselo gracias al alto precio de sus conversiones. También cuentan con un grupo pequeño y entusiasta de clientes que no usan mucho ni muy duro sus coches, lo que reduce el riesgo de fallos en uso.

Ahora que Cosworth ha demostrado que es posible fabricar motores de calle totalmente homologados con líneas rojas por encima de las 11.000 rpm, es tentador pensar que se ha fijado un nuevo listón para los demás. Sí, la experiencia de Cosworth viene de la F1 de antaño, pero los desafíos siguen siendo muy actuales. Si la electrificación no lo mata antes, esperemos que el motor de combustión interna pueda seguir evolucionando. ¡Más rápido!