Introducción: ¿qué tipos de motores puede tener un automóvil?
El motor es uno de los elementos fundamentales de un automóvil, ya que es el encargado de transformar una determinada fuente de energía en el movimiento necesario para desplazar el vehículo.
Durante décadas, los motores de gasolina y diésel dominaron prácticamente por completo el mercado. Sin embargo, la evolución tecnológica y la búsqueda de sistemas de propulsión más eficientes han provocado la aparición de nuevas alternativas, como los motores eléctricos, híbridos, híbridos enchufables o de hidrógeno.
Conocer los diferentes tipos de motores de automóvil resulta especialmente interesante para comprender cómo funciona un vehículo y cuáles son las ventajas e inconvenientes de cada tecnología.
En este artículo veremos los principales sistemas de propulsión utilizados en los automóviles, cómo funcionan y qué diferencias existen entre ellos.
Motor de gasolina
El motor de gasolina es un motor de combustión interna que utiliza gasolina como combustible. Generalmente trabaja mediante el ciclo Otto y utiliza una chispa producida por las bujías para iniciar la combustión de la mezcla de aire y combustible.
Simplificando mucho su funcionamiento, en un motor de gasolina de cuatro tiempos encontramos cuatro fases principales:
- Admisión: entra aire y combustible en el cilindro —aunque en los motores de inyección directa el combustible puede introducirse directamente en la cámara—.
- Compresión: el pistón comprime la mezcla o el aire contenido en el cilindro.
- Combustión y expansión: la bujía produce la chispa que inicia la combustión y empuja el pistón.
- Escape: los gases producidos durante la combustión salen del cilindro.
El movimiento alternativo de los pistones se transmite mediante las bielas al cigüeñal, convirtiéndose finalmente en movimiento giratorio.
Ventajas del motor de gasolina
Entre sus principales ventajas podemos destacar:
- Funcionamiento generalmente suave y silencioso.
- Buena capacidad para trabajar a altas revoluciones.
- Mecánica tradicionalmente más sencilla que algunos sistemas diésel modernos.
- Amplísima implantación y disponibilidad de combustible.
Inconvenientes
Su principal inconveniente es que normalmente presenta un consumo superior al de un motor diésel equivalente, especialmente en determinadas condiciones de utilización.
Además, al utilizar un combustible fósil, durante su funcionamiento genera emisiones de CO₂ y otros contaminantes.
Motor diésel
El motor diésel también pertenece a los motores de combustión interna, pero su funcionamiento presenta una diferencia fundamental respecto al motor de gasolina.
En un diésel no se necesita una bujía para iniciar la combustión. El aire introducido en el cilindro se comprime fuertemente, aumentando considerablemente su temperatura. Posteriormente se inyecta el combustible, que se inflama debido a las condiciones existentes dentro de la cámara de combustión.
Los motores diésel modernos incorporan tecnologías muy avanzadas como:
- Inyección Common Rail.
- Turbocompresores.
- Intercooler.
- Recirculación de gases mediante EGR.
- Filtros de partículas (DPF/FAP).
- Sistemas SCR con AdBlue en numerosos vehículos.
Todo ello permite obtener motores mucho más eficientes y reducir determinadas emisiones contaminantes.
Ventajas del motor diésel
El motor diésel destaca principalmente por:
- Menor consumo de combustible en muchos escenarios.
- Elevado par motor a bajas revoluciones.
- Buen comportamiento en recorridos largos.
- Alta eficiencia térmica.
Por estas razones ha sido tradicionalmente muy utilizado en vehículos destinados a recorrer muchos kilómetros, además de furgonetas, camiones y maquinaria.
Inconvenientes
Los modernos sistemas anticontaminación han aumentado considerablemente su complejidad.
Elementos como la válvula EGR, el filtro de partículas, los inyectores o determinados componentes del sistema SCR pueden requerir reparaciones costosas cuando aparecen averías.
Motor híbrido
Un vehículo híbrido combina normalmente un motor de combustión interna con uno o varios motores eléctricos.
El objetivo consiste en aprovechar las ventajas de ambos sistemas para reducir el consumo y mejorar la eficiencia.
Dependiendo de las condiciones de circulación, el automóvil puede utilizar el motor térmico, el eléctrico o ambos simultáneamente.
Por ejemplo, durante una aceleración el motor eléctrico puede colaborar con el motor de combustión, mientras que durante una deceleración puede actuar como generador y recuperar parte de la energía.
Esta tecnología se conoce como frenada regenerativa.
Mild Hybrid o híbrido ligero (MHEV)
Los Mild Hybrid, también conocidos como microhíbridos o híbridos ligeros, utilizan un pequeño sistema eléctrico que ayuda al motor de combustión.
Habitualmente encontramos arquitecturas de 48 voltios, aunque existen otras configuraciones.
El motor-generador eléctrico puede ayudar durante determinadas aceleraciones, recuperar energía durante las frenadas y alimentar algunos sistemas eléctricos.
Sin embargo, en muchos MHEV el motor eléctrico no puede mover por sí solo el automóvil de forma significativa.
Por tanto, no debemos confundir un Mild Hybrid con un híbrido convencional.
Híbrido convencional o HEV
Los HEV (Hybrid Electric Vehicle) disponen de una batería y uno o varios motores eléctricos con mayor capacidad que los utilizados en los híbridos ligeros.
Estos vehículos pueden circular en determinadas situaciones utilizando únicamente electricidad, aunque normalmente durante distancias relativamente cortas.
Una característica importante es que no necesitan conectarse a un enchufe para cargar su batería de tracción.
La electricidad se obtiene principalmente mediante la frenada regenerativa y utilizando el propio sistema de propulsión.
Un ejemplo muy conocido de esta tecnología es el sistema híbrido utilizado durante años por modelos como el Toyota Prius.
Híbrido enchufable o PHEV
Los PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) llevan el concepto híbrido un paso más allá.
También combinan un motor de combustión con uno o varios motores eléctricos, pero incorporan una batería de mayor capacidad que puede cargarse conectando el automóvil a una fuente externa de electricidad.
Esto permite recorrer distancias considerablemente mayores utilizando exclusivamente energía eléctrica que en un híbrido convencional.
Cuando la batería alcanza un nivel bajo de carga, el automóvil puede seguir funcionando gracias al motor de combustión y a la gestión conjunta del sistema híbrido.
Su ventaja principal es precisamente esta combinación entre autonomía eléctrica para determinados desplazamientos y flexibilidad para realizar viajes largos.
Motor eléctrico
El motor eléctrico supone un cambio radical respecto a los motores de combustión.
En lugar de quemar combustible dentro de unos cilindros, convierte la energía eléctrica en energía mecánica mediante fenómenos electromagnéticos.
Una de sus principales características es su sencillez mecánica.
Un motor eléctrico puede disponer de muchas menos piezas móviles que un motor de combustión y no necesita componentes tradicionales como:
- Pistones.
- Bielas.
- Cigüeñal.
- Válvulas.
- Bujías.
- Sistema de escape.
- Correa de distribución.
Además, un motor eléctrico puede proporcionar un elevado par prácticamente desde el inicio de su funcionamiento, permitiendo aceleraciones muy rápidas.
Principales elementos de un vehículo eléctrico
Aunque el sistema puede variar dependiendo del fabricante, normalmente encontraremos:
- Batería de alta tensión.
- Uno o varios motores eléctricos.
- Inversor.
- Convertidores eléctricos.
- Sistema de gestión de batería o BMS.
- Sistema de carga.
- Sistemas de refrigeración.
- Unidad electrónica de control.
Por tanto, aunque mecánicamente pueda resultar más sencillo, un vehículo eléctrico posee una electrónica de potencia considerablemente sofisticada.
Vehículos con GLP
El GLP (Gas Licuado del Petróleo) se utiliza como combustible alternativo en motores de combustión preparados o adaptados para funcionar con este gas.
Muchos automóviles GLP son bifuel, lo que significa que pueden utilizar tanto gasolina como GLP.
Para ello incorporan elementos específicos como un depósito para GLP, conductos, válvulas, inyectores y una unidad electrónica encargada de gestionar el sistema.
Una de sus ventajas tradicionales ha sido un coste por kilómetro competitivo, dependiendo naturalmente del precio de los combustibles.
Vehículos con GNC
El Gas Natural Comprimido (GNC) también ha sido utilizado como combustible para vehículos.
En este caso, el gas natural se almacena en depósitos especiales a alta presión.
Al igual que ocurre con el GLP, el motor está basado fundamentalmente en el principio de un motor de combustión, pero incorpora modificaciones y sistemas específicos para utilizar este combustible.
Su implantación en turismos ha sido más limitada que la de otras tecnologías y depende considerablemente de la disponibilidad de estaciones de repostaje.
Motor de hidrógeno mediante pila de combustible
Cuando hablamos de automóviles de hidrógeno debemos diferenciar dos tecnologías.
La más conocida actualmente es el vehículo eléctrico de pila de combustible, denominado habitualmente FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle).
En estos vehículos, el hidrógeno almacenado en depósitos se utiliza en una pila de combustible para producir electricidad mediante una reacción electroquímica.
Esa electricidad alimenta posteriormente uno o varios motores eléctricos.
Por tanto, técnicamente las ruedas son impulsadas por motores eléctricos.
Entre los modelos que han utilizado esta tecnología encontramos vehículos como el Toyota Mirai o el Hyundai Nexo.
Uno de los principales desafíos del hidrógeno es disponer de una infraestructura suficientemente amplia para su producción, transporte, almacenamiento y repostaje.
Motor de combustión de hidrógeno
Existe otra posibilidad muy diferente: utilizar hidrógeno directamente como combustible en un motor de combustión interna.
Su funcionamiento guarda más similitudes con un motor tradicional de pistones que con un vehículo de pila de combustible.
En este caso, el hidrógeno se introduce en el motor y se quema dentro de los cilindros.
Aunque elimina las emisiones de CO₂ procedentes del propio combustible, la combustión a altas temperaturas puede producir óxidos de nitrógeno (NOx), por lo que sigue siendo necesario controlar las emisiones.
Esta tecnología continúa siendo objeto de investigación y desarrollo.
Motor atmosférico y motor turboalimentado
Los motores de combustión también pueden clasificarse dependiendo de cómo introducen el aire en los cilindros.
Un motor atmosférico aspira el aire aprovechando fundamentalmente la presión atmosférica y el movimiento descendente de los pistones.
Un motor turboalimentado, en cambio, utiliza un turbocompresor para introducir una mayor cantidad de aire en los cilindros.
El turbo aprovecha la energía de los gases de escape para mover una turbina, conectada mediante un eje a un compresor.
Al introducir más aire es posible quemar una mayor cantidad de combustible y conseguir más potencia con una cilindrada relativamente pequeña.
Esta estrategia ha sido fundamental en la tendencia conocida como downsizing.
Motor en línea, en V y bóxer
Los motores también pueden clasificarse dependiendo de la disposición de sus cilindros.
Motor en línea
Todos los cilindros se encuentran colocados formando una única línea.
Son extremadamente habituales configuraciones como:
- Tres cilindros en línea.
- Cuatro cilindros en línea.
- Seis cilindros en línea.
El cuatro cilindros en línea es una de las configuraciones más utilizadas históricamente en turismos.
Motor en V
Los cilindros se distribuyen formando dos bancadas inclinadas entre sí.
De ahí proceden denominaciones conocidas como:
- V6.
- V8.
- V10.
- V12.
Esta disposición permite instalar un elevado número de cilindros manteniendo una longitud relativamente contenida.
Motor bóxer
En un motor bóxer, los cilindros están colocados horizontalmente y enfrentados.
Los pistones opuestos se desplazan simultáneamente en sentidos contrarios.
Esta arquitectura permite conseguir un centro de gravedad bajo y presenta características particulares relacionadas con el equilibrado del motor.
Marcas como Subaru y determinados modelos de Porsche son especialmente conocidas por utilizar motores de cilindros opuestos.
Motor rotativo Wankel
El motor Wankel constituye una excepción muy interesante respecto a los motores tradicionales de pistones.
En lugar de utilizar pistones que se desplazan verticalmente dentro de cilindros, emplea un rotor aproximadamente triangular que gira dentro de una cámara de geometría especial.
Su diseño permite conseguir motores compactos, ligeros y capaces de alcanzar regímenes elevados de giro.
Mazda es probablemente el fabricante más relacionado históricamente con esta tecnología, especialmente gracias a modelos como el RX-7 y RX-8.
Sin embargo, cuestiones relacionadas con el consumo, las emisiones y el sellado de las cámaras han limitado su utilización masiva.
Comparativa rápida de los principales tipos de motores
| Tecnología | Fuente de energía | Característica principal |
|---|---|---|
| Gasolina | Gasolina | Suavidad y capacidad para alcanzar altas revoluciones |
| Diésel | Gasóleo | Eficiencia y elevado par |
| Mild Hybrid | Combustible + electricidad | Asistencia eléctrica al motor térmico |
| HEV | Combustible + electricidad | Hibridación sin necesidad de enchufe |
| PHEV | Combustible + electricidad | Batería recargable externamente |
| Eléctrico | Electricidad | Propulsión totalmente eléctrica |
| GLP | GLP/gasolina | Motor bifuel en muchos modelos |
| GNC | Gas natural | Combustible gaseoso almacenado a presión |
| Hidrógeno FCEV | Hidrógeno | Produce electricidad mediante pila de combustible |
| Hidrógeno de combustión | Hidrógeno | Quema hidrógeno en un motor térmico |
¿Qué tipo de motor es mejor?
No existe un motor perfecto para todas las situaciones.
La elección depende del uso que vaya a recibir el automóvil.
Por ejemplo, una persona que realiza principalmente desplazamientos urbanos y dispone de un punto de carga puede encontrar muy interesante un vehículo eléctrico.
Para alguien que necesita combinar desplazamientos diarios con viajes largos, determinadas soluciones híbridas o híbridas enchufables pueden resultar interesantes dependiendo de sus posibilidades de carga.
Los motores de gasolina continúan ofreciendo una solución muy versátil, mientras que el diésel puede seguir teniendo sentido en determinados vehículos y situaciones caracterizadas por un elevado kilometraje.
Además, debemos valorar factores como precio de compra, consumo energético, mantenimiento, disponibilidad de infraestructura, autonomía y coste total de utilización.
Conclusión: el automóvil ya no depende de un único tipo de motor
La industria del automóvil está atravesando una de las mayores transformaciones de su historia. Durante décadas, elegir motor significaba básicamente decidir entre gasolina o diésel. Actualmente existen muchas más posibilidades.
Podemos encontrar vehículos gasolina, diésel, Mild Hybrid, híbridos, híbridos enchufables, eléctricos, GLP, GNC y vehículos impulsados mediante hidrógeno, además de diferentes arquitecturas dentro de cada tecnología.
Comprender cómo funciona cada sistema permite entender mucho mejor la mecánica y la evolución del automóvil moderno.
Y aunque el motor de combustión sigue siendo una extraordinaria pieza de ingeniería, el crecimiento de la electrificación, la electrónica de potencia y los sistemas híbridos está cambiando profundamente el concepto tradicional de automóvil.
Conocer estas tecnologías será cada vez más importante no solo para los profesionales de la automoción, sino también para cualquier aficionado que quiera comprender realmente cómo funciona un coche.