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Los seis motores que cambiaron el mundo
Tecnología

Los seis motores que cambiaron el mundo

El automóvil es una de las invenciones más importantes de la Historia. Desde su creación y sobre todo desde su popularización a partir de los años 50 ha sido un instrumento de libertad de movimientos individual sin precedentes. Y sin ese motor que le permite moverse de forma autónoma, el automóvil no habría existido. Motores los hay de todo tipo, algunos pasaron sin pena ni gloria y otros han cambiado el mundo, o como mínimo, la industria del automóvil.

La máquina de vapor

Máquina de vapor de Watt Máquina de vapor de Watt

La primera máquina de vapor es obra de Herón de Alejandria, en el Siglo I d. C., aunque entonces no tenía ningún fin práctico sino el de entretener en los templos. Habría que esperar a los trabajos de James Watt en los motores Newcomen (motor que fue utilizado por Cugnot en lo que es considerado el primer automóvil de la Historia) para que la máquina de vapor sentara las bases de lo que conocemos hoy como motor de combustión interna.

En 1781, Watt desarrolló un sistema mecánico para crear un movimiento de rotación a partir del movimiento rectilíneo del pistón. Esto le permitió posteriormente diseñar el cilindro de doble acción: el vapor impulsa el pistón durante su ascenso y descenso.

Retromobile 2011 Fardier De Cugnot 006 El Fardier De Cugnot, considerado el primer automóvil, en 1771.

Watt, además de genio, entendía de marketing. En la venta de sus máquinas se explicaba cuantos caballos para hacer el trabajo sucio sustituían su máquina de vapor. Y así de paso inventó el Caballo Vapor (CV) que hoy en día seguimos usando.

Entre 1797 y 1799 el ingeniero de minas Richard Trevithick desarrolló una máquina de vapor de alta presión con escape a la atmósfera, lo que aumentó la potencia pero también el riesgo de explosión. Estas máquinas se volvieron más compactas y simples por lo que podían ser portátiles.

Maquina Vapor Watt Etsiim Máquina de vapor de Watt de doble efecto, construida por D. Napier & Son (Londres) en 1859, ahora en el vestíbulo de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM (Madrid). (Foto: Nicolás Pérez)

Se instalaron en barcos, en molinos o pequeñas fábricas. Y en 1804 su primera locomotora estaba lista. Por primera vez en la Historia, los bienes fueron transportados por tierra por algo distinto a la fuerza del hombre o del animal. Y así, uno de los pilares de la Revolución Industrial estaba en pie.

El motor de combustión interna de Karl Benz para el primer coche

El primer motor de gasolina que permitió el auge del automóvil fue el desarrollado por Carl Benz. Se trataba de un monocilindro de dos tiempos que funcionó por primera vez en la víspera de Año Nuevo de 1879. Benz tuvo tanto éxito comercial con este motor que pudo dedicar más tiempo a crear un automóvil propulsado por un motor de gasolina.

Karl Benz Two Stroke Engine Primer motor de combustión interna de Karl Benz

Para el automóvil, Karl Benz desarrolló un motor de cuatro tiempos. Este pequeño monocilindro de 0,75 CV incluía una admisión automática, una válvula de escape controlada, un encendido por vibrador eléctrico de alto voltaje con bujía y una refrigeración por evaporación de agua y termosifón.

Bertha Benz

El 29 de enero de 1886, Karl Benz solicitó una patente para su "vehículo impulsado por un motor de gasolina". La patente número 37435 puede considerarse como el certificado de nacimiento del automóvil. Pero sería su esposa Bertha Benz, quien unos meses más tarde demostraría que la invención de Karl Benz, el automóvil, era viable. Bertha Benz se atrevió a viajar con el coche y demostrar así que era factible (además de pulir unas cuantas cosas del invento de su marido, ya que estaba).

Motor diésel: Rudolf Diesel y la búsqueda de la mayor eficiencia

Rudolf Diesel Rudolf Diesel, inventor de uno de los motores más importantes de la Historia.

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, tanto la máquina de vapor como el motor de combustión interna tenían su mercado, pero ambos eran tremendamente ineficientes, solo convertían en torno al 10 % del calor generado en fuerza realmente explotable.

Rudolf Diesel, entonces estudiante de ingeniería asistió a una conferencia de termodinámica en el Real Escuela Politécnica de Munich en la que se explicaba, entre otras cosas, que en teoría era posible realizar un motor de combustión interna que transformase todo el calor en energía. Y dedicaría su vida a conseguirlo.

Rudolf Diesel Patente

Su primer motor logró una eficiencia del 25 %. No era el 100 % que buscaba, pero ya era más del doble de lo que conseguía los motores de combustión de dos y cuatro tiempos. Hoy los mejores motores diésel están por encima del 40 % de eficiencia y en más del 50 % en el caso de los diésel marinos.

El motor diésel es más eficiente en parte debido a la forma en la que enciende la mezcla combustible-aire. Los motores de gasolina comprimen al mismo tiempo el combustible y el aire, mezcla que se enciende con la chispa de la bujía.

Motor Diesel Motor diésel utilizado en la industria a principios del siglo XX.

En el motor diésel, el pistón comprime solamente el aire, y por tanto sube su temperatura. Como el aire está suficientemente caliente, una vez que se inyecta el combustible, la mezcla se enciende. Así, cuanto mayor sea la relación de compresión, menos combustible se necesitará. De ahí que los motores diésel consuman menos combustible que un motor gasolina.

Y aunque en 1904, los submarinos de la armada francesa usaban motores diésel, Diesel no tenía tantos clientes. Y la fiabilidad de sus primeros motores destrozaron sus finanzas. Fue después de la Primera Guerra Mundial que la invención de Diesel comenzó a imponerse. Los primeros camiones con motor diésel aparecieron en la década de 1920 y los trenes en la década de 1930. Para 1939, una cuarta parte del comercio marítimo mundial usaba barcos con motores diésel.

Leyland 1931 Buffalo Leyland Buffalo de 1931, con motor diésel de inyección directa.

Después de la Segunda Guerra Mundial, los motores diésel son cada vez más potentes y eficientes y se hacen también un hueco en los automóviles. Para el científico Vaclav Smil argumenta que la globalización impulsada por vapor habría crecido mucho más lentamente de lo que permitía el diesel. Y añade que “los motores diésel y las turbinas de gas han ayudado, en gran medida, a cambiar el curso de la historia moderna”.

Pero Rudolf Diesel nunca llegó a ver la importancia que tuvo su invento. Acuciado por las deudas, se suicidó en 1913 saltando del barco que lo llevaba al Reino Unido (aunque no faltan teorías conspiratorias que aseguran que “lo suicidaron”).

Turbo, o el motor sobrealimentado por turbo

Historia Turbo

La idea de sobrealimentar en aire un motor se remonta a 1902. En diciembre de ese año, luis Renault patente un “dispositivo para aumentar la presión de los gases de admisión en los cilindros de los motores de combustión interna mediante el uso de un ventilador o un pequeño compresor”. Pero, Renault no lo utiliza.

En 1905, el suizo Alfred Büchi patenta un “un compresor centrífugo y una turbina accionados por los gases de escape”. Básicamente, Louis Renault patentó la idea del turbo, pero Alfred Büchi sentó los principios de funcionamiento del turbo tal y como lo conocemos hoy.

Volvo L385

Sin embargo, debido al poco desarrollo tecnológico de entonces, no sería hasta su nueva patente, en 1925, que Büchi inventaría efectivamente el turbo moderno. Ya en 1925, su invención conseguía un aumento de potencia del motor superior al 40 %.

Antes, en la Primera Guerra Mundial, el ingeniero francés Auguste Rateau desarrolla un turbo para los motores de aviones. La idea no es tanto dar más potencia sino permitirles volar cada vez más alto, en altitudes donde escasea el aire y el rendimiento de un motor de combustión interna es inferior. Los aviones Bréguet franceses pueden alcanzar ya los 5.000 metros.

Gbr14 Index Bréguet 14, con motor turbo.

La aplicación del invento de Büchi se da primero en los motores de barcos y, por primera vez, en 1938 en un motor de camión, sería la "Swiss Machine Works Saurer" la primera en hacerlo. MAN y Volvo lo harían también con motores diésel en 1954.

Si bien el uso de motores turbo en competiciones de automóviles ya se daba en los años 30, el primer coche de serie en usar un motor turbo fue el Oldsmobile Turbo Jetfire en 1962, seguido un mes después de su lanzamiento por el Chevrolet Corvair Monza Spyder.

Oldsmobile Jetfire 1 Oldsmobile Jetfire

En Europa, fueron los BMW 2002 Turbo de 1973 y Porsche 911 Turbo de 1974 los que descubrieron al público las posibilidades que ofrecían el turbo. En 1977, SAAB se enamora del turbo y casi todos sus coches usaron uno hasta el fin de la marca.

Pero el cambio más importante se daría en 1978. Ese año llega al mercado el Renault 18 Turbo y Renault termina de popularizar este tipo de motores gasolina en modelos deportivos. Turbo es definitivamente sinónimo de altas prestaciones. Pero también es el año en el que llega al mercado el Mercedes 300SD, primer coche de serie en utilizar un motor turbodiésel. Le seguiría en 1981 el Volkswagen Golf Turbodiesel.

Bmw 2002 Turbo 1

En la actualidad, la mayoría de los fabricantes han optado por usar motores de pequeña cilindra asociados a turbos para lograr la misma potencia que con un motor de mayor cilindrada. Hoy en día, en Europa, quedan muy pocos modelos que no usen un motor turbo.

Inyección directa por rampa común: perfeccionando el diésel

En los años 90, los motores diésel estaban en pleno apogeo. Entre la inyección directa, inaugurada en los turismos en 1986 por Toyota con el Land Cruiser HJ61 (seguido por el Fiat Croma TDid de 1988), y los turbos cada vez más sofisticados, los turbodiésel ofrecían elevadas potencias con consumos muy bajos. Pero aún se podía mejorar.

El grupo Fiat sigue desarrollando el sistema de inyección a partir de la inyección directa e idea la inyección directa por rampa común, más conocido por su nombre comercial en inglés Common Rail.

Fiat Croma diésel Fiat Croma

Hasta el diésel de inyección por rampa común, en un motor diésel, con inyección directa o indirecta, una bomba de baja presión llevaba el combustible a los inyectores a través de un conducto, este último era accionado por el árbol de levas.

Los sistemas de inyección Common Rail utilizan principalmente inyectores piezoeléctricos que permiten un control muy preciso de la cantidad y la sincronización de la inyección de combustible en cada cilindro. El control de este tipo de inyectores se realiza eléctricamente y por tanto permitió la introducción del procesamiento de datos para esta tecnología.

Alfa Romeo 156 JTD

Es decir, permite inyectar la cantidad exacta de carburante en cada momento en función de una multitud de parámetros (carga del acelerador, relación de cambio, temperatura ambiente, temperatura del aire, etc). Y como se inyecta la cantidad exacta que se precisa en cada momento y no una cantidad más o menos fija, como en una inyección clásica, es posible reducir notablemente el consumo.

El primer coche de serie en equipar este sistema fue el Alfa Romeo 156 JTD a finales de 1997. Sin embargo, popularmente se le atribuye a Volkswagen la paternidad de esa tecnología con sus famosos motores TDI. Y es que Fiat decidió vender sus patentes a Bosch, para conseguir así financiación.

Bosch terminó la puesta a punto del sistema y ya en 1997, el Mercedes C 220 CDI equipaba este tipo de inyección. A partir de ahí, Bosch se lo proporcionó a casi todos los fabricantes, incluyendo Volkswagen, marca que supo sacarle el mejor rendimiento comercial.

Volkswagen Passat Sedan 29 El Volkswagen Passat TDI, modelo estrella de los años 90.

En la actualidad, aunque el diésel ya no goce de la popularidad que tuvo en los 90 y 2000, prácticamente no queda un motor diésel para turismos que no use esta tecnología. Y no solo en turismos, los camiones también. En 2013, Bosch ya había vendido 10 millones de unidades de este sistema de inyección para vehículos comerciales e industriales.

Motor eléctrico: ¿el motor del futuro?

Lohner Porsche eléctrico Lohner Porsche eléctrico (y tracción delantera) de 1898.

Ahora que el futuro de la automoción pasa por el coche eléctrico, ya sea de batería o de pila de combustible, el motor eléctrico cobra una especial importancia. El motor eléctrico es una invención anterior al motor de combustión interna. La teoría sin la cual la industria moderna no sería posible se la debemos al inglés Michael Faraday (un autodidacta, por cierto). Descubrió que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento y proporcionó las bases de la teoría del electromagnetismo.

En 1821 Faraday construyó dos aparatos para producir lo que él denominó entonces rotación electromagnética y, con este nombre como título, publicó los resultados de su trabajo; trabajo que, en realidad, describe el principio de lo que hoy conocemos como motor eléctrico.

En 1831 descubrió la inducción electromagnética, descubrimiento que ha permitido la construcción de los generadores. El primer motor de corriente continua fabricado y patentado fue el de Thomas Davenport (patente de 1837), mientras que la paternidad del motor de corriente alterna está disputada entre Galileo Ferraris, Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski y Nikola Telsa, siendo la primera patente, la de Nikola Tesla (1887).

En la actualidad, si bien tendemos a centrarnos en los avances efectuados en las baterías (velocidad de carga, densidad energética, costes), el motor eléctrico es también un elemento primordial de lo que es un coche eléctrico. Y no son ajenos a constantes desarrollos.

Audi coche eléctrico

Materiales más ligeros en la construcción de los motores, optimizar las prestaciones del motor en función del vehículo (turismo, carga pesada, industrial ligero, etc) y alternativas a los metales llamados tierras raras (hasta ahora imprescindibles en los motores que usan electroimanes) son algunos de los ejemplos más conocidos de la mejora de los motores eléctricos.

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