Un motor hace que tu coche se mueva con la ayuda de una tecnología muy sofisticada.
En esta guía aprenderás cómo funciona un motor, así como los híbridos y los motores eléctricos.
Empecemos por adentrarnos en los fundamentos de los motores de los coches
Los fundamentos del motor de un coche
El motor de combustión interna (ICE) es lo que utilizan la mayoría de los coches hoy en día. Para que el motor funcione y produzca potencia, se necesita una mezcla de aire y combustible principalmente.
La mayoría de los motores de los coches funcionan con combustibles fósiles, principalmente diésel y gasolina. Otros motores funcionan con bioetanol o hidrógeno.
Independientemente del combustible, la mayoría de los motores de los coches funcionan según el mismo principio. Sin embargo, hay algunas diferencias según el combustible utilizado.
Por ejemplo, los motores diesel carecen de bujías. En su lugar, el combustible entra en combustión gracias al aire caliente altamente comprimido.
Generación de energía
En términos sencillos, la forma en que un motor produce potencia puede describirse en cuatro pasos.
- Inducción: El combustible se añade al cilindro mediante un inyector de combustible, junto con el aire.
- Compresión El pistón, situado en el mismo cilindro, comprime la mezcla de aire y combustible.
- Potencia Al cerrarse las válvulas, la bujía enciende la mezcla de aire y combustible, produciendo potencia.
- El escape El pistón es empujado hacia abajo por la explosión, transfiriendo la energía al cigüeñal y empujando los gases quemados hacia el escape.
Estos cuatro pasos se producen en la mayoría de los motores de combustión interna que utilizan gasolina. Los cuatro pasos se denominan "ciclo de cuatro tiempos" que existe en los llamados motores de cuatro tiempos.
Componentes de un motor
El motor de combustión interna consta de muchas partes, siendo las más fundamentales las siguientes
- Bloque del motor
- Cigüeñal
- Pistón
- Árbol de levas
- Inyector de combustible
- Colector de escape
Todas estas piezas y otras más son componentes típicos de un motor de combustión interna de cuatro tiempos, que es el que utilizan la mayoría de los coches que funcionan con combustible fósil.
Los componentes mencionados anteriormente son los responsables de crear la potencia, pero se necesitan muchos otros componentes y sistemas para que el motor funcione. Esto incluye un sistema de lubricación, un sistema de refrigeración y un sistema de arranque, Unidad de control del motor (ECU), y más.
Exploraremos esta lista con más detalle. También explicaremos cómo actúan todos ellos en armonía para producir potencia y hacer que tu vehículo se mueva.
Bloque del motor
El bloque motor es el núcleo del motor. La mayoría de los motores modernos consisten en un monobloque, lo que significa que todos los cilindros comparten el mismo bloque.
El bloque motor no sólo proporciona espacio para los cilindros, sino que también cuenta con galerías de aceite y conductos de refrigerante, que permiten lubricar y refrigerar el motor, respectivamente.
Es posible que hayas oído que los motores se llaman V8, V12, 4 en línea, motor bóxer, etc. Estos nombres vienen dictados por cómo están alineados los cilindros en el bloque del motor.
A continuación se enumeran los tipos más comunes de motores de combustión interna. Existen otros tipos y variaciones, pero son mucho menos comunes.
Motor en V
Los motores en V, como el V6, el V8 y el V12, se denominan así porque los cilindros están alineados de forma que forman una "V" cuando se ven desde una perspectiva frontal o trasera.
El número indica el número de cilindros del bloque motor. Un V6 tiene seis cilindros, mientras que un V10 tiene diez cilindros, y así sucesivamente.
Motor en línea
Un motor en línea está configurado de forma que los cilindros están alineados en una fila recta. Estos motores suelen tener 4 cilindros o menos y son más baratos de producir.
Motor bóxer
El motor bóxer es un tipo específico de motor plano. Los pistones son planos y cada par de pistones opuestos se mueve simultáneamente hacia dentro y hacia fuera.
El movimiento del par de pistones deslizándose hacia delante y hacia atrás se parece al de los boxeadores durante una pelea, lanzándose golpes, de ahí su nombre.
Motor rotativo
Los motores Wankel, también llamados motores rotativos, no utilizan pistones en absoluto. En su lugar, utilizan un rotor en forma de triángulo.
Hoy en día, los motores rotativos son muy raros y sólo unos pocos modelos de coches los utilizan. Han captado la atención de muchos entusiastas de los coches, ya que el motor es capaz y le gusta funcionar a altas RPMs.
El cigüeñal
Los pistones están expuestos a las reacciones que se producen en la cámara de combustión. Cuando el combustible se enciende, la energía obliga a los pistones a bajar.
Los pistones están conectados al cigüeñal mediante bielas. Cuando los pistones se mueven, también lo hace el cigüeñal. El movimiento ascendente y descendente de los pistones se traduce en un movimiento de rotación en el cigüeñal.
El cigüeñal está expuesto a tremendas fuerzas. Al fin y al cabo, la potencia que mantiene tu coche relativamente pesado en movimiento pasa por el cigüeñal. Además, gran parte de la energía del cigüeñal se pierde por la fricción.
A medida que el cigüeñal convierte el movimiento lineal en rotativo, el volante de inercia suaviza la potencia. La entrega de potencia continúa hasta la transmisión, donde hay un embrague entre el cigüeñal y la transmisión.
La transmisión está conectada al eje de salida, que a su vez está conectado a los ejes. Los ejes están conectados a las ruedas, completando el recorrido de la potencia creada por el cilindro.
El cigüeñal no sólo suministra potencia de rotación a la transmisión. Al girar, las poleas conectadas al cigüeñal están a su vez conectadas a correas de accesorios que accionan otros componentes del coche, como el alternador, el árbol de levas y la bomba de la dirección asistida.
Pistón
Como has visto, el pistón es algo que se menciona con frecuencia en el proceso de creación de potencia en un motor de combustión interna.
El pistón está encerrado en los cilindros del bloque motor. No hay fugas ni escapes del pistón, ya que los segmentos, que están unidos al pistón, crean un sellado perfecto para proporcionar la compresión necesaria para la combustión del combustible.
La parte superior del cilindro, la que no ocupa el pistón, se llama cámara de combustión. La cámara de combustión se hace cada vez más pequeña a medida que el pistón sube hacia la parte superior del cilindro.
A medida que el pistón sube y la cámara de combustión se hace más pequeña, se crea una gran cantidad de calor y presión y la mezcla de combustible y aire explota, liberando energía y produciendo potencia.
Como se ha mencionado anteriormente, los motores diesel no dependen de las bujías. En su lugar, el combustible se enciende gracias a la enorme compresión causada por el pistón que hace "más pequeña" la cámara de combustión.
Árbol de levas
Como se ha mencionado en la sección del cigüeñal, el árbol de levas está conectado al cigüeñal, proporcionando un movimiento sincrónico en el bloque del motor.
El árbol de levas acciona las válvulas de admisión y escape, permitiendo la entrada de aire y combustible en la cámara de combustión.
Puede que hayas oído hablar de las correas de distribución o de las cadenas de distribución. Son las que conectan el cigüeñal y el árbol de levas. Garantizan que las válvulas se abran completamente cuando el pistón está en la posición inferior, proporcionando combustible y aire al cilindro, y cierran las válvulas cuando el pistón se dirige hacia la parte superior del cilindro, encendiendo el combustible.
Si tu coche tiene una correa de distribución, es importante cambiarla en los intervalos determinados por el fabricante de tu coche. El fallo de la correa de distribución puede provocar grandes daños en el motor, ya que los componentes del motor que no están destinados a tocarse entre sí lo hacen violentamente.
Inyector de combustible
Los coches antiguos con motor de gasolina utilizaban carburadores. Cuando el pie derecho pisaba el acelerador, la válvula de mariposa se abría, dejando que el aire se moviera a través del carburador.
Cuando el aire pasaba por el carburador, también lo hacía el combustible. El aire "arrastraba" el combustible con él desde el recipiente de combustible del carburador, llamado "cubeta del flotador".
Esto fue posible gracias a la física de fantasía o, más concretamente, por El principio de Bernoullique hacía que el aire y el combustible fueran relativamente proporcionales.
La mezcla de aire y combustible pasaba entonces al colector de admisión y a las válvulas de admisión, donde se producía la combustión en el cilindro.
Hoy en día se utiliza un inyector de combustible, que proporciona una cantidad más precisa de combustible a través de una boquilla. También hay diferentes tipos de inyectores de combustible, definidos principalmente por la formación de la mezcla externa y la formación de la mezcla interna.
En general, como su nombre indica, los inyectores de combustible de formación de mezcla externa se mezclan antes de que entre en la cámara de combustión. La formación de mezcla interna suele inyectar directamente el combustible en la cámara de combustión.
Los coches modernos tienen diferentes tipos de sensores y otros sistemas electrónicos que garantizan que la relación aire-combustible sea satisfactoria, con la ayuda del sistema de inyección de combustible.
Colector de escape
Cuando el combustible se ha quemado, los gases de escape deben salir de la cámara de combustión. Lo hace mientras el pistón se mueve hacia arriba y la válvula de escape está abierta.
Podría parecer que se trata de un proceso muy sencillo. En comparación con otros componentes y sistemas del motor, lo es. Sin embargo, también hay mucha ingeniería detrás de estos sistemas.
Para simplificar las cosas, no entraremos en demasiados detalles. Si quieres saber más sobre el colector de escape y la ingeniería que hay detrás, Wikipedia tiene un artículo estupendo y conciso sobre él.
Cabe mencionar que el combustible no quemado también pasa por el colector de escape. En el colector hay un sensor de oxígeno que informa al sistema de inyectores de combustible si la relación combustible-aire es demasiado rica o pobre.
Motores de vehículos híbridos
A estas alturas, deberías tener una idea general de cómo funciona el motor de un coche. Hasta ahora se han descrito sobre todo los coches con motor de gasolina y diésel, pero hay un tipo de coche que es un poco más complejo: el motor de vehículo híbrido.
Un híbrido es algo que se crea combinando dos elementos diferentes. En el mundo del automóvil, un vehículo híbrido suele significar que el coche funciona con dos tipos de energía: eléctrica y de gasolina
En general, hay tres tipos de vehículos híbridos:
- Híbrido completo
- Híbrido leve
- Híbridos enchufables
Estos tipos se dividen en función del grado de hibridación.
A híbrido completo el vehículo puede funcionar tanto con el motor como con las baterías, o con cualquiera de los dos por separado.
A híbrido suave el vehículo no tiene un motor eléctrico o un generador que sea capaz de alimentar el coche por sí mismo.
Los híbridos suaves utilizan un motor eléctrico que también sustituye al alternador tradicional. El motor eléctrico asiste al coche y ahorra combustible, por ejemplo, apagando el motor de combustión interna al avanzar por inercia, al quedarse parado o al frenar.
También puede ayudar al motor de combustión interna al acelerar y algunos también admiten el frenado regenerativo.
Cuando el frenado regenerativo está activo, la energía cinética generada por el giro de las ruedas se almacena en forma de electricidad. En cierto sentido, es como un alternador que produce electricidad. Sin embargo, en lugar de la energía cinética del cigüeñal, esta energía procede de las ruedas.
A híbrido enchufable es similar a un híbrido completo. La diferencia radica en el tamaño de la batería, ya que un híbrido enchufable es mucho mayor. Además, tienes que enchufar el coche para cargarlo completamente, de ahí el nombre de híbrido enchufable.
¿Cómo funciona el motor de un vehículo híbrido?
Las clasificaciones anteriores se definen por la capacidad del motor eléctrico. En los siguientes apartados, se discutirán los diferentes tipos de implementación de híbridos en el diseño.
Veremos tres tipos de diseños híbridos. Son:
- Híbrido paralelo
- Híbrido en serie
- Híbrido serie-paralelo
Híbrido paralelo
Imagina que el motor de un coche produce potencia y transfiere esa potencia a un eje que, a su vez, transfiere esa potencia a las ruedas. En el otro extremo, tienes un motor eléctrico que transfiere su potencia al mismo eje.
Éste es el principio básico de un híbrido paralelo. Tanto el motor de combustión interna como el motor eléctrico envían la potencia al mismo eje. En la mayoría de los casos, el motor eléctrico está entre el motor y la transmisión.
Híbrido en serie
Puede que hayas oído hablar de los "vehículos eléctricos de autonomía extendida". Son híbridos que utilizan tanto un motor eléctrico como un motor de combustión interna.
La clave de los híbridos en serie es que el motor no está conectado a las ruedas de ninguna manera. En cambio, el motor está conectado a un generador, que suministra electricidad al motor eléctrico.
El motor de combustión interna se enciende cuando no hay más carga en la batería, alimentando directamente el motor eléctrico. También puede utilizarse para cargar la batería.
Híbrido en serie-paralelo
Como su nombre indica, el híbrido serie-paralelo combina el diseño del híbrido paralelo y del híbrido serie.
En otras palabras, el motor de combustión interna proporciona potencia a las ruedas y a un generador.
¿Cómo funcionan los vehículos eléctricos?
Los coches totalmente eléctricos carecen de motor. En términos de componentes, tienen un diseño mucho más sencillo, sin necesidad de alternadores, sistemas de escape, inyecciones de combustible, cilindros, etc.
Debido a la falta de un gran motor, muchos coches eléctricos, además de un maletero, poseen un maletero delantero, a veces llamado "frunk". Esto puede resultar útil, ya que proporciona más espacio de almacenamiento en el coche
En lugar de un motor, se utilizan uno o varios motores eléctricos. La ubicación del motor varía según el modelo del coche. Algunos lo tienen exclusivamente en el eje delantero, mientras que otros tienen motores dobles para el eje delantero y el trasero.
Algunos deportivos eléctricos de gama alta utilizan incluso un motor para cada rueda. Sea cual sea el precio, los vehículos eléctricos funcionan de forma muy similar.
Un coche totalmente eléctrico consta de varios componentes, entre ellos
- Batería
- Motor eléctrico de tracción
- Sistema térmico
- Puerto de carga
- Convertidor DC/DC
- Controlador de electrónica de potencia
- Batería de tracción
- Transmisión
No hay demasiados componentes, ni necesitan la tradicional lubricación por aceite, un sistema de escape, etc. Gracias a esto, los coches eléctricos son mucho más fáciles de mantener y revisar que los coches tradicionales con motor de combustión interna.
De la salida al mundo
Hay cargadores específicos para coches eléctricos. Sin embargo, la mayoría de los coches eléctricos admiten la carga desde un enchufe normal que tengas en casa.
¿Cómo hace la electricidad de tu casa para que tu coche pueda circular por todo el mundo (siempre que haya electricidad)?
Veamos los distintos componentes de un coche eléctrico:
Puerto de carga
El primer paso es cargar tu coche enchufando el cargador en el puerto de carga. La corriente alterna (CA) pasa por el cargador de a bordo, que la convierte en corriente continua (CC), que luego se almacena en el paquete de baterías de tracción.
Convertidor CC/CC
La energía de CC de alto voltaje que se almacena en el paquete de baterías de tracción es demasiado fuerte para que la utilicen los accesorios del vehículo. Para solucionar ese problema, el convertidor CC/CC la convierte en CC de baja tensión, que puede alimentar los accesorios del vehículo.
El batería almacena y proporciona electricidad a los mismos accesorios.
Motor eléctrico de tracción
El motor eléctrico es el que hace girar las ruedas y mantiene el coche en movimiento. La energía proviene de la batería de tracción.
Batería de tracción
La batería de tracción es la responsable de la alimentación del coche. Suelen ser baterías de polímero de litio e iones de litio. Debido a su gran tamaño, la batería se encuentra en la parte inferior del coche.
Controlador de la electrónica de potencia
El controlador de la electrónica de potencia es el cerebro de los procesos eléctricos. Determina la velocidad del motor eléctrico, la energía entregada a la batería, etc.
Transmisión
La transmisión transfiere la potencia del motor eléctrico a las ruedas. A diferencia de los motores de combustión interna tradicionales, la transmisión de la mayoría de los coches eléctricos sólo tiene una marcha.
Sistema térmico
El sistema térmico enfría todo el sistema. Es un componente muy importante, ya que el rendimiento del coche se ve muy afectado por su temperatura.
Resumen
Un motor de combustión interna es un motor muy sofisticado que suele funcionar con gasolina o diésel. La mayor diferencia entre los motores de gasolina y los diésel es que un motor diésel no depende de las bujías, sino de la compresión.
Los motores de coche que utilizan dos o más fuentes de energía se llaman híbridos. Normalmente, los híbridos constan de un motor de combustión interna y un motor eléctrico.
Los híbridos pueden clasificarse por su diseño o por el grado de hibridación. La mayoría de los coches híbridos utilizan un diseño híbrido en serie-paralelo en el que el motor de combustión interna proporciona energía tanto a un generador como a las ruedas.
Un coche totalmente eléctrico tiene menos componentes que un motor tradicional. Son mucho más fáciles de mantener, ya que tienen menos piezas y no necesitan ser lubricadas por ningún aceite, por ejemplo.
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