La industria automotriz ha estado trabajando incansablemente para reducir las emisiones de los coches con motor de combustión. El objetivo no es solo tener un motor más eficiente, con menor consumo, sino también reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
Aunque los coches con motor de combustión interna ya tienen una fecha marcada para su desaparición en pos de los vehículos eléctricos o basados en otras tecnologías de emisiones cero, los motores de combustión interna aún tienen vida, y seguirán estando presentes en vehículos como camiones, maquinaria agrícola, etc., así como en barcos, donde por el momento las alternativas no son suficientes. Pero ¿cómo hacer a estos motores considerados «sucios» como una apuesta de futuro? Aquí vamos a ver algunas de las tecnologías para seguir mejorando a estos motores…
Innovaciones en el sistema de transmisión
Las mejoras en el sistema de transmisión pueden tener un impacto significativo en la eficiencia del combustible y, por lo tanto, en las emisiones. Las transmisiones automáticas de hoy en día pueden tener hasta 10 velocidades, lo que permite una mayor eficiencia al permitir que el motor funcione en su rango de eficiencia óptima durante más tiempo. Además, las transmisiones de doble embrague ofrecen cambios de marcha más rápidos y suaves, lo que también puede mejorar la eficiencia del combustible.
Catalizadores que capturan CO2
Los catalizadores que capturan CO2 son una tecnología emergente que podría tener un gran impacto en la reducción de las emisiones de los coches con motor de combustión. Estos catalizadores funcionan capturando el CO2 directamente de los gases de escape y convirtiéndolo en un producto útil, como combustible sintético o plástico. Generalmente son catalizadores líquidos, diferentes a los actuales sólidos.
Mejoras del software
El software de gestión del motor juega un papel crucial en la eficiencia del combustible y las emisiones. Las mejoras en este software pueden permitir una combustión más eficiente, una mejor sincronización de la inyección de combustible y la ignición, y una gestión más eficaz de los sistemas de postratamiento de gases de escape. La electrónica ha mejorado mucho el consumo, y aún se puede seguir optimizando.
Inyección y sincronización variable de válvulas
La inyección directa de combustible, donde el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión, permite una mayor eficiencia de combustión. Además, la sincronización variable de válvulas permite que las válvulas del motor se abran y cierren en el momento óptimo para maximizar la eficiencia y minimizar las emisiones, frente a los rígidos sistemas de árbol de levas, donde siempre se producen en el mismo momento.
Combustibles alternativos
Los combustibles alternativos, como el gas natural, el etanol y el biodiesel, pueden reducir significativamente las emisiones de los coches con motor de combustión. Además, algunos coches pueden funcionar con hidrógeno, que emite sólo agua cuando se combina con el oxígeno del aire durante la combustión.
Sistemas de postratamiento de gases de escape
Al igual que el catalizador que comenté anteriormente, también existen otros sistemas de postratamiento de gases de escape, como los filtros de partículas diésel y los catalizadores de tres vías, pueden reducir significativamente las emisiones de los coches con motor de combustión. Estos sistemas funcionan capturando y neutralizando los contaminantes en los gases de escape antes de que salgan del tubo de escape.
Hibridación
La hibridación, donde un coche utiliza tanto un motor de combustión como un motor eléctrico, puede reducir significativamente las emisiones. Los coches híbridos pueden funcionar en modo eléctrico a bajas velocidades y en cortas distancias, lo que reduce el uso del motor de combustión. Y, esta tecnología podría seguir mejorando mucho aún, con las mejoras del motor de combustión y también con la parte eléctrica…
Desactivación de cilindros
La desactivación de cilindros permite que algunos cilindros de un motor se apaguen durante ciertas condiciones de conducción, como la conducción a velocidad constante en la autopista, para ahorrar combustible. Esto es algo muy interesante, y que se controla electrónicamente para adaptarse siempre a las demandas en cada momento, reduciendo el consumo y mejorando la eficiencia y emisiones.
Relación de compresión variable
La relación de compresión variable permite que la relación de compresión de un motor se ajuste sobre la marcha para maximizar la eficiencia del combustible. Se trata de una tecnología aún más sofisticada que la anterior, pudiendo variar esta relación tan crítica en el comportamiento del motor, aunque añade una complejidad extra.
Carga estratificada
La carga estratificada, donde una mezcla rica de aire y combustible se enciende primero y luego enciende una mezcla más pobre, puede mejorar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones.
Mejoras en la turboalimentación
Las mejoras en la turboalimentación, como los turbocompresores de doble entrada y los turbocompresores de geometría variable, pueden aumentar la eficiencia del motor y reducir las emisiones. Aún hay un interesante campo por explorar en este sentido, aprovechando la energía de los gases de escape para mejorar la potencia y rendimiento, a la par que se reduce el tamaño, peso y consumo del motor.
Motor Generator Unit-Heat (MGU-H)
Lo que se conoce en Fórmula 1 como Motor Generator Unit-Heat (MGU-H) es una tecnología que se utiliza en algunos coches de alto rendimiento. Es un tipo de generador eléctrico que se conecta al turbocompresor del motor. Cuando el motor está funcionando, el turbocompresor gira y el MGU-H puede convertir parte de esta energía mecánica en energía eléctrica. Esta energía eléctrica se puede utilizar para alimentar otros sistemas del coche, como los motores eléctricos o para cargar a la batería. Además, el MGU-H puede utilizar la energía eléctrica para acelerar el turbocompresor, lo que puede ayudar a reducir el retraso del turbo y mejorar la eficiencia del motor.
Freno regenerativo o KERS (Kinetic Energy Recovery System)
El freno regenerativo, también conocido como KERS (Kinetic Energy Recovery System), es una tecnología que se utiliza en muchos coches híbridos y eléctricos, aunque es una tecnología antigua usada en trenes eléctricos, y también en categorías del motorsport como la F1 (ahora llamado MGU-K). El KERS permite recuperar parte de la energía cinética que normalmente se pierde durante el frenado y convertirla en energía eléctrica. Cuando el conductor pisa el freno, el sistema de frenado regenerativo utiliza el motor eléctrico del coche como un generador. Este generador convierte la energía cinética del coche en movimiento en energía eléctrica, que se almacena en la batería del coche. Esta energía almacenada puede utilizarse luego para ayudar a propulsar el coche, lo que puede mejorar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones.
Nuevas aleaciones de magnesio y materiales exóticos
Las aleaciones de magnesio son una alternativa atractiva a los metales estructurales actuales en la industria automotriz debido a su baja densidad y alta resistencia. Estas aleaciones pueden contribuir a la reducción del peso de los vehículos del futuro, lo que puede mejorar la eficiencia del combustible y reducir las emisiones. Recordemos que una de las limitaciones más importantes de los motores de combustión actuales es precisamente la metalurgia, ya que no existen metales o aleaciones mejores que las actuales para seguir mejorando estos sistemas.
Sin embargo, uno de los principales desafíos con el uso de magnesio es su tendencia a la corrosión. Para superar este problema, los investigadores están diseñando nuevas aleaciones de magnesio modificadas con elementos lantánidos para mejorar su resistencia a la corrosión.
Recubrimiento para metales (films)
Además de las aleaciones, los recubrimientos para metales también están siendo estudiados para mejorar la eficiencia y reducir el desgaste del motor. Un ejemplo de esto es un nuevo recubrimiento desarrollado por investigadores que interactúa con el aceite del motor para crear una película de carbono que reduce la fricción mejor que el aceite solo, lo que se traduce en menor calentamiento, mayor eficiencia, menor consumo, mejoras de rendimiento… Este recubrimiento, que se aplica a las piezas del motor antes de que salgan de la fábrica, es una superficie “activa” que está permanentemente unida a las piezas del automóvil.