Black Mistress. Ese era el mote privado con el que Rudolf Diesel se solía referir al proyecto que acaparó gran parte de su vida y que, en cierto modo, acabó matándole la noche del 29 al 30 de septiembre de 1913. Endeudado, deprimido y asediado por recurrentes jaquecas, Rudolf saltó por la borda de un barco a medio camino entre Inglaterra y Holanda.
Antes de aquello, el motor que lleva su apellido había tratado de acabar con su vida de formas menos sutiles. En 1888, estuvo a punto de morir asfixiado mientras trataba de emplear amoniaco como combustible. Y durante la primera demostración pública de su motor, estuvo a punto de perder la cabeza –literalmente– cuando, tras algo más de un minuto de funcionamiento, el prototipo estalló. Eso sí€ antes de abrir un agujero en el tejado, en la culata de aquel prototipo se registró la presión más alta medida hasta la fecha para un gas comprimido. Teniendo en cuenta que los propulsores de gasolina de aquel tiempo apenas generaban par para sostener su propio giro, aquel fallo fue la demostración de que el motor diesel tenía un potencial increíble.
Poco antes de suicidarse, Rudolf escribió: estoy convencido de que, tarde o temprano, mi motor propulsará al automóvil y podré dar por terminada mi misión en esta vida. Era un hombre ambicioso. Aunque Mercedes comercializaría un coche con motor diesel 23 años después de su muerte, actualmente esta clase de mecánica aún no ha derrotado por completo a la de gasolina a la hora de propulsar coches… si bien se ha impuesto en absolutamente todas las demás categorías de vehículos. La razón, claro, es su inferior consumo.
Y la explicación a éste reside en una pequeña diferencia de funcionamiento. Se trata de algo sutil: en el motor de gasolina, el combustible se mezcla con el aire al principio, cuando entra en el cilindro. Después, cuando salta la chispa en la bujía, la mezcla de aire y combustible estalla. En el motor diesel, el combustible se inyecta una vez que el aire ha sido comprimido por el pistón, y se inflama debido a la temperatura que ha alcanzado el aire como resultado del súbito incremento en la presión durante la carrera de compresión –y el calor que aportan las paredes del cilindro–. De ahí que al motor diesel se le denomine también ‘de encendido por compresión’.
Desde el punto de vista teórico, el ciclo de gasolina u Otto es más eficiente que el ciclo diesel. Eso significa que el consumo debería ser menor. Sin embargo, lo anterior sólo es cierto cuando se comparan dos motores que funcionan con la misma compresión.
En el caso del diesel, eso no es así. De hecho, el concepto del motor diesel consiste en comprimir exclusivamente aire en los cilindros, en lugar de una mezcla de aire y combustible, para ir más allá del límite que impone la gasolina: es muy difícil comprimir una mezcla de aire y gasolina más de diez veces sin que se prenda espontáneamente.
En la práctica, un diesel funciona con una compresión que duplica de largo las habituales en motores de gasolina, y eso se traduce en un consumo bastante inferior, porque se aprovecha mejor la energía del combustible.
Se trata además de un efecto que se agudiza cuando se comparan motores trabajando a carga parcial o muy baja, porque en los cilindros de un motor diesel siempre se hace entrar tanto aire como sea posible mientras que, en esas circunstancias, un propulsor de gasolina quema su combustible en una atmósfera enrarecida, consistente literalmente, en un ‘hilillo’ de aire.
De forma que, en un motor diesel, la compresión –y el rendimiento– sólo están limitados por las prestaciones de los materiales –y no por la propensión a inflamarse del combustible–. La termodinámica respalda la afirmación, pero el hecho de que es mejor quemar un poco de combustible en un cilindro abarrotado de aire abrasador a hacerlo en un cilindro prácticamente vacío resulta bastante intuitivo.
Los primeros pasos del motor diesel
El concepto será sencillo, pero la ejecución práctica es muy complicada. El escoyo a vencer consiste en inyectar, dentro de una cámara de aire a presión recalentado, una cantidad infinitesimal de combustible. Y a ser posible, debe fraccionarse el proceso en varias inyecciones consecutivas. Para un motor mediano, hablamos de inyecciones de entre 0,15 mg y 150 mg de gasóleo.
Por supuesto, en los albores del motor diesel, lo anterior se ignoraba… aunque si se hubiese sabido, hacerlo habría sido imposible. De forma que, para hacer funcionar al motor diesel, se desarrollaron estrategias ingeniosas. La más sencilla consistía en inyectar el combustible mediante un chorro de aire a presión. Era algo así como un carburador… funcionando a 100 bares. Pero por espacio requerido y coste, no era una alternativa de cara a un coche.
En su lugar, un libanés llamado Prosper L’Orange desarrolló para Mercedes un concepto ingenioso: la precámara de combustión. Se trata de un pequeño espacio adyacente a la cámara de combustión en el que se inyectaba el combustible.
Al inyectarlo, cuando las primeras gotitas de combustible llegaban a la pared del cilindro, una pequeña parte de ese combustible se inflamaba y generaba en la precámara una especie de explosión cuya onda expansiva extraía el gasóleo restante de la precámara, mezclándolo con el aire. El ajuste fino de este concepto prácticamente brindó otro de los sueños de Diesel: gases de escape sin humo y sin –demasiado– olor.
EL contraataque de la gasolina
Y entonces, inesperadamente, de la mano del coche eléctrico, ha surgido el coche híbrido.
Y el híbrido enchufable. Dos conceptos de vehículo que combinan un propulsor eléctrico y un propulsor térmico.
En el caso de los híbridos, el mero sobreprecio que implica la presencia de la parte eléctrica significa que el motor térmico tiene que ser especialmente barato. Y en el caso de los híbridos enchufables ocurre algo similar… agravado por el hecho de que la normativa Euro6 establece que el consumo medio de combustible de un híbrido enchufables es un 33% del consumo medio homologado cuando funciona sin la asistencia de la parte eléctrica.
Eso significa que si un PHEV tiene un consumo medio de seis litros cuando se conduce sin recargar nunca la batería, el consumo medio oficial es un 33% de esa cifra… es decir, alrededor de dos litros.
Con esas cifras de consumo, el futuro del motor diesel durante la etapa final del coche propulsado por un motor térmico parecía bastante oscuro.
La época moderna del diesel
A finales de los 80, el motor diesel había comenzado a colonizar el automóvil, y se habían resuelto casi todos los inconvenientes. A aquellos propulsores sólo se les podía reprochar el peso, el ruido, las vibraciones, la escasa potencia, el elevado coste, la complejidad mecánica, las emisiones y el coste.
Entonces, en 1987, Fiat se remangó y decidió acabar con la precámara de combustión, creando un nuevo concepto: el motor turbodiesel de inyección directa. Y lo montaron en un coche: el “Fiat Croma TDd.i.”. En aquel vehículo, la inyección directa reducía el consumo… aunque el ruido a bajo régimen estaba un poco por encima de lo considerable como aceptable.
Entonces, llegó Audi. Audi es una marca con una habilidad única para rescatar ideas del cubo de la basura y hacerlas funcionar. La prueba es que fueron otras firmas las que tuvieron el privilegio de fracasar empleando, por primera vez, cosas que años después se llamarían tracción Quattro, FSI, Magnetic Ride, DSG… El ejemplo más brillante de esta virtud celebra este año su 25 cumpleaños y se llama… TDI.
La inyección directa estaba bien… pero hacía falta más presión de inyección para vaporizar mejor el combustible. Para resolverlo, Audi tomó un camino que le reportó grandes beneficios a corto plazo: el inyector bomba. Se trata de una solución ya sugerida por Rudolf en 1905: una pequeña bomba instalada sobre cada cilindro y accionada por la distribución, que funciona como una diminuta jeringuilla. Esta tecnología permitió alcanzar los 1.950 bares de presión de inyección, redujo sensiblemente el ruido a bajas revoluciones y resultaba más barata –aunque no por mucho– que las bombas rotativas usadas hasta ese momento.
Por su parte, Fiat, Mercedes y Bosch –que aparece asociado como proveedor en gran parte de estas innovaciones– tomaron un camino diferente: acumular presión en un reservorio adyacente a la culata que llamaron la rampa común o common rail. Como este depósito contiene una cantidad de gasóleo muy grande comparada con las microscópicas cantidades consumidas por los inyectores, la presión de funcionamiento del sistema –que comenzó en 1.250 bares y que hoy ya ronda los 2.000 bares– es independiente de las propias inyecciones, y por lo tanto se puede calcular con precisión la cantidad de combustible inyectada simplemente a partir de la geometría del inyector y el tiempo que pasa abierto. Al final, el tiempo daría la razón al common rail… pero para cuando Volkswagen abandonó el inyector bomba, el patadón que proporcionaba cada uno de los millones de motores diesel con inyector bomba que habían vendido ya había surtido efecto: el TDI era ya una leyenda.
Durante la primera década de este siglo, el motor diesel siguió perfeccionándose hasta convertirse en un temible rival del propulsor de gasolina. Aumentó el número de inyecciones por ciclo hasta seis para que absolutamente nada se quede sin arder. Y aunque durante la combustión se generan óxidos de nitrógeno y partículas de hollín que son bastante irritantes y venenosas, los gases de escape se tratan y se filtran hasta tal punto que, cuando sale por el escape, el aire está más limpio que cuando entró –a pesar de que gran parte del oxígeno que contenía sea ahora dióxido de carbono–. El nivel de refinamiento ha subido hasta el punto de que, en ocasiones, hay que mirar el cuentavueltas de un coche para saber si es diesel o gasolina. Y la baja potencia ha dejado de ser un problema importante: hoy en día es posible comprar un BMW 125d equipado con un motor diesel de dos litros que entrega 215 CV y sube hasta 5.000 rpm.
De forma que, hace unos cinco años, la posibilidad de que el motor diesel se estuviera imponiendo de forma definitiva era bastante real. Además, en comparación con el diesel, el propulsor de gasolina apenas había progresado: su mayor innovación, la inyección directa de gasolina, era esencialmente una versión de bajas prestaciones de la inyección directa de las mecánicas diesel. Además, el alza continua del precio de ambos combustibles parecía que podía ser la puntilla para un tipo de motor incapaz de ofrecer consumos inferiores a alrededor de 7,0 litros/100 km de media.
El turbo eléctrico
Pero esta épica partida de ajedrez aún no ha terminado. Audi ha pasado los cuatro últimos años poniendo a punto el siguiente movimiento de las fichas negras para tratar de volver a poner en jaque al motor de gasolina: el turbo eléctrico.
La idea trata de darle una vuelta de tuerca más al concepto de TDI, corrigiendo el defecto intrínseco que acompaña al propio concepto de turboalimentación. En un turbocompresor, la turbina y el compresor giran solidarios, y eso significa que lo que has hecho en el pasado con el acelerador… determina lo que vas a ser capaz de hacer con el acelerador en el futuro. En una aplicación ‘estática’, como un generador, eso no tiene importancia. Sin embargo, en un coche, tiene múltiples consecuencias odiosas. Por un lado, a bajo régimen, no puedes introducir tanto aire como quisieras. Por otro, los incrementos de carga –pisar más el pedal– no pueden realizarse instantáneamente, sino a través de un proceso progresivo que, en términos prácticos, se denomina lag o retraso en la respuesta.
Para contrarrestar estos efectos, se han desarrollado varias estrategias y artilugios. Turbos en cascada de distinto tamaño, turbos de geometría variable… BMW hasta tiene un motor diesel con tres turbos. Todo, más o menos efectivo. Pero nada tan eficaz como montar a bordo tu propia fuente independiente de aire comprimido: una turbina eléctrica.
El proyecto se ha topado una y otra vez con una barrera aparentemente infranqueable: debido a la adicción de los fabricantes a resolver todas las necesidades de potencia por medios mecánicos –accionando mediante el propio motor todas las bombas, compresores y demás–, el automóvil emplea una red eléctrica ‘de juguete’, que funciona a 12 voltios. Es una tensión ideal para que funcionen centralitas, sensores, actuadores… pero cuando se trata de alimentar un motor de 10.000 watios para hacer girar lo que podríamos describir como una versión monstruosa de una aspiradora Dyson funcionando marcha atrás, 12 voltios no son suficientes.
El proyecto se ha topado, una y otra vez, con una barrera aparentemente infranqueable: los 12 voltios
Audi, que ya presentó un prototipo de esta tecnología hace cuatro años, se ha decidido por resolverlo con una batería de 48 voltios situada en el maletero. Parece una solución descabellada en términos de coste, pero es un efecto colateral de la invención del híbrido de gasolina: el coste de poner en un coche una batería adicional y los cables correspondientes ha bajado de forma notable.
En su versión más pujante, que consiste en montar un turbo eléctrico adicional a dos turbocompresores de geometría variable que funcionan en paralelo y van alojados en el interior de la V de un motor 3.0 TDI biturbo de Audi, esta solución anuncia una potencia máxima de 385 CV a 4.250 rpm.
Aunque lo realmente importante es el ahorro de combustible que se puede conseguir mejorando la eficiencia durante el funcionamiento a muy bajas vueltas –un momento en el que ningún diesel ha funcionado bien hasta ahora– y la eliminación del lag y la mejora en la respuesta que se puede lograr.
Además, esta tecnología no va a ayudar mucho al enemigo: como un motor de gasolina sólo consume el aire que necesita para quemar el combustible, los beneficios de un turbo eléctrico son mucho más discutibles y se limitan a incrementar la potencia máxima –algo interesante, pero que no parece que vaya a ser el mayor problema de los propulsores para automóvil en un futuro próximo– y eliminar el lag.
Según Audi, aún habrá que esperar otros dos años antes de poder comprar un diesel equipado con uno de estos sistemas. Aunque parece que, al menos de momento, black mistress ha encontrado la forma de igualar el partido.
