- Els motors de combustió interna transformen lenergia química del combustible en moviment mitjançant un cicle de quatre temps i múltiples components coordinats.
- Es classifiquen per combustible, disposició i nombre de cilindres, coexistint amb motors elèctrics que ofereixen zero emissions locals i gran eficiència.
- La normativa europea fixa el 2035 com a límit per vendre cotxes nous de combustió, impulsant l'electrificació i l'ús de tecnologies per reduir emissions.
- Materials lleugers i sistemes avançats anticontaminació permeten retallar consum i CO₂, mentre els motors tèrmics encaren una transició cap a un paper més limitat.
Els motors de combustió interna segueixen sent el cor de la majoria de cotxes que veiem diàriament, encara que l'electrificació estigui guanyant terreny a marxes forçades. Entendre bé com funcionen, quins tipus n'hi ha, quins avantatges ofereixen i quin futur els espera davant dels elèctrics és clau per a qualsevol conductor que estigui pensant a canviar de cotxe o que simplement vulgui saber què passa sota el capó.
Al llarg d'aquest article desgranarem de forma clara i sense embuts què és un motor de combustió interna, com es classifica, quins són els seus components, com funciona el cicle de quatre temps i com es compara amb els motors elèctrics tant en cotxes reals com en vehicles radiocontrol. També repassarem el debat actual sobre la possible desaparició, les noves normatives europees i el paper de la tecnologia per retallar emissions sense renunciar del tot a aquesta mecànica.
Què és un motor de combustió interna i en què es diferencia d'un de combustió externa
Un motor de combustió interna és una màquina on el combustible es crema dins de la pròpia cambra on es genera el treball mecànic. En un cotxe convencional, la barreja d'aire i combustible es crema dins dels cilindres, i la pressió generada per aquesta combustió empeny els pistons, que fan girar el cigonyal i acaben movent les rodes.
Als motors de combustió externa l'esquema canvia: la combustió es produeix fora del cilindre on es transforma lenergia. Un exemple clàssic és la locomotora de vapor: es crema combustible en una caldera, s'escalfa aigua fins a convertir-la en vapor a pressió i aquest vapor empeny els pistons a un altre circuit independent. L'energia passa primer pel fluid (aigua/vapor) i no es genera directament al cilindre com passa als cotxes.
Per això, quan parlem d'automòbils actuals, gairebé sempre ens referim a motors tèrmics de combustió interna, ja siguin de benzina o dièsel, que transformen l'energia química del combustible en energia mecànica directament dins el motor mitjançant cicles de detonacions controlades.
Principals tipus de motors en automoció moderna
Avui dia al mercat conviuen diverses tecnologies: gasolina, dièsel, motors electrificats i impulsats per gas (GLP o GNC). Tots es posen en marxa amb clau o botó, però la manera com generen el moviment és molt diferent.
En termes de volum de vendes, els reis històrics han estat els motors de combustió interna de gasolina i dièsel. Amb ells han anat guanyant pes els híbrids (que combinen motor tèrmic i motor elèctric), els híbrids endollables i, en menor mesura, els motors preparats per funcionar amb gasos liquats del petroli o gas natural comprimit.
Paral·lelament, els motors elèctrics purs han irromput amb força en els darrers anys, recolzats en normatives ambientals més estrictes i en una caiguda progressiva del cost de les bateries. Tot i que funcionen amb un principi físic completament diferent, rivalitzen de tu a tu amb els motors tèrmics en prestacions i costos dús.
Components clau d'un motor de combustió interna
Perquè un motor de combustió interna transformi combustible en moviment, necessita una sèrie de peces que treballin de forma perfectament coordinada. Tot i que hi ha variacions entre gasolina i dièsel, la base és similar en tots dos casos.
El bloc motor és lestructura principal on sintegra tot. Al seu interior s'allotgen els cilindres pels quals es desplacen els pistons, juntament amb els conductes de refrigeració i lubricació. Sol fabricar-se en ferro fos o alumini per suportar les altes pressions i temperatures generades a la combustió.
Els pistons són elements cilíndrics que pugen i baixen dins de cada cilindre per aprofitar l'expansió dels gasos. Incorporen segments al perímetre per segellar la càmera de combustió i controlar el pas d'oli. El seu desplaçament vertical es transmet mitjançant les bieles al cigonyal, convertint el moviment lineal en gir.
El cigonyal, amb una forma irregular i recolzat sobre coixinets, és l'encarregat de transformar el moviment alternatiu dels pistons en rotació contínua. Hi conflueixen totes les bieles i, des d'aquí, l'energia viatja cap a la caixa de canvis i, finalment, a les rodes.
A la part inferior trobem el càrter, una mena de safata o banyera metàl·lica que serveix de dipòsit per a l'oli del motor. Aquest oli es bomba contínuament per lubricar i refrigerar els components mòbils (pistons, bieles, cigonyal, arbre de lleves, etc.), reduint fricció i desgast.
A la zona superior hi ha la culata, una peça complexa on s'allotgen les vàlvules d'admissió i fuga, els molls, la cambra de combustió i, als motors de gasolina, les bugies. La culata tanca els cilindres per la part de dalt i s'uneix al bloc motor a través de la junta de culata, un element crític que assegura estanqueïtat entre tots dos.
La junta de culata té la missió de segellar el pas de gasos, oli i refrigerant entre bloc i culata. Si falla, es poden barrejar líquids o perdre's compressió, cosa que redueix dràsticament el rendiment del motor i pot provocar avaries greus.
Dins de cada cilindre, el pistó recorre un espai delimitat entre el Punt Mort Superior (PMS) i el Punt Mort Inferior (PMI). Aquest recorregut s'anomena carrera del pistó, i en funció de la seva longitud i del diàmetre del cilindre es defineix la cilindrada total del motor.
Cicle de quatre temps: com funciona un motor de cotxe
La majoria de turismes contemporanis fan servir motors de combustió interna de quatre temps, basats en el cicle Otto (en benzina) o en un cicle dièsel molt similar, amb algunes diferències d'encesa.
A la fase d'admissió, el pistó es desplaça cap avall des del PMS fins al PMI, creant una depressió que afavoreix l'entrada d'aire o de barreja aire-combustible al cilindre a través de la vàlvula d'admissió, que roman oberta durant aquest recorregut.
A la fase de compressió, la vàlvula d'admissió es tanca i el pistó torna a pujar. La barreja d'aire i combustible es comprimeix en un volum molt reduït, augmentant de forma notable la seva pressió i temperatura i deixant la barreja llesta per a la combustió.
A la fase de combustió (o explosió), es produeix l'encesa de la barreja comprimida. En un motor de benzina, l'espurna la genera una bugia; en un dièsel, en canvi, el combustible s'injecta quan l'aire està tan calent, per compressió, que s'escalfa de manera espontània. L'expansió sobtada dels gasos empeny amb força el pistó cap avall.
A la fase d'escapament, el pistó torna a pujar mentre la vàlvula d'escapament s'obre i els gasos cremats són expulsats cap al col·lector i el sistema d'escapament. En concloure aquesta etapa, el cicle torna a començar, repetint-se milers de vegades per minut des que arrenquem fins que apaguem el motor.
Hi ha també motors de dos temps, en què cada volta completa del cigonyal genera una combustió, a costa de barrejar processos i simplificar la distribució. Són habituals en motos petites i maquinària lleugera, però estan gairebé desapareguts en automoció per emissions i durabilitat.
Classificació dels motors de combustió interna
Els motors de combustió interna es poden ordenar seguint diversos criteris: tipus de combustible, disposició dels cilindres, nombre de cilindres o forma de treballar. Cada combinació respon a necessitats concretes de rendiment, cost, mida i suavitat.
Segons el combustible, la divisió clàssica en automoció distingeix entre motors de gasolina i motors dièsel, encara que també hi ha variants de gas (GLP, GNC) o fins i tot motors multcombustible capaços de funcionar amb diferents barreges. A més, hi ha motors adaptats a combustibles sintètics o neutres en carboni que, en teoria, podrien allargar la vida de la combustió interna reduint-ne l'impacte climàtic.
Si mirem la disposició dels cilindres, trobem motors en línia (cilindres un darrere l'altre), en V (dues bancades formant un angle), bòxer o oposats (cilindres enfrontats en un pla horitzontal) i configuracions més exòtiques com motors en W, en H, en X o motors radials amb cilindres disposats com una estrella, més típics d'aviació i aplicacions especials.
Pel que fa al nombre de cilindres, els cotxes poden muntar blocs molt variats: des de 3 cilindres en motors petits fins a 12 o fins i tot 16 cilindres vehicles d'altes prestacions. L'augment de cilindres sol millorar la suavitat i la potència, però també complica el disseny i encareix el conjunt.
Per funcionament mecànic, a més del ja esmentat motor de quatre temps, podem trobar motors de dos temps, motors rotatius tipus Wankel, turbines de gas i altres arquitectures menys comunes. A la pràctica, per a cotxes de carrer s'imposen els quatre temps per la seva bona relació entre eficiència, potència específica, consum i cost de fabricació.
Comparativa pràctica: cotxes elèctrics davant de cotxes de combustió
El gran canvi dels darrers anys és la irrupció de l'elèctric pur com a alternativa real. La diferència fonamental és a com es genera i es lliura l'energia al sistema de tracció. El motor tèrmic crema combustible en cicles successius, mentre que el motor elèctric es basa en camps magnètics generats per corrent elèctric.
En un cotxe de combustió interna, una papallona controla l'entrada d'aire i, juntament amb la injecció de combustible, determina quanta barreja entra als cilindres a cada cicle. L'espurna o l'alta compressió provoquen la combustió, que acciona el pistó i engega tot el tren d'elements mecànics fins a les rodes.
En un vehicle elèctric, el motor està format per bobinats i un rotor; en invertir i modular els camps magnètics mitjançant l'inversor, es genera un parell motor proporcional a l'amperatge que rep el motor. Com més corrent, més parell i, per tant, més empenta immediata, sense necessitat de canvis de marxa complexos.
Si analitzem les emissions, els cotxes de combustió expulsen gasos contaminants i CO₂ pel tub d'escapament. Els elèctrics de bateria, en canvi, no emeten gasos en ús, encara que sí que hi ha emissions associades a la producció d'electricitat i de les bateries mateixes. Els híbrids endollables (PHEV) i els híbrids convencionals (HEV) redueixen les emissions davant d'un tèrmic pur, però continuen depenent del combustible fòssil.
Pel que fa al pes, els elèctrics solen ser entre un 20 i un 30% més pesats que els seus equivalents de combustió degut al conjunt de bateries. Aquest pes extra, col·locat al pis del cotxe, baixa el centre de gravetat i millora l'estabilitat, encara que penalitza una mica el consum a alta velocitat.
Pel que fa a acceleració, el parell màxim d'un motor elèctric està disponible gairebé des de zero revolucions, per tant la resposta en trepitjar l'accelerador és instantània. Molts elèctrics generalistes superen sense cap problema les xifres d'acceleració de compactes de gasolina. En velocitat punta pura, alguns esportius de combustió continuen dominant, però en ús diari l'elèctric se sol sentir més “ràpid”.
Al capítol de costos, omplir un dipòsit de benzina o dièsel és cada vegada més car. Carregar un elèctric a casa, fins i tot amb els preus actuals de la llum, sol costar la meitat o menys que recórrer la mateixa distància amb un cotxe tèrmic. La diferència és més gran si s'aprofiten tarifes vall o recàrregues a la feina.
L'experiència de conducció també canvia: un cotxe de combustió genera soroll mecànic i de la fuita, així com vibracions, mentre que un elèctric es caracteritza per un funcionament molt silenciós i suau. Això redueix la fatiga en viatges i la contaminació acústica a ciutat, a costa de perdre part del “caràcter” sonor que molts aficionats aprecien als motors de gasolina.
Cotxes radiocontrol elèctrics vs tèrmics: mateix debat a petita escala
Curiosament, la mateixa confrontació entre motors elèctrics i motors tèrmics es repeteix al món dels cotxes radiocontrol. A primera vista s'assemblen, però el sistema de propulsió canvia completament el caràcter del vehicle.
Els cotxes RC elèctrics s'alimenten amb bateries i munten motors brushed (amb escombretes) o brushless. Els motors brushed són més senzills, amb menys ajustaments i més fricció, de manera que es munten sobretot en joguines i gammes bàsiques. El seu rendiment és limitat i s'escalfen més.
Els motors brushless, en canvi, prescindeixen d'escombretes i ofereixen més potència, més eficiència i menys manteniment. En competició, pràcticament tots els models seriosos opten per aquesta tecnologia, que fins i tot pot superar en prestacions els petits motors Nitro.
Al bàndol tèrmic hi trobem el motor Nitro, una mecànica complexa amb carburador, filtre d'aire, bugia d'incandescència, pistó, dipòsit i fuita. L'encant del Nitre resideix al so, el fum i el ritual de posada a punt, que atrau aficionats avançats a qui els agrada “trastejar” amb la mecànica.
Els xassís també marquen diferències. Als elèctrics, és habitual trobar xassís de plàstic en models econòmics i xassís metàl·lics o de fibra de carboni en gammes altes, buscant lleugeresa i rigidesa. En els tèrmics, el xassís metàl·lic ajuda a més a dissipar la calor que genera el motor.
Pel que fa a avantatges, els RC elèctrics agraden molt a principiants perquè són més nets, silenciosos i fàcils de fer servir: carregar bateria i llest, amb poc manteniment. El desavantatge principal és l'autonomia limitada (15-30 minuts per càrrega) i el temps de recàrrega, que obliga a disposar de diverses bateries per rodar sense interrupcions.
Els cotxes Nitro brillen en sessions llargues: amb cada dipòsit poden rodar més temps i només cal repostar en segons per seguir gaudint. Això sí, requereixen neteja freqüent, revisió de bugies i un cert domini d'ajustaments de carburació, a més de ser més sorollosos i sensibles a l'aigua.
El debat actual: tenen futur els motors de combustió interna?
La transició cap a la mobilitat elèctrica ha disparat una discussió intensa sobre el destí dels motors tèrmics. Fabricants com Toyota, a través de la seva divisió esportiva Toyota Gazoo Racing, sostenen que “l'enemic no és el motor de combustió interna, sinó el carboni”. És a dir, el problema són les emissions, no necessàriament la tecnologia de combustió.
Des d'aquesta perspectiva, la marca defensa que es poden continuar utilitzant motors de combustió interna si es combinen amb combustibles neutres en carboni, sistemes híbrids i millores deficiència tèrmica. D'aquesta manera, es reduiria de manera substancial l'impacte climàtic sense eliminar completament els motors tradicionals.
L'electrificació massiva, per altra banda, exigeix una extracció intensiva de minerals crítics com liti, cobalt o níquel per fabricar bateries a gran escala. Això planteja dubtes sobre l'impacte ambiental i social a les regions mineres i sobre possibles problemes de subministrament a mesura que augmenta la demanda global.
Toyota i altres fabricants han apostat per una estratègia diversificada: híbrids convencionals, híbrids endollables, elèctrics purs, piles de combustible d'hidrogen i motors preparats per a combustibles sintètics. La idea és no posar tots els ous a la mateixa cistella elèctrica, sinó explorar diverses solucions en paral·lel.
També s'està treballant en motors de combustió interna més compactes i amb més eficiència tèrmica, capaços de oferir bones prestacions amb menys consum i menys emissions. Des del punt de vista de marques com Toyota Gazoo Racing, el valor del cotxe no només es mesura en xifres d'acceleració, sinó en la “diversió al volant” i l'experiència de conducció, intentant quadrar aquest plaer amb requisits de sostenibilitat.
Normativa europea i dates clau per als cotxes de combustió
A Europa, el debat no és només tècnic, també regulatori. El Parlament Europeu i el Consell han acordat prohibir la fabricació i matriculació de cotxes i furgonetes noves de combustió interna a partir del 2035, fet que suposa un punt d'inflexió per a la indústria.
Abans d'arribar a aquesta data, entra en joc el paquet de mesures Fit for 55, que fixa per al 2030 una reducció del 55% de les emissions de CO₂ dels turismes i del 50% dels vehicles comercials lleugers respecte al 2021. Això força els fabricants a accelerar la seva transició cap a models de baixes o nul·les emissions.
A més, la norma Euro 7, amb plena vigència prevista sobre el 2025, endureix encara més els límits, no només de gasos, sinó també de partícules generades per frens i pneumàtics. L'objectiu és reduir l'impacte ambiental global del vehicle, no només allò que surt de la fuita.
Des del 2035, a la Unió Europea només es podran matricular vehicles nous d'emissions zero, és a dir, principalment elèctrics de bateria i hidrogen. Els cotxes de combustió interna i híbrids deixaran de vendre's nous, encara que seguiran circulant els ja matriculats i podrà continuar havent-hi mercat de segona mà, previsiblement amb més restriccions i impostos.
Els costos d'adaptació per als grans fabricants són enormes: s'estima que grups com ara Volkswagen o Stellantis hauran d'invertir entre 350 i 450 mil milions d'euros per descarbonitzar la vostra oferta. Com a conseqüència, moltes marques han decidit tancar divisions dedicades al desenvolupament de nous motors de combustió i concentrar-se a l'electromobilitat.
Tot apunta que el final efectiu de la producció de cotxes tèrmics podria avançar-se fins i tot respecte a la data límit legal, simplement perquè deixaran de ser competitius o rendibles abans del 2035. Això sí, els cotxes ja fabricats seguiran circulant durant la seva vida útil, que es pot prolongar fàcilment 15 anys o més.
Emissions reals i tecnologies per reduir limpacte del motor tèrmic
El principi bàsic del motor de combustió interna fa que, per definició, generi emissions de CO₂ i altres contaminants en cremar hidrocarburs. Tot i això, les xifres han millorat de forma notable en les últimes dècades gràcies a un arsenal de tecnologies anticontaminació.
Per als motors de gasolina es fan servir catalitzadors de tres vies que redueixen òxids de nitrogen, monòxid de carboni i hidrocarburs no cremats. A dièsel, són habituals els filtres de partícules (DPF o FAP), els sistemes de recirculació de gasos d'escapament (EGR) i els catalitzadors SCR amb AdBlue per reduir NOx.
Segons dades recopilades per JATO Dynamics, les emissions mitjanes de CO₂ dels cotxes nous venuts a 21 països europeus van passar d'uns 120 g/km el 2015 al voltant de 106,7 g/km el 2020. Països com els Països Baixos, Dinamarca, Portugal i Suècia van presentar valors fins i tot més baixos, apropant-se o superant els objectius de 95 g/km fixats per la UE.
La propera normativa Euro 7 no endureix els límits de CO₂, ja que es dóna per fet que el 2035 tots els cotxes nous seran de zero emissions directes. Però sí que redueix encara més els límits de NOx (especialment per a dièsel, que passen de 80 a 60 mg/km) i obliga els cotxes a mantenir els estàndards d'emissions durant més temps: de 5 anys o 100.000 km es passarà a 10 anys o 200.000 km.
També s'ha decidit retallar al voltant d'un 13% les emissions de partícules procedents de la fuita i un 27% les derivades dels líquids de frens, incorporant per primera vegada l'avaluació de la pols generada pel sistema de frenada, encara que encara està per definir la metodologia exacta de mesurament.
Per complir aquests objectius, la indústria està recorrent a mesures com alleugerament d'estructures, millores en aerodinàmica, optimització de cadenes cinemàtiques i ús de nous materials que permetin cotxes més lleugers i eficients des del minut u.
Materials lleugers i contribució a la reducció d'emissions
Una via molt eficaç per disminuir el consum de combustible i les emissions d'un cotxe reduir el pes sense comprometre seguretat ni rigidesa estructural. Aquí entren en joc plàstics tècnics avançats i materials cel·lulars.
Un exemple destacat és el Polipropilè Expandit (EPP), un material amb una estructura interior que conté aproximadament un 95% d'aire. Tot i la seva lleugeresa, és capaç d'absorbir impactes sense deformar-se permanentment, per la qual cosa s'empra en elements de seguretat passiva com amortidors d'energia o farcits de para-xocs.
Gràcies a les seves excel·lents propietats d'aïllament tèrmic i elèctric, l'EPP també es fa servir per envoltants i sistemes d'aïllament de bateries a vehicles elèctrics, protegint les cel·les davant de canvis de temperatura i cops, i ajudant a prolongar la seva vida útil i la seva autonomia.
Als cotxes de combustió interna, l'ús d'aquests components lleugers a interiors, panells estructurals i elements auxiliars contribueix a reduir la massa total del vehicle, cosa que repercuteix directament en un menor consum i, per tant, en menys CO₂ per quilòmetre recorregut.
Combinant alleugerament intel·ligent, aerodinàmica afinada i sistemes de posttractament de gasos d'escapament, els fabricants estan aconseguint motors tèrmics molt més nets que fa tot just una dècada, encara que difícilment podran igualar les emissions locals zero d'un elèctric pur.
Mirant el panorama complet, els motors de combustió interna continuen sent protagonistes per nombre de vehicles en circulació i per la maduresa tecnològica, però la pressió regulatòria, l'avenç del cotxe elèctric i la preocupació pel clima estan redefinint el paper; tot apunta que conviuran durant anys amb solucions elèctriques i híbrides, recolzats en millores d'eficiència, combustibles més nets i materials lleugers, mentre que la infraestructura i la tecnologia de bateries acaben de consolidar un escenari dominat pels vehicles d'emissions zero.
