Cómo se encendió el motor: la historia olvidada de la bujía y el magneto

El sistema de encendido es el subsistema encargado de inflamar la mezcla de combustible y aire dentro del cilindro del motor de combustión interna después de que el pistón la comprima; sin este mecanismo, que genera una chispa controlada en la bujía, el ciclo de cuatro tiempos no puede completarse. La línea de más de 150 años que va desde el motor de Étienne Lenoir en 1860 hasta los sistemas coil-on-plug actuales es, en realidad, la historia de la solución de un único problema: producir una chispa en el momento adecuado, con suficiente tensión y de manera fiable.

El motor que nació con el problema de la chispa: Las primeras bujías y Lenoir

El primer ejemplo del motor de pistón de combustión interna trajo consigo el problema del encendido incluso antes de nacer. En 1860, Étienne Lenoir usó una bujía eléctrica en su motor de gas, que llevaba su nombre, y generalmente se le atribuye el mérito de la invención de la bujía. El sistema era sorprendentemente similar en principio al actual: la electricidad de alta tensión saltaba a través del espacio de aire entre los electrodos de la bujía, produciendo una chispa. El concepto de bujía, es decir, de encendido por chispa (spark-ignition), nunca cambió; el principio básico de funcionamiento lleva más de 150 años siendo el mismo.

En el camino hacia la madurez comercial de la bujía destaca un segundo nombre: Frederick Richard Simms. Simms era el titular de la patente GB 24859/1898 para un magneto destinado a motores de combustión interna y se le reconoce como la persona que inventó la primera bujía de alta tensión comercialmente viable. No fue una casualidad que ese mismo año comenzara a colaborar con Bosch; para que la bujía funcionara, se necesitaba detrás una fuente de alta tensión fiable, y esa fuente se encontraría en el magneto.

La atribución de la invención de la bujía sigue siendo controvertida incluso hoy. Aunque Lenoir es el nombre generalmente aceptado, también hay registros que indican que la bujía eléctrica fue inventada por Oliver Lodge; también se menciona el nombre de Edmond Berger. El origen del encendido por descarga capacitiva (CDI) se remonta a los años 1890, a los trabajos de Nikola Tesla. Como ocurre en la mayoría de los campos de la historia de la ingeniería, aquí también es más correcto hablar de varias contribuciones que se alimentan mutuamente, en lugar de un solo nombre.

La era del magneto: Chispa sin batería y el ascenso de Bosch

En los primeros años del automóvil casi no existía lo que hoy entendemos por instalación eléctrica; llevar una batería era pesado, caro y poco fiable. El magneto llenó ese vacío: como generaba electricidad con su propio giro, proporcionaba el pulso de chispa sin necesidad de batería. Robert Bosch produjo en 1887 el primer dispositivo de encendido por magneto para motores estacionarios; En 1897 se comenzó a probar el encendido por magneto en vehículos y la producción en serie empezó en 1898. Desde esa fecha, Bosch llegó a ser prácticamente el único fabricante fiable que suministraba encendido por magneto a los automóviles.

El salto crítico llegó a finales de 1901. El director técnico de Bosch, Gottlob Honold, desarrolló en las instalaciones de Stuttgart la primera magneto de alta tensión del mundo y su bujía acompañante. Esta dupla eliminó la necesidad de batería del automóvil y convirtió las bujías en algo verdaderamente práctico. Alrededor de 1902, Bosch presentó la magneto de doble bobina con bujía fija e interruptor de contacto fuera del cilindro. En los años anteriores a 1914, la magneto de Bosch era determinante en el mercado; las publicaciones científicas de la época también abordaban en detalle los debates de preferencia entre el encendido por magneto y el por bobina.

La magneto de alta tensión se define como una combinación de magneto-transformador que envía pulsos de alta tensión a la bujía. Hoy en día se utiliza principalmente en motores sin batería - cortacéspedes, motosierras - y aún en aviones de pistón modernos. Que una tecnología se retire del automóvil y siga siendo estándar en la aviación es una buena indicación de la solidez de sus fundamentos.

Bobinas de temblador (Trembler Coils): El Model T y el camino elegido por Benz

El magneto no era el único camino. El Benz Patent-Motorwagen de 1886 y el Ford Model T de 1908 utilizaban un sistema llamado trembler coil (bobina de temblador). En este esquema, la bobina recibía corriente interrumpida mediante un mecanismo interruptor y producía una chispa temblorosa y discontinua. En el Model T, cada uno de los cuatro cilindros tenía su propia bobina de temblador; era una solución sencilla, fácil de reparar y que podía funcionar con batería. Al observar los vehículos de la época se ven dos grandes escuelas: el campo del magneto sin batería y el campo de la bobina de temblador. La respuesta a la pregunta de cuál ganó quedó clara con el desarrollo presentado en la siguiente sección.

El sistema Kettering: ¿Por qué el distribuidor bastó durante medio siglo?

Charles F. Kettering desarrolló hacia 1910 el sistema de encendido por batería y bobina - el esquema conocido como sistema Delco. El sistema constaba de cuatro componentes principales: la bobina de encendido, los puntos de contacto (breaker points), el condensador y el distribuidor. Una sola bobina elevaba la baja tensión a alta tensión, y el voltaje se dirigía a la bujía correcta mediante el brazo rotatorio dentro del distribuidor. El sistema se presentó por primera vez en automóviles Cadillac en 1912; Aunque las fuentes citan de forma distinta 1910, 1911 y 1912 como año de desarrollo, la entrada del Cadillac en 1912 es la cronología más consistente y también señala el primer uso de sistemas basados en distribuidor en 1912.

La razón del triunfo del sistema Kettering no fue la elegancia de la ingeniería, sino el bajo costo y la relativa simplicidad. Estas dos características lo convirtieron durante muchos años en el sistema de encendido primario de la industria automotriz. A partir del Cadillac Model Thirty de 1912, los conjuntos de distribuidor de tipo puntos permanecieron como sistema primario en la mayoría de los automóviles hasta mediados de la década de 1970.

El límite del sistema estaba claro desde el principio. El mecanismo generaba aproximadamente 10.000 voltios en la bujía; la flexibilidad ante condiciones cambiantes de carga y régimen era limitada. Los puntos de contacto estaban expuestos al desgaste mecánico, la oxidación y la quema por la chispa que se abría en las superficies de contacto; requerían un ajuste regular y podían provocar una chispa ineficiente. Es decir, el sistema funcionaba, pero su techo desde el punto de vista de la ingeniería era bajo - y ese techo abrió la puerta al encendido electrónico.

De los puntos a los transistores: La transición al encendido electrónico

La transición comenzó antes de lo que se suele pensar. El primer intento de encendido electrónico, como mecanismo de cátodo frío, fue probado por Delco-Remy en 1948. Lucas presentó el encendido transistorizado en 1955 y este sistema se utilizó en 1962 en los motores de Fórmula 1 de BRM y Coventry Climax - como siempre, la nueva tecnología se filtró primero desde el circuito de carreras. el camino hacia la producción en serie avanzó así:

• 1963: Pontiac fue el primer fabricante de automóviles en ofrecer encendido electrónico opcional (Delcotronic); ese mismo año, Hyland Electronics produjo el primer encendido capacitivo de descarga SCR totalmente de estado sólido comercial.
• 1964-65: Ford realizó pruebas de flota y comenzó a ofrecer encendido electrónico opcional en algunos modelos; en el mercado de repuestos aparecieron el Prest-O-Lite CD-65 (con 50.000 millas de garantía) y el Delta Mark 10.
• 1967-68: Motorola presentó el sistema CD sin contactos; el Fiat Dino fue el primer automóvil de producción en serie que llegó de serie con encendido electrónico.
• 1971-75: el Jaguar XJ Series 1 siguió la cadena, seguido de Chrysler, Ford y GM; el sistema HEI de GM fue introducido a finales de 1974 en algunos vehículos.

A mediados de la década de 1970, cuando los puntos de contacto comenzaron a reemplazarse por transistores, la tensión de encendido subió a unos 20 kV: el doble del techo de 10.000 voltios del sistema Kettering. El distribuidor mismo vivió un tiempo más; continuó con su tarea de distribución, pero el encendido ya no lo determinaban los pesos mecánicos, sino los cerebros electrónicos. Los distribuidores fueron reemplazados en gran medida por sistemas de encendido electrónico en los años 1980 y 1990; el mecanismo controlado por computadora ofrecía un encendido más preciso y mucho menos mantenimiento.

La jubilación del distribuidor: Coil-on-Plug y encendido directo

La resolución de la lógica de distribución comenzó a mediados de la década de 1980. GM comenzó a eliminar el distribuidor y la bobina única, y a pasar a paquetes de múltiples bobinas, cada uno de las cuales alimentaba solo dos cilindros; en este mecanismo, el voltaje podía alcanzar hasta 100.000 voltios. La disposición que gestionaba dos cilindros con una sola bobina, conocida como chispa perdida (wasted spark), fue una de las primeras formas prácticas de encendido sin distribuidor. El sistema de Nissan llamado NDIS (Nissan Direct Ignition System) se vio por primera vez en 1985 en los motores RB20DET NICS y CA18DE NICS.

Desde la década de 1990 se generalizaron los montajes coil-on-plug: cada bujía lleva directamente una bobina encima, y los cables de alta tensión y el rotor del distribuidor desaparecen por completo. DENSO, al desarrollar en 1996 la primera bobina de encendido compacta tipo stick de la industria del automóvil, definió el panorama actual de las tapas de cilindros. En el motor moderno, en cambio, la ECU controla diversas funciones del motor, incluido el encendido y la inyección de combustible, con un solo dispositivo: una arquitectura totalmente opuesta a los sistemas discretos de épocas anteriores. El encendido ya no es un subsistema independiente, sino un subconjunto de la gestión del motor.

¿Dónde está hoy el sistema de encendido? Límites y debates

Tanto la identidad del inventor de la bujía como el debate entre puntos de contacto y electrónico en el mundo de los vehículos clásicos mantienen su vigencia. El aspecto técnico está claro: los puntos de contacto se desgastan, requieren ajuste y pueden producir chispas ineficaces. En cambio, entre los propietarios de vehículos clásicos está extendida la opinión de que "un encendido electrónico normal no aporta ventajas sobre unos puntos de contacto bien mantenidos", y hay casos en la práctica en los que esto es razonable; también es cierto que el coste de reparación de los componentes electrónicos puede ser mayor. Al igual que la discrepancia entre fuentes sobre el año de desarrollo del sistema Kettering, esta divergencia de opiniones surge más del contexto de uso que de la definición de la medición: el uso diario y la originalidad a nivel de concours son requisitos diferentes.

En cuanto al futuro, las evaluaciones de 2013 preveían que el encendido por chispa y el de compresión seguirían siendo dominantes durante algún tiempo. Los motores HCCI (encendido por compresión homogéneo) pueden funcionar con gasolina y alternar entre dos modos de encendido según las condiciones de conducción, acercando la eficiencia a niveles diésel; esto sigue siendo hoy en gran medida un marco teórico. En el mercado de los vehículos clásicos, distribuidores modernos basados en microprocesador y con Bluetooth, como 123ignition, ofrecen fiabilidad contemporánea manteniendo la estética Kettering: la estética del pasado reconciliada con la electrónica de hoy.

Conclusión: La misma chispa, arquitecturas cambiantes

Los 160 años de la tecnología de encendido caben en tres cifras: Los 10.000 voltios de los montajes Kettering, los 20.000 voltios del conmutador electrónico y los 100.000 voltios del coil-on-plug. El objetivo nunca cambió; lo que cambió fue la evolución de la arquitectura que genera y sincroniza la chispa, de mecánica a estado sólido. El camino desde el magneto al distribuidor, y del distribuidor a la bobina por bujía, es una versión en miniatura de la historia general de la ingeniería del automóvil: menos piezas que se desgastan, más control, mayor tensión.

Fuentes

• Ignition system
• Spark plug
• Ignition magneto
• 1886-1905: Del primer taller a la fábrica
• Bosch Automotive - Una historia de productos
• Cómo el dispositivo de encendido por magneto de Bosch hizo posibles las bujías
• La evolución del encendido
• DENSO destaca la evolución de la bobina de encendido
• De los platinos a la precisión: Un siglo de sistemas de encendido
• Encendido electrónico
• Encendido por magneto o bobina para automóviles
• Frederick Richard Simms
• Étienne Lenoir
• Entendiendo los distribuidores de encendido electrónico
• Platinos frente a electrónica en coches antiguos