Cómo funciona un motor híbrido, pros y contras de un motor económico
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La irrupción de los vehículos híbridos se ha convertido en una medida obligada de las automotrices en la transición de motores de combustión interna (ICE) sobre combustibles de hidrocarburos a centrales eléctricas más limpias. La tecnología aún no ha permitido la creación de un coche eléctrico completo, un coche de pila de combustible o cualquier otro de una larga lista de direcciones teóricamente posibles para el desarrollo del transporte autónomo, y la necesidad ya ha madurado.
Los gobiernos comenzaron a tomar medidas drásticas contra la industria automotriz con requisitos ambientales, y los consumidores querían ver un avance cualitativo, y no otra mejora microscópica de un motor conocido durante más de un siglo en uno de los productos de refinación de petróleo.
¿Qué automóvil se llama "híbrido"?
La unidad de potencia de la etapa intermedia comenzó a ser una combinación de un diseño ya probado de un motor de combustión interna y uno o más motores eléctricos.
La parte eléctrica de la unidad de tracción está alimentada por generadores conectados mecánicamente a un motor de gas o diesel, baterías y un sistema de recuperación que devuelve al accionamiento la energía liberada durante el frenado del vehículo.
Todos los numerosos esquemas para la implementación práctica de la idea se denominan híbridos.
A veces, los fabricantes engañan a los clientes llamando a los sistemas híbridos donde el accionamiento eléctrico se usa solo para arrancar el motor principal en modo de arranque y parada.
Dado que no existe una conexión entre los motores eléctricos y las ruedas y la posibilidad de conducir con tracción eléctrica, es incorrecto atribuir dichos automóviles a los híbridos.
El principio de funcionamiento de los motores híbridos.
Con toda la variedad de diseños, tales máquinas tienen características comunes. Pero las diferencias son tan grandes desde el punto de vista técnico que en realidad son autos diferentes con sus propias ventajas y desventajas.
Dispositivo
Cada híbrido incluye:
- motor de combustión interna con su transmisión, red de alimentación de baja tensión a bordo y depósito de combustible;
- motores de tracción;
- baterías de almacenamiento, generalmente de alto voltaje, que consisten en baterías conectadas en serie y en paralelo;
- cableado eléctrico con conmutación de alto voltaje;
- unidades de control electrónico y ordenadores de a bordo.
Garantizar que todos los modos de operación de una transmisión mecánica y eléctrica integrada generalmente ocurra automáticamente, solo el control general del tráfico se confía al conductor.
Esquemas de trabajo
Es posible conectar los componentes eléctricos y mecánicos entre sí de diferentes maneras, con el tiempo se han destacado esquemas específicos bien establecidos y de uso frecuente.
Esto no se aplica a la clasificación posterior de la tracción según la participación específica de la tracción eléctrica en el balance general de energía.
Consistente
El primer esquema, el más lógico, pero ahora poco utilizado en automóviles.
Su tarea principal era trabajar en equipos pesados, donde los componentes eléctricos compactos han reemplazado con éxito una transmisión mecánica voluminosa, que también es muy difícil de controlar. El motor, generalmente un motor diesel, se carga exclusivamente en un generador eléctrico y no está conectado directamente a las ruedas.
La corriente generada por el generador se puede utilizar para cargar la batería de tracción y, en caso de que no se proporcione, se envía directamente a los motores eléctricos.
Puede haber uno o más de ellos, hasta la instalación en cada rueda de un automóvil según el principio de las denominadas ruedas motrices. La cantidad de empuje está regulada por la unidad eléctrica de potencia, y el motor de combustión interna puede operar constantemente en el modo más óptimo.
Paralelo
Este esquema es ahora el más común. En él, el motor eléctrico y el motor de combustión interna trabajan para una transmisión común, y la electrónica regula la relación óptima de consumo energético por parte de cada uno de los accionamientos. Ambos motores están conectados a las ruedas.
Se admite el modo de recuperación cuando, durante el frenado, el motor eléctrico se convierte en un generador y recarga la batería de almacenamiento. Durante algún tiempo, el automóvil solo puede moverse con su carga, el motor de combustión interna principal está amortiguado.
En algunos casos, se utiliza una batería de considerable capacidad, equipada con la posibilidad de carga externa desde una red de CA doméstica o una estación de carga especializada.
En general, el papel de las baterías aquí es pequeño. Pero su conmutación se simplifica, aquí no se necesitan peligrosos circuitos de alto voltaje y la masa de la batería es mucho menor que la de los vehículos eléctricos.
Mezclado
Como resultado del desarrollo de la tecnología de accionamiento eléctrico y la capacidad de almacenamiento, ha aumentado el papel de los motores eléctricos en la creación de esfuerzo de tracción, lo que ha llevado a la aparición de los sistemas serie-paralelo más avanzados.
Aquí, el arranque desde parado y el desplazamiento a bajas velocidades se realizan con tracción eléctrica, y el motor de combustión interna se conecta solo cuando se requiere un alto rendimiento y cuando las baterías están agotadas.
Ambos motores pueden funcionar en modo de conducción, y una unidad electrónica bien pensada elige dónde y cómo dirigir los flujos de energía. El conductor puede seguir esto en la pantalla de información gráfica.
Se utiliza un generador adicional, como en un circuito en serie, que puede suministrar energía a motores eléctricos o cargar una batería. La energía de frenado se recupera a través de la marcha atrás del motor de tracción.
Así es como se organizan muchos híbridos modernos, en particular uno de los primeros y más conocidos: Toyota Prius.
¿Cómo funciona un motor híbrido en el ejemplo de Toyota Prius?
Este automóvil está ahora en su tercera generación y ha alcanzado cierto grado de perfección, aunque los híbridos de la competencia continúan aumentando la complejidad y la eficiencia de los diseños.
La base de la transmisión aquí es el principio de sinergia, según el cual un motor de combustión interna y un motor eléctrico pueden participar en cualquier combinación para crear par en las ruedas. El paralelismo de su trabajo proporciona un complejo mecanismo de tipo planetario, donde los flujos de potencia se mezclan y transmiten a través del diferencial a las ruedas motrices.
El arranque y la aceleración de arranque se realizan mediante un motor eléctrico. Si la electrónica determina que sus capacidades no son suficientes, se conecta un motor de gasolina económico que funciona en el ciclo Atkinson.
En automóviles convencionales con motores Otto, dicho ciclo térmico no se puede utilizar debido a condiciones transitorias. Pero aquí son proporcionados por un motor eléctrico.
Se excluye el modo inactivo, si el Toyota Prius enciende automáticamente el motor de combustión interna, entonces se le encuentra trabajo de inmediato, para ayudar en la aceleración, cargar la batería o proporcionar aire acondicionado.
Con carga constante y trabajando a velocidad óptima, minimiza el consumo de gasolina, estando en el punto más ventajoso de su característica de velocidad externa.
No existe un arrancador tradicional, ya que un motor de este tipo solo puede arrancar haciéndolo girar a una velocidad significativa, que es lo que hace un generador reversible.
Las baterías tienen diferentes capacidades y voltajes, en la versión recargable más compleja de los PHV, estas ya son bastante comunes para los vehículos eléctricos de 350 voltios a 25 Ah.
Ventajas y desventajas de los híbridos.
Como cualquier compromiso, los híbridos son inferiores a los vehículos eléctricos puros y los clásicos habituales que funcionan con combustible de petróleo.
Pero al mismo tiempo dan una ganancia en una serie de propiedades, para alguien que actúa como las principales:
- simplificación de los medios utilizados para combatir las emisiones nocivas de los motores de combustión interna;
- lograr cierta economía de combustible, por muy disputada que sea;
- la posibilidad de circulación con tracción eléctrica pura donde esté prohibido el uso de motores de combustión interna;
- un aumento bastante simple de la capacidad declarada;
- la imposibilidad, a diferencia de un coche eléctrico, de quedarse sin energía fuera de la red eléctrica.
Todas las desventajas están asociadas con la complicación de la tecnología:
- la necesidad de personal competente especialmente capacitado para trabajar con híbridos;
- un aumento de la masa del vehículo, que también consume combustible;
- mayor precio del coche;
- pérdida para los vehículos eléctricos debido a la conservación del motor de combustión interna y todo lo relacionado con él;
- tecnologías aún insuficientemente desarrolladas y la falta de un enfoque unificado para el diseño;
- pobre respeto al medio ambiente en la producción de baterías y su eliminación.
Es posible que la producción de híbridos continúe después de la desaparición total de los autos clásicos.
Pero esto solo sucederá si se crea un único motor de combustible hidrocarburo compacto, económico y bien controlado, que será un buen complemento para el coche eléctrico del futuro, aumentando significativamente su aún insuficiente autonomía.
