Un poco de historia: ¿cómo se desarrolló la propulsión híbrida de Toyota?

Hemos estado ejecutando C-HR en la sala de redacción desde hace un tiempo. Todos los días apreciamos los beneficios de la conducción híbrida en la ciudad, pero por un tiempo nos preguntamos qué tan lejos llegó Hybrid Synergy Drive antes de llegar al último modelo. Si a ti también te interesa, sigue leyendo.

¿Alguna vez se ha preguntado hasta dónde ha llegado la historia de las unidades híbridas? Contrariamente a las apariencias, este tipo de invención no es el dominio de las últimas décadas más o menos. La primera patente de un sistema de accionamiento que utiliza un motor de combustión interna y un motor eléctrico perteneció a William H. Patton, y apareció... ¡antes de hace 128 años! Esta patente desarrolló el Patton Motor Car, un sistema de propulsión híbrido que se utilizó para propulsar tranvías y locomotoras pequeñas. En 1889 se creó un prototipo y ocho años más tarde se vendió la versión en serie de la locomotora a la empresa ferroviaria.

Un año antes, el Phaeton salió a las carreteras antes de la producción del teleférico de Patton. No, no este Volkswagen-Bentley. Faetón de Armstrong. Probablemente el primer coche híbrido, o más bien silla de ruedas, de la historia. A bordo había un motor de combustión interna de 6,5 cilindros y 2 litros, así como un motor eléctrico. El volante también actuaba como una dínamo que cargaba la batería. Armstrong Phaeton ya recuperaba energía al frenar, pero de una manera ligeramente diferente a la de los híbridos actuales. El motor eléctrico se utilizó para encender las lámparas y arrancar el motor de combustión interna, y quizás esto no hubiera sido sorprendente si no fuera por el hecho de que superó al arranque automático de Cadillac por 16 años.

¿Interesado? ¿Qué tal una transmisión semiautomática de 3 velocidades? Los engranajes no tenían que cambiarse completamente a mano. Mucho antes de que se inventaran los sincronizadores y se olvidara la técnica del doble embrague, un motor eléctrico accionaba el embrague automáticamente al cambiar de marcha. Sin embargo, el motor Armstrong Phaeton era... demasiado potente. Dañó constantemente las ruedas de madera, que posteriormente se eliminó agregando refuerzos a las ruedas.

Ferdinand Porsche también tuvo su mérito en la historia de los automóviles. El Lohner-Porsche Mixte Hybrid fue un vehículo que, en versiones posteriores, fue propulsado por motores eléctricos, uno para cada rueda. Estos motores funcionaban con baterías y el par de un motor de combustión interna. Este vehículo podía transportar hasta cuatro personas y moverse solo a través de la energía eléctrica o solo usando un motor de combustión interna.

¿Suena genial? No completamente. Las baterías mixtas constaban de 44 celdas de 80 voltios y pesaban 1,8 toneladas. Los eslabones no eran muy fuertes, por lo que se cerraron en un estuche adecuado y se colgaron de resortes. Sin embargo, esta es la batería en sí, y vamos a agregarle muchos motores eléctricos. El invento de Lohner y Porsche pesaba más de 4 toneladas. Aunque desde el punto de vista actual parece un completo fallo de encendido, Mixte hizo pensar a muchos ingenieros. Por ejemplo, los de Boeing y la NASA, que estudiaron muy detenidamente este aparato. Con efectos, porque el LRV que usaron las misiones Apolo 15, 16 y 17 para dar la vuelta a la luna tenía muchas soluciones sacadas del híbrido Lohner-Porsche Mixte.

La historia de los híbridos es bastante larga, así que vayamos directamente al presente desde el principio. Los híbridos tal como los conocemos solo se hicieron populares a finales de los 90 cuando el Toyota Prius ingresó al mercado japonés. Fue entonces cuando por primera vez, en 1997, se utilizó el nombre "Toyota Hybrid System", que luego se convirtió en "Hybrid Synergy Drive". ¿Cómo eran las generaciones individuales?

Primer Toyota Prius - Sistema Híbrido de Toyota

Ya sabemos que la idea de un coche híbrido no es nueva. Sin embargo, tomó más de 100 años para que este concepto se volviera realmente popular. Toyota Prius se convirtió en el primer automóvil híbrido producido en masa. Quizá por eso todos los híbridos se asocian claramente al Prius. Pero veamos las soluciones técnicas.

Aunque la producción del Prius comenzó en 1997, esta porción de las ventas fue solo para el mercado japonés. Las exportaciones a otros mercados, principalmente a los EE. UU., solo comenzaron en 2000. Sin embargo, el modelo de exportación NHW11 se ha actualizado ligeramente con respecto a su predecesor (NHW10).

Debajo del capó del híbrido japonés había un motor 1.5 VVT-i con sincronización variable de válvulas, que funcionaba con el ciclo Atkinson. Las suposiciones eran más o menos las mismas que ahora: el motor de gasolina estaba respaldado por dos motores eléctricos, uno que funcionaba como generador y el otro que impulsaba las ruedas. El engranaje planetario, que servía como una transmisión CVT continuamente variable, era responsable de la correcta distribución del trabajo de los motores.

No era un coche muy rápido, con una potencia de 58 CV. y 102 Nm a 4000 rpm. Por lo tanto, la aceleración fue más bien modesta, al igual que la velocidad máxima de 160 km/h. Lo que me agradó fue el bajo consumo de combustible, que en promedio podía caer por debajo de los 5 l/100 km.

En la versión NHW11, la mayoría de los componentes se han mejorado para proporcionar un mejor rendimiento. La potencia del motor eléctrico se ha incrementado en 3 kW y el par en 45 Nm. Se han reducido las pérdidas mecánicas y se ha reducido el ruido. La velocidad máxima del motor también se ha incrementado en 500 rpm.

Sin embargo, el primer Prius no estuvo exento de fallas: no era tan confiable como los modelos actuales, hubo problemas con el sobrecalentamiento de las baterías y algunos componentes eléctricos (como el motor eléctrico) eran demasiado ruidosos.

Prius II o Hybrid Synergy Drive

En 2003, apareció otro Prius con un motor THS de segunda generación. Primero se llamó Hybrid Synergy Drive. Antes de entrar en el camino, vale la pena mencionar la forma icónica. No surgió de la nada e incluso tiene su propio nombre: "Kammbak". Fue desarrollado en la década de 30 por el ingeniero aerodinámico Wunibald Kamm. La carrocería con una parte trasera alta y recortada es más aerodinámica, no hay turbulencias detrás del automóvil.

Mientras trabajaba en la segunda generación del Prius, Toyota registró hasta 530 patentes. Aunque el concepto como tal era similar al de la unidad THS, solo en el HSD se utilizaban correctamente las capacidades del sistema de disco. Se igualó el potencial del motor eléctrico y del motor de combustión interna, en contraste con la idea anterior, que era aumentar la potencia del motor de combustión interna para aumentar la productividad. El segundo Prius arrancó y aceleró en parte con la ayuda de un motor eléctrico. La potencia de la parte eléctrica del accionamiento se incrementa en un 50%.

Esta generación también vio la introducción de un compresor de aire acondicionado eléctrico que no requería un motor de combustión interna para enfriar o calentar el interior. Se ha mantenido así hasta el día de hoy. El Prius también recibió baterías NiMH más ligeras en 2003. Se ha reducido el número de celdas y se ha aumentado la densidad del electrolito. Además, fue en este modelo donde se introdujo por primera vez el modo EV, que le permite conducir solo con el motor eléctrico.

Lexus desarrolló sus propias variantes del tren motriz de esta generación. En 2005, aplicó otro motor eléctrico al eje trasero y así creó un híbrido con tracción total. El tercer motor funcionaba independientemente del comando al eje delantero, aunque, por supuesto, estaba controlado por un controlador que regula el par y el diferencial de velocidad.

Los primeros Lexus GS 450h y LS 600h demostraron cómo el HSD puede funcionar junto con motores potentes y tracción trasera. Este sistema era aún más complejo, especialmente en el campo de la transmisión. Caja de cambios planetaria Ravigneaux con cuatro ejes, dos embragues que cambian la relación de transmisión del segundo motor en relación con las ruedas; no estaba claro entrar en detalles. Esto debe ser explicado por el ingeniero mecánico.

Híbrido Synergy Drive III

Llegamos a la penúltima generación de la propulsión híbrida. Aquí es donde tuvo lugar una verdadera revolución. Reemplazo del 90% de las piezas. El motor de combustión interna aumentó el volumen de trabajo a 1.8 litros, pero los motores eléctricos se redujeron. La potencia aumentó a 136 hp, mientras que el consumo de combustible disminuyó en un 9%. En esta generación, pudimos seleccionar un modo de conducción: normal, eco y dinámico.

El HSD tiene una relación de transmisión fija, por lo que el engranaje planetario, aunque similar a una CVT, es algo completamente diferente. El anillo exterior del engranaje es el motor MG2, el engranaje solar es el motor MG1 y el ICE está conectado por "planetas". El conductor puede influir de alguna manera en el funcionamiento del motor de combustión interna y del motor eléctrico, pero el pedal del acelerador solo se usa para comunicarse con la computadora. Decimos cómo nos gustaría acelerar, y la computadora calculará cuáles son las condiciones del camino y cómo combinar de la manera más efectiva el trabajo del motor eléctrico y el motor de combustión interna.

Toyota C-HR o HSD IV

La cuarta generación del drive apareció... en la cuarta generación del Prius. Sin embargo, ya logró arraigarse en otros modelos, por ejemplo, en el C-HR. El Cuarteto se apoya en gran medida en el HSD III, pero lo aprovecha aún más con un menor consumo de combustible. Sin embargo, "más" no significa potencia, ya que se ha reducido a 122 CV.

En primer lugar, se han mejorado las características de carga de las baterías: los nuevos híbridos pueden absorber grandes dosis de energía en menos tiempo. El inversor tiene un sistema de refrigeración independiente y ocupa un 30 % menos de espacio. El engranaje planetario se reemplaza por uno cilíndrico. Se ha rediseñado toda la caja de cambios para que genere un 20 % menos de desperdicio.

Suma

Hemos visto partes del viaje de Toyota hacia vehículos que combinan los beneficios de los motores eléctricos con la versatilidad de los motores de combustión interna. Sin embargo, no es el disco en sí mismo el que cambia. El concepto de coche híbrido también está cambiando. Este hace tiempo que dejó de ser un Prius y se está abriendo camino en autos que se ven un poco más convencionales. Los híbridos se están convirtiendo gradualmente en parte de la vida cotidiana. Los vemos por todas partes en las grandes ciudades. 

Uno de ellos es el Toyota C-HR, que gustará a aquellos que quieran moverse por la ciudad en un crossover interesante, pero que aprecien el bajo consumo de combustible y la tranquilidad. También existe una creciente conciencia de la necesidad de reducir la contaminación, y aunque los automóviles no son la fuente de todos los males aquí, son parte de ellos, por lo que se debe hacer algo al respecto. Toyota registra un crecimiento significativo en las ventas de vehículos híbridos año tras año. No gracias al Prius, gracias a coches como el Auris o el C-HR, todavía disponible en la cartera, en el embalaje habitual, pero con una transmisión mejorada, cuyo valor añadido es la fiabilidad probada.

¿Cuándo es la próxima generación? no lo sabemos Probablemente esperemos unos años más. Sin embargo, el tren motriz de los últimos híbridos de Toyota ya está alcanzando un nivel increíblemente alto de sofisticación.