Toyota Prius Hibrido

Toyota Prius Hibrido

El Toyota Prius es el híbrido más demandado entre los compradores de este tipo de vehículos. Funciona con gasolina pero gasta menos que un Diesel (4,3 L/100 km) y es el modelo que emite menos CO2 del mercado, con sólo 104 gr/km; un 30% menos que el resto de turismos. Su secreto es la tecnología Hybrid Sinergy Drive (HSD), desarrollada por Toyota, y que combina un motor térmico con otro eléctrico alimentado por unas baterías que se recarga con la fuerza de las frenadas. Lo que inicialmente parece una idea tan sencilla como brillante, resulta, a la postre, técnicamente muy compleja, y con en reto añadido de que todos los componentes extra que precisa una mecánica semejante deben ocupar el mismo espacio que habitualmente precisa el motor de un automóvil convencional.

El Toyota Prius a evolucionado con los años montando una nueva versión (THS II) que ha mejorado la primera versión THS (Toyota Hybrid System)..

Para el funcionamiento del Prius se dispone de dos motores; por una parte, tenemos un motor de gasolina de 1,5 litros, con 78 CV de potencia máxima a 5.000 rpm. Por otra, se apoya en un motor eléctrico, con una potencia máxima equivalente a 68 CV (50 kW), con lo cual, cuando los dos trabajan al unísono, se logra una potencia total de unos 111 CV. El par máximo es impresionante, alrededor de 400 Nm., desde el motor parado y hasta las 1.200 revoluciones.

Con todo ello los consumos de combustible anunciados por Toyota son de 4,3 litros a los 100 kilómetros en ciclo combinado, 4,2 litros cada 100 kilómetros en carretera y 5 litros cada 100 kilómetros en ciudad.

Motor

El motor térmico funciona según el llamado "ciclo Atkinson", ideado por el ingeniero inglés James Atkinson (1887), y que se diferencia ligeramente del tradicional motor de "ciclo Otto" de cuatro tiempos. Bien es sabido que el rendimiento termodinámico de cualquier motor de combustión interna se ve favorecido por un alto valor de la relación de compresión, que a su vez tiene el inconveniente de la tendencia que posee la gasolina a producir detonación para altas relaciones de compresión.

El ciclo Atkinson trata de aprovechar las ventajas que supone una alta relación de compresión reduciendo la duración efectiva de la carrera de compresión con respecto a la de expansión del tradicional ciclo Otto. La forma más viable y sencilla de conseguir esto es retrasar el cierre de la válvula de admisión, permitiendo un cierto reflujo de gases hacia el colector de admisión mientras el pistón asciende. Esa mezcla se aprovecha en el siguiente ciclo de aspiración.

El cierre de la válvula determina la cantidad de gases que permanecen en el interior del cilindro y el comienzo de la compresión. La menor cantidad de mezcla retenida se traduce en unas menores prestaciones, pero autoriza a usar relaciones de compresión altas (13:1 en el Toyota Prius) sin que se produzca detonación, lo que permite un mayor aprovechamiento de la energía liberada en la combustión durante la carrera de expansión. Este ciclo ha sido en ocasiones denominado como «de cinco tiempos»: admisión, reflujo de gases, compresión, expansión y escape.

El motor Toyota que lleva el Prius tiene distribución variable de tipo VVT-i. Puede cerrar la válvula de admisión entre 78° y 105° después del punto muerto inferior. Es decir, en función de las condiciones de funcionamiento, es posible que no cierre las válvulas de admisión hasta después de llevar media carrera ascendente. La relación de compresión real nunca es más de 9:1, mientras que la relación de expansión es 13:1.

El funcionamiento de este vehículo dispone que el "motor eléctrico" es el que actúa a bajas velocidades y cuando no se exige un rendimiento mecánico elevado. El "motor de gasolina", en cambio, entra en funcionamiento cuando se aumenta la velocidad o se solicita más potencia. Este proceso se realiza de forma completamente automática y sin que el conductor note apenas el trabajo de uno u otro, a pesar de que el monitor de energía, situado en la pantalla multifunción de la consola central, informa a los ocupantes de los tránsitos de energía térmica y eléctrica, el estado de carga de la batería y la recuperación de energía cinética. Ésta última es precisamente una de las grandes ventajas de este coche, que no necesita alimentación externa –su batería no precisa ser recargada–, ya que la fuerza de las frenadas y el funcionamiento del motor de explosión ya recargan la batería de ion-litio, la más sofisticada y potente del mundo en su género. Gracias a esta inteligente combinación, el Prius logra un consumo medio homologado de combustible de 4,3 litros a los 100 km, todo un récord para un coche “de gasolina”.

El Prius tiene un motor eléctrico permanentemente engranado al diferencial de la transmisión, sin ningún tipo de embrague. Es decir, el motor eléctrico y las ruedas son siempre solidarios. El funcionamiento del motor eléctrico es posible durante unos pocos km y por debajo de 50 km por hora y esto suponiendo que la batería este a plena carga, porque sino la autonomía seria mucho menor..

Para mover a las ruedas, el motor eléctrico puede estar impulsado eléctricamente (por una batería, un generador o ambas cosas a la vez) o mecánicamente (por un motor de gasolina). El motor térmico nunca mueve directamente a las ruedas; su fuerza se aprovecha para mover a un generador eléctrico o para mover mecánicamente al motor eléctrico.

Con la electricidad que produce el generador eléctrico cuando lo impulsa el motor de gasolina se puede: mover al motor eléctrico, almacenar energía en la batería o ambas cosas al mismo tiempo.

La batería sirve como fuente de electricidad para todo el coche. Obtiene la energía por dos medios: uno, del motor térmico, a través del generador. Dos, del motor eléctrico cuando éste no impulsa al coche (en ese caso, el motor eléctrico se convierte en otro generador).

En la imagen siguiente, que simula una aceleración y una deceleración del coche, se pueden apreciar todos los procesos citados.

El sistema está controlado por una centralita que distribuye la fuerza de cada elemento, de acuerdo con la fuerza que sea necesaria en cada momento y con el nivel de carga de la batería.

En la siguiente imagen se puede ver un ejemplo de funcionamiento. En las demás imágenes se ve una ilustración del flujo de fuerza en cada caso, junto con el esquema que puede aparecer en el monitor del coche.

Si el conductor selecciona la función de máxima retención con el mando del cambio, el motor térmico gira sin alimentación de combustible (es decir, se convierte en una bomba de aire). En esa posición del cambio, además, la retención que da el motor eléctrico convertidor en generador también es mayor.

Hay un botón que anula completamente el motor térmico, si la batería no baja de una cierta carga y si el conductor no solicita demasiada fuerza del sistema (una aceleración fuerte, un rampa pronunciada o una velocidad superior a unos 50 km/h). Esta función puede ser útil para salir circular por espacios cerrados (como aparcamientos), sin que el coche contamine ni haga ruido.

Transmisión

Toyota denomina a la transmisión utilizada en el Prius como “Power Split Device”. Esta transmisión no tiene una caja de cambios convencional con distintos engranajes, ni una caja automática de variador continuo con correa. Este vehículo dispone de un "engranaje planetario" para transmitir el movimiento a las ruedas. No tener una caja de cambio normal aporta ventajas notables y especialmente necesarias en un coche como éste: menos peso, más espacio y menos pérdidas por rozamiento.

Dado que el motor funciona siempre casi a plena carga y con un margen de revoluciones no muy amplio, hacía falta algo para que (en esas condiciones) valiera igual para arrancar en marcha lenta y para ir a gran velocidad. Ese algo es el engranaje planetario, que tiene tres elementos: un «planeta» o engranaje central; unos «satélites» que giran alrededor de él; y una «corona» con un dentado interior a la cual también están engranados los satélites.

El engranaje planetario utilizado en esta transmisión une cada uno de sus componentes (figura inferior):

• Engranaje central o "planetario" está unido al generador eléctrico.

• El portasatélites está unido al motor térmico.

• La corona esta unida al motor eléctrico.

A uno de estos elementos está engranado el motor térmico, al otro un generador eléctrico y el otro es solidario con las ruedas el coche. La clave del sistema es que el giro del generador eléctrico puede ser mayor o menor, en función de la resistencia que oponga. Si es preciso un desarrollo corto, el generador eléctrico opone una gran resistencia al movimiento. A consecuencia de ello «roba» fuerza al motor térmico y la envía al motor eléctrico, que también impulsa a las ruedas. La fuerza que va a parar al motor es finalmente la misma, si no entran en juego las baterías. Pero, mediante este método, el engranaje epicicloidal tiene el desarrollo corto que hace falta (por ejemplo para arrancar) y largo para alcanzar un velocidad alta, a igualdad de régimen del motor.

A medida que el coche gana velocidad, el generador eléctrico opone menos resistencia y su giro aumenta. A causa de ello, el desarrollo se hace más largo. Si las baterías no intervienen en la aceleración, toda

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