UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES Y TRANSMISIÓN DE UN VEHÍCULO HÍBRIDO, TOYOTA PRIUS TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ AUTOR: ANDRÉS PATRICIO MÉNDEZ TAFUR DIRECTOR: ING. CARLOS ROSALES Quito, Julio 2014
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES Y
TRANSMISIÓN DE UN VEHÍCULO HÍBRIDO, TOYOTA PRIUS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
AUTOR: ANDRÉS PATRICIO MÉNDEZ TAFUR
DIRECTOR: ING. CARLOS ROSALES
Quito, Julio 2014
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo ANDRÉS PATRICIO MÉNDEZ TAFUR, declaro que el trabajo aquí descrito
es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que
se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
________________________
ANDRÉS PATRICIO MÉNDEZ TAFUR
C.I.: 171995773-8
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Análisis del sistema de
motogeneradores y transmisión de un vehículo híbrido, Toyota Prius”,
que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por
Andrés Patricio Méndez Tafur, bajo mi dirección y supervisión, en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones
requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Carlos Rosales
C.I. 180196922-9
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
El presente trabajo de titulación, lo dedico cariñosamente a mis padres, quienes
fueron mi principal apoyo y soporte durante todo este periodo de mi vida, tiempo
en el cual supieron apoyarme y alentarme para que siga adelante, mientras
hicieron todo lo posible para que yo cumpliera con mis sueños.
Andrés Patricio Méndez Tafur
AGRADECIMIENTO
Mis más sinceros agradecimientos a todas las personas que estuvieron
conmigo en este camino, a mis profesores que supieron entregarme todos sus
conocimientos y consejos en el momento oportuno, así como a toda mi familia,
padres, hermanas, mi novia y amigos, quienes siempre estuvieron a mi lado,
apoyándome y motivándome para que yo siga adelante.
Andrés Patricio Méndez Tafur
vii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ......................................................................................................... xii
ABSTRACT ....................................................................................................... xiii
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1
2. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 9
2.1 EL VEHÍCULO HÍBRIDO ............................................................................. 10
2.2 CONSTITUCIÓN BÁSICA ....................................................................... 14
2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ................................................................ 16
2.4 TIPOS DE TRENES DE PROPULSIÓN .................................................. 18
2.4.1 SISTEMA HÍBRIDO EN PARALELO ................................................. 19
2.4.2 SISTEMA HÍBRIDO EN SERIE ......................................................... 20
2.4.3 SISTEMA HÍBRIDO MIXTO .............................................................. 21
2.5 FUNCIONAMIENTO ................................................................................ 23
2.6 SISTEMAS Y PARTES PRINCIPALES ................................................... 30
2.7 MOTOGENERADOR 1 ............................................................................ 31
2.7.1 CARACTERÍSTICAS DE MG1 ......................................................... 35
2.8 MOTOGENERADOR 2 ............................................................................ 36
2.8.1 CARACTERÍSTICAS DE MG2 .......................................................... 41
2.9 SENSOR DE VELOCIDAD ...................................................................... 42
2.10 UNIDAD DEL TRANSEJE ..................................................................... 43
2.10.1 AMORTIGUADOR DEL TRANSEJE ............................................... 44
2.11 TRANSMISIÓN ...................................................................................... 45
viii
2.11.1 FORMAS DE FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN ............ 51
2.11.2 ENCENDIDO ................................................................................... 52
2.11.3 INICIO DE LA MARCHA .................................................................. 54
2.11.4 MODO CRUCERO .......................................................................... 56
2.11.5 MODO FRENO-MOTOR ................................................................. 57
2.11.6 VEHÍCULO PARADO Y CARGANDO LA BATERÍA ....................... 58
2.11.7 MARCHA ATRÁS O REVERSA ...................................................... 59
2.11.8 FRENADO ....................................................................................... 60
3. METODOLOGÍA ............................................................................................ 61
3.1 ALCANCE ................................................................................................ 63
3.2 HERRAMIENTAS/TÉCNICAS ................................................................. 64
3.3 MÉTODOS .............................................................................................. 65
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 66
4.1 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE QUITO..................................................................................... ..69
4.2 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE PAPALLACTA ......................................................................... ..90
4.3 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE SANTO DOMINGO Y PEDERNALES ................................... ..124
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 151
NOMENCLATURA O GLOSARIO ................................................................... 155
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 158
ix
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINAS
Tabla 1. Datos sobre el sistema de motogeneradores 70
Tabla 2. Parámetros iniciales 72
Tabla 3. Datos de los motogeneradores 73
Tabla 4. Comparación de resultados 89
Tabla 5. Comparación de resultados de las pruebas en carretera 123
Tabla 6. Comparación de parámetros de funcionamiento 150
x
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINAS
Figura 1. Toyota Prius 2010 12
Figura 2. Componentes del Toyota Prius 15
Figura 3. Diagrama de la configuración en paralelo 20
Figura 4. Diagrama de la configuración en serie 21
Figura 5. Diagrama de la configuración mixta (serie/paralelo) 22
Figura 6. Toyota Prius 23
Figura 7. PSD despiezado (arriba) y montado (abajo) 24
Figura 8. Diagrama de disposición de los elementos de la transmisión 25
Figura 9. Motor, inversor y motogeneradores del Toyota Prius 26
Figura 10. Monitor de flujo de energía 27
Figura 11. Ubicación de MG1 en la transmisión 31
Figura 12. Imanes permanentes de MG1 32
Figura 13. Ubicación de MG1 dentro de su carcasa 33
Figura 14. Engranaje epicicloidal de la transmisión 34
Figura 15. Moto generador 2 de un Toyota Prius 37
Figura 16. MG2 38
Figura 17. Diagrama del sistema de refrigeración de los motogeneradores 39
Figura 18. Diferencial del Toyota Prius 40
Figura 19. Diagrama de la bomba de lubricación 41
Figura 20. Estructura del sensor de posición 43
Figura 21. Unidad de transeje 44
Figura 22. Amortiguador del transeje 45
Figura 23. Diferencial y tren epicicloidal de la transmisión 46
Figura 24. Motogeneradores y transmisión del Toyota Prius 47
Figura 25.Esquema de componentes de la transmisión 47
Figura 26. Eje y engranaje epicicloidal del Toyota Prius 48
Figura 27.Motogeneradores y engranajes de la transmisión 50
Figura 28. Esquema interno de la transmisión 51
Figura 29. Funcionamiento durante el encendido 53
Figura 30. Funcionamiento en el inicio de la marcha 55
Figura 31. Funcionamiento con MCI encendido 56
Figura 32. Funcionamiento en reversa 59
Figura 33. Pantalla de parámetros del vehículo. 70
Figura 34. Parámetros del vehículo encendido 71
Figura 35. Datos durante la marcha 72
xi
Figura 36. Revoluciones de MG2 74
Figura 37. Curvas de revoluciones y torque de MG2 76
Figura 38. Curvas de revoluciones y torque de MG2 79
Figura 39. Curvas de funcionamiento 81
Figura 40. Curva de revoluciones de MG1 84
Figura 41. Revoluciones y torque de MG1 86
Figura 42. Revoluciones y torque de MG2 92
Figura 43. Curvas de MG1 94
Figura 44. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1 96
Figura 45. Curvas de torque de los motogeneradores 97
Figura 46. Curvas de revoluciones y torque de MG2 101
Figura 47. Curvas de funcionamiento de MG1 103
Figura 48. Curvas de revoluciones 105
Figura 49. Revoluciones de MCI y torque de los motogeneradores 108
Figura 50. Revoluciones de MCI con torque de MG2 y MG1 109
Figura 51. Curvas de revoluciones 110
Figura 52. Curvas de revoluciones y torque de los motogeneradores 112
Figura 53. Curvas de funcionamiento de MG2 113
Figura 54. Datos acerca de MG1 115
Figura 55. Curvas de funcionamiento de MG2 116
Figura 56. Curvas de funcionamiento de MG1 117
Figura 57. Torque freno regenerativo y revoluciones de MG1 y Mg2 119
Figura 58. Curvas de torque de MG2 y MG1 y freno regenerativo 121
Figura 59. Curvas de trabajo de MG2 125
Figura 60. Curvas de funcionamiento de MG1 127
Figura 61. Curva del freno regenerativo 128
Figura 62. Curva de trabajo de MG2 129
Figura 63. Curvas de torque de MG2 y MG1 131
Figura 64. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1 133
Figura 65. Curva de torque del freno regenerativo 135
Figura 66. Curvas de funcionamiento de MG2 137
Figura 67. Curvas de funcionamiento de MG1 139
Figura 68. Curvas de torque de MG2 y MG1 140
Figura 69. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1 142
Figura 70. Curva de funcionamiento del freno regenerativo 143
Figura 71.Curvas de funcionamiento de MG2 145
Figura 72.Curvas de funcionamiento de MG1 147
Figura 73.Curvas de revoluciones 148
xii
RESUMEN
El presente trabajo, permite conocer el funcionamiento de los elementos de la
transmisión, los motogeneradores cómo interactúan entre sí y con el vehículo,
con el fin de aportar de manera significativa una nueva tecnología, ya que el
avance tecnológico que representan los vehículos híbridos es una base
fundamental para el desarrollo y progreso de la industria automotriz en el país,
capaz de reducir tanto el consumo de combustible del vehículo como sus
emisiones contaminantes, mejores prestaciones en los demás aspectos como
seguridad y maniobrabilidad.
Los motogeneradores se encargan de hacer el trabajo necesario para mover al
vehículo en situaciones en las cuales el motor de combustión interna no se
encuentra en su punto óptimo de desempeño, logrando esto de forma trabajar
de manera autónoma con su propia energía eléctrica usándola en todas las
situaciones posibles, convirtiendo al Toyota Prius en el vehículo con menor nivel
de polución en la actualidad.
Se realizó diferentes pruebas dentro y fuera de la ciudad de Quito a una altura
de 2.800 metros, a una altura mayor en Papallacta a una altura de 3710 metros
sobre el nivel del mar, en Santo Domingo a una altura de 655 metros sobre el
nivel del mar y a nivel del mar en Pedernales a una altura de 0 metros sobre el
nivel del mar, para así poder conocer el funcionamiento de los
motogeneradores y obtener datos acerca de su trabajo, y mediante estas
determinar la ayuda que estos representan en la conducción.
Las pruebas realizadas muestra que el aporte de energía que los
motogeneradores ofrecen, se traducen en una potencia adicional sin que esto
represente un mayor ahorro de consumo de combustible.
xiii
ABSTRACT
This work of qualification, which is called analysis of motor generators and
transmission of a Toyota Prius hybrid vehicle system, allows us to know the way
in which these elements operate and interact among themselves and with the
entire vehicle in order to bring a new technology, able to reduce the fuel
consumption of the vehicle as much as their emissions significantly.
The contribution of these elements, on the basis and operation of a normal
vehicle, represents a gain of power, as well as improved performance in all other
directions that represent an important point for consumers, such as safety,
handling, and fuel economy.
The motor generators are responsible for develop the power required by the
vehicle at low speeds to move with easy and softness, both with in the cities as
in long journeys by road, in addition to providing all the necessary extra power
for a safe and smooth driving at high speed.
Motor generators are responsible for doing all the work necessary to move the
vehicle in situations in which the engine is not efficient, achieving this almost
autonomously working with its own electrical power, since they have the ability
to generate electricity and use it in all possible situations, making the Toyota
Prius with lower levels of pollution today.
The technological advance that represents hybrid vehicles is an essential basis
for the development and progress of the automotive industry in our country,
since these vehicle opens.
The door towards the development and research of new technologies applied to
reduce the levels of pollution and provide more efficient vehicles.
1
1. INTRODUCCIÓN
2
El presente trabajo de titulación muestra una visión general del desarrollo de los
vehículos híbridos, en el aspecto tecnológico, con todas las investigaciones que
se llevan a cabo dentro de este campo y poner de manifiesto la situación actual
en la que se encuentra la industria automotriz al desarrollar estas tecnologías
híbridas. Además de definir que es un vehículo híbrido y cuáles son los
diferentes componentes que lo forman y las funciones que estos cumplen.
En la actualidad, el temor a un mundo sin combustible y la escases de recursos
naturales no renovables, ha llevado a varias empresas automotrices a buscar
medios alternativos para combatir esta crisis. La tecnología híbrida representa
un factor muy favorable para éste fin, ya que abre las puertas a diferentes
oportunidades para el futuro y así evitar el uso de combustibles derivados del
petróleo.
Es por esto que Toyota está desarrollando nuevas tecnologías que van desde
los vehículos híbridos actuales, los vehículos eléctricos, incluso hasta los
vehículos que son impulsados por hidrógeno y combustibles alternativos.
En el país, existe la necesidad de tener información y de realizar estudios sobre
el funcionamiento y desarrollo de las nuevas tecnologías de los vehículos
híbridos, para así colaborar a la solución del principal problema al que la
industria automotriz se enfrenta hoy en día: la contaminación proveniente de la
emisión de gases contaminantes como el CO y gases de invernadero por parte
de los automóviles, y la poca disponibilidad de recursos naturales no
renovables.
Este estudio toma en cuenta la necesidad que existe dentro de la Universidad
Tecnológica Equinoccial de poseer un documento que explique detalladamente
el funcionamiento de esta nueva tecnología en un vehículo híbrido, tanto de
forma general como de sus partes más importantes, que vienen a ser el motor
de combustión interna, los motogeneradores, el inversor y la batería.
3
Los vehículos híbridos contribuyen a solucionar el problema de la
contaminación, debido a que utilizan menos combustible y usan fuentes
alternas de energía, además están fabricados con materiales reciclables como
el aluminio y plástico ya que su proceso de extracción no causa grandes
impactos negativos sobre el medio ambiente gracias a la tecnología que se usa
para estos fines.
Este es en gran medida el mayor beneficio que brindan los vehículos híbridos
para contribuir a solucionar el problema de la falta de recursos naturales y
problemas ambientales, en especial la contaminación y calentamiento global.
El presente estudio empezará de forma exploratoria, para así conocer las partes
que forman el vehículo híbrido, su funcionamiento, así como las posibilidades
que estos brindan al continuo desarrollo de tecnologías nuevas que reduzcan
los impactos negativos en el medio ambiente.
Los vehículos híbridos, traen nuevos componentes y nueva tecnología que
permite un ahorro en el consumo de combustible, esto se busca principalmente
por la necesidad de reducir los niveles de contaminación y polución existente,
así como reducir la cantidad de combustible que es demandado a nivel mundial
únicamente para los automóviles.
La idea de usar fuentes alternas de energía ha sido impulsada por la mayoría
de gobiernos alrededor del mundo, tanto así que muchos países brindan
subsidios y ayudas económicas a quien desee adquirir un vehículo de este tipo.
Los autos híbridos constan de muchas partes especiales, así como
componentes adicionales que no se encuentran en los vehículos
convencionales, como es el caso de las baterías, los motogeneradores y el
inversor en forma general.
4
En las partes en las que se hará énfasis a lo largo del presente estudio, es en
los motogeneradores y transmisión, que es el tema del cual trata esta
investigación en particular.
En este estudio se realizará un análisis de los motogeneradores y la
transmisión, se observará sus características físicas y constructivas, así como
el material del que están hechos, las partes internas que poseen, con esto se
confirmara su funcionamiento y la forma en que operan como conjunto para
mover el vehículo.
Actualmente y debido al desarrollo tecnológico que está atravesando el mundo,
y con esto los problemas que la tecnología e industrialización traen consigo
como la contaminación, polución y consumo excesivo de recursos naturales
tanto renovables como no renovables, la tecnología en todas las áreas se ha
desarrollado hacia la vía de la conservación ambiental y mejor aprovechamiento
de los recursos.
La industria automotriz no es la excepción, el desarrollo tecnológico se ha
orientado a la creación de nuevas tecnologías limpias para impulsar a los
vehículos, es decir combustibles alternativos e investigaciones orientadas para
la conservación del medio ambiente y el mejor aprovechamiento de recursos
naturales no renovables, principalmente los recursos que se usan para producir
combustibles, partes y piezas de los autos, dentro de los cuales el más usado, y
contaminante a la vez es el petróleo.(Ecologismo, 2010)
Por esto se han realizado múltiples estudios y esfuerzos para solucionar el
mayor problema que producen los autos, que es la contaminación debido a los
gases de escape que emiten.
En busca de solucionar el problema de la contaminación que generan los
vehículos, las compañías automotrices se han centrado en diseñar autos que
requieran menos materiales en su construcción, es decir, que estos nuevos
5
materiales sean más livianos y a la vez sean más amigables con el medio
ambiente y al mismo tiempo esto ayude a que los automóviles necesiten de
menos combustible para funcionar.
Aquí también consideran que los materiales usados sean fácilmente reciclables
y que los combustibles usados causen el menor impacto posible en el medio
ambiente.
Otro punto crucial en el cual las compañías automotrices han dedicado un gran
esfuerzo en investigación y desarrollo, es el área de motores, buscando cada
vez producir motores de combustión interna más eficientes y que a la vez
ofrezcan mejores prestaciones.
La idea es desarrollar motores que utilicen menos cantidad de combustible y
mejorar los diseños de motores de combustión interna que utilizan combustibles
alternativos en su funcionamiento.
Estos nuevos vehículos solucionan en gran parte el problema de la
contaminación, pero aún existen formas de mejorarlos para que sean más
ecológicos y el impacto negativo que producen sea menor. (Ecologismo, 2010)
Los mayores adelantos que se han logrado en este ámbito, por parte de las
compañías automotrices a nivel mundial son los vehículos llamados ecológicos,
en este gran grupo de autos se encuentran:
Vehículos híbridos
Vehículos eléctricos
Vehículos a hidrógeno
Vehículos que usan fuentes de propulsión alternativa
Los vehículos híbridos son en los que más se trabaja, y en los que se ha
puesto un mayor interés en su desarrollo y perfeccionamiento, ya que por el
momento son la mejor opción dentro de este nuevo segmento.
6
Estos vehículos son hoy en día la opción más aceptada, mientras se realiza la
transición de vehículos con motores de combustión interna a autos
completamente eléctricos.
Esta es la razón por la cual el presente estudio se centra en este tipo particular
de automóviles, y muy concretamente en el Toyota Prius, el cual es un auto
híbrido, del que se estudiara todo el sistema de motogeneradores y transmisión,
por ser el tema mismo del estudio.
Esta investigación se realizará tomando en cuenta la necesidad de conocer de
forma precisa estos componentes, se realizara todo el estudio y descripción de
los motogeneradores con el fin de explicar su funcionamiento y sus
características, además de la forman en que estos usan y aprovechan la
energía eléctrica.
Los motogeneradores son los encargados de mover al vehículo híbrido y
también de generar la energía eléctrica para alimentar la batería por lo que
desde el punto de vista de funcionamiento son elementos fundamentales para
el auto, y desde el punto de vista tecnológico, son los componentes más
desarrollados y los que mayor importancia tienen al momento de buscar
aumentar la autonomía junto con la batería, mejorar las prestaciones del
vehículo y reducir el consumo de combustible.
La necesidad de aumentar la autonomía del vehículo híbrido, viene dada por la
necesidad de reducir la cantidad de combustible fósil que requiere aún más,
logrando así disminuir los niveles de contaminación.
Si se logra que el auto funcione el mayor tiempo posible únicamente con
energía eléctrica, se logrará reducir los niveles de polución y de contaminación
que produce el automóvil al quemar combustible, acción que es difícil de
eliminar, debido a que esta es la forma principal en que el auto recarga las
7
baterías mientras se encuentra en funcionamiento, y así tener un medio
ambiente más limpio y sustentable.
El objetivo principal de todos los vehículos híbridos, es la de reducir la
contaminación, pero se necesita que estos autos tengan mayor eficiencia, razón
por la cual se busca la forma de tener vehículos alternativos limpios que sean
más eficientes, que posean una mayor autonomía eléctrica y que al final de su
vida útil tengan la capacidad de ser reciclados, logrando así un
aprovechamiento óptimo de los recursos naturales que se busca proteger.
Existe la necesidad de realizar este tipo de estudios en la Universidad
Tecnológica Equinoccial, ya que así se da la pauta para continuar desarrollando
nuevas tecnologías, y que estudios como este sirvan para formar
adecuadamente a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Automotriz.
Este conocimiento ayudará a la aceptación de los autos híbridos en el país,
debido a que cuando existe mayor información, las personas están más
dispuestas a investigar sobre el tema particular y aceptarlo como una fuente
segura.
El objetivo general de este estudio es analizar y describir el funcionamiento de
los motogeneradores y del sistema de transmisión de un vehículo híbrido,
concretamente de un Toyota Prius, mediante la realización de pruebas de ruta
en el auto y la medición de sus parámetros de funcionamiento con el fin de
obtener resultados reales para determinar mediante el estudio de los mismos
las ventajas energéticas que posee este vehículo frente a los automóviles
convencionales.
En esta investigación se va a abordar las características físicas y constructivas
en cuanto a materiales y diseño de los elementos del conjunto de
motogeneradores y transmisión del vehículo, además de analizar el
8
funcionamiento de los componentes del sistema de transmisión e interactúan
entre sí para aportar al funcionamiento del vehículo.
Para obtener los datos sobre el funcionamiento del conjunto de
motogeneradores se va a realizar pruebas de ruta con el vehículo, a fin de
obtener datos reales en algunos sitios de altura y diferentes condiciones propias
del Ecuador.
Una vez que se obtengan estos datos, se va a interpretar los resultados
obtenidos de estas pruebas, con el fin de determinar el desempeño y los
beneficios que ofrece este vehículo frente a otros autos.
9
2. MARCO TEÓRICO
10
2.1 EL VEHÍCULO HÍBRIDO
Debido a la necesidad de reducir las emisiones contaminantes generadas por
los gases de escape de los vehículos y a los elevados costos que los
combustibles fósiles convencionales han alcanzado en los últimos tiempos, se
ha comenzado a investigar e implementar desde hace varios años tecnologías
alternativas en los vehículos, que permitan mejorar las condiciones de
propulsión de los automóviles y a la vez reducir la contaminación.
Actualmente la mayoría de los medios de transporte están equipados con
motores de combustión interna, sin embargo en los últimos años se han logrado
mejorar mucho estos motores, habiendo disminuido de esta forma las
emisiones contaminantes y logrando incrementos en el rendimiento y potencia
de los mismos.
Los problemas medio ambientales y la creciente falta de recursos naturales no
renovables hacen que sea necesaria la disminución de las emisiones
contaminantes aún más.
En los últimos años las investigaciones se han encaminado a conseguir nuevos
sistemas y nuevas tecnologías de propulsión para los vehículos. Se ha
empezado a tomar en cuenta el concepto y uso generalizado de los autos
eléctricos, vehículos con pilas de combustible de hidrogeno, y vehículos
híbridos; todos estos sistemas de propulsión más limpios y ecológicos que los
que se usan actualmente. (Los autos híbridos, 2012)
Sin embargo, hay que tener en cuenta las prestaciones que se requieren en un
vehículo, los nuevos motores y nuevos sistemas de propulsión, tienen que
lograr prestaciones similares o incluso mejores que los vehículos actuales, ya
que la seguridad, el confort y potencia son factores muy valorados por las
11
personas al momento de adquirir un automóvil, y aquí es donde los vehículos
híbridos tienen un papel muy importante.
A pesar de que las ventajas medioambientales que los vehículos eléctricos
brindan para desplazamientos urbanos están demostrados los avances en
estos vehículos se ven detenidos por el peso, tamaño y costo de las baterías
de gran capacidad, necesarias para ofrecer una autonomía satisfactoria, así
como la ausencia de una infraestructura de recarga adecuada. (Dijck, 2012)
Un vehículo híbrido a diferencia de los vehículos eléctricos, permite continuar
avanzando si le falta energía eléctrica, ya que en ese momento funciona con el
motor de combustión interna como un vehículo convencional. Es decir, emplea
ambas fuentes de energía: la combustión y la electricidad para movilizarse y
brinda un ahorro económico de combustible y también emite pocas sustancias
contaminantes.
Existen numerosos esfuerzos por parte de varias compañías automotrices por
dotar al mundo de motores que llenen las expectativas de uso de energía
renovable y barata, como la energía solar u otras fuentes de energía que no
sean las de combustión a base del petróleo y sus derivados. Son esfuerzos muy
interesantes, pero cuyo costo actual hace imposible que toda la masa
consumidora pueda adquirirlos en forma generalizada. (Tejada, 2009)
Un vehículo híbrido es un vehículo de propulsión alternativa que combina un
motor eléctrico y un motor de combustión interna. Los modelos más recientes y
usados se fundamentan en patentes del ingeniero Víctor Wouk, llamado el
"Padre del coche híbrido". (Los autos híbridos, 2012)
La figura 1 muestra el vehículo híbrido más popular y vendido en la actualidad,
el Toyota Prius.
12
Figura 1. Toyota Prius 2010
Se denomina vehículos híbridos a los automóviles que utilizan un motor de
combustión interna que trabaja conjuntamente con un motor eléctrico, que
también puede ser generador en algunas condiciones, todo el sistema utiliza
una batería de alto voltaje para almacenar carga eléctrica, mientras que el
sistema de frenos regenerativos se encargan de mantener la carga eléctrica de
las mismas, todo esto controlado por la computadora del vehículo a través del
inversor. (Los autos híbridos, 2012)
Debido al estado de desarrollo actual de la tecnología de baterías eléctricas,
resulta complicado almacenar grandes cantidades de energía eléctrica, por lo
que la fuente principal para generarla continúa siendo el combustible que se
utiliza para el funcionamiento del motor de combustión interna.
El modo en que se almacena la energía eléctrica es también una de las
características principales de los vehículos híbridos y uno de los campos en los
que más se trabaja en los últimos años, al igual que en la forma de generar y
recuperar esta energía, a fin de tener cada vez procesos más eficientes.
13
La mayoría de las ventajas de la utilización de vehículos híbridos son las que
provienen del origen eléctrico del movimiento, como por ejemplo la frenada
regenerativa, que se realiza a través del motor eléctrico y que permite recargar
la batería y contribuye a disminuir la cantidad de energía perdida al momento de
frenar, energía cinética. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
En los vehículos híbridos el motor de combustión interna es más pequeño, y va
de acuerdo a la carga media de la conducción, ya que es el motor eléctrico el
que soporta los picos de carga, como en el caso de las aceleraciones bruscas,
esto ayuda a reducir el peso del vehículo al máximo, con lo que se reducen las
pérdidas de energía por rozamiento y se logra una disminución importante en el
consumo de combustible del vehículo. (J.C., 2009)
Dado que el mayor consumo de combustible de los vehículos híbridos se da en
carretera, los motores eléctricos constituyen un ahorro energético notable,
mientras que un motor de combustión interna necesita incrementar sus
revoluciones para aumentar su par, el motor eléctrico en cambio tiene un par
constante, es decir produce la misma aceleración al comenzar la marcha que
con el vehículo en movimiento. Esta tecnología ha permitido conseguir que el
consumo de combustible sea de entre un 20% hasta un 60% menor que en
vehículos comparables de tipo convencional. (Castro, Castillo, & Brito, 2011)
En los vehículos híbridos, los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica
son el mayor problema actualmente, ya que la autonomía que brindan las
baterías por si solas es muy limitada frente a los autos que usan combustibles
fósiles para su funcionamiento (tanque de combustible) y el tiempo que estas
necesitan para recargarse es muy extenso.
Las baterías, a pesar de que ocupan mucho espacio y en general son muy
pesadas, es la forma de almacenar la energía eléctrica de los autos híbridos y
eléctricos, además del único disponible en la actualidad, en ellas se utiliza
14
reacciones químicas tanto para cargarlas como para lograr que entreguen su
energía en el momento que esta es requerida.
Las baterías en un vehículo híbrido contienen la energía eléctrica para el
funcionamiento del motor, esta batería también alimenta otros sistemas del
vehículo a través del inversor.
El motor eléctrico viene equipado con sofisticados adelantos en la electrónica,
que le permite hacer la función de motor y de generador, razón por la cual son
conocidos con el nombre de motogeneradores. Puede usar la carga de la
batería para acelerar el vehículo funcionando como motor, pero también actúa
como un generador si el vehículo no requiere fuerza retornando energía a las
baterías.
El motor eléctrico en un automóvil híbrido puede consumir y recargar la energía
eléctrica de las baterías, pero esta acción no la puede realizar al mismo tiempo,
sin embargo se pueden alternar estas dos acciones en periodos de tiempo muy
cortos. (J.C., 2009)
La transmisión difiere entre las combinaciones de funcionamiento de los
diferentes tipos de vehículos híbridos que existen. La forma de aplicar fuerza
para mover el vehículo, determina el tipo de transmisión que se usa y en qué
momento van a trabajar juntos los motores eléctricos y el de combustión interna
como transmisión para el movimiento del auto.
2.2 CONSTITUCIÓN BÁSICA
En forma estructural y en cuanto a componentes se refiere, los vehículos
híbridos se componen de los siguientes elementos principalmente, como se
puede observar en la figura 2:
15
Figura 2. Componentes del Toyota Prius
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
Un motor de combustión interna MCI, en un extremo del grupo moto-
propulsor. (1)
Un motor eléctrico MG1 situado a continuación de MCI, funciona como
generador. (2)
Un motor eléctrico MG2 situado a continuación de MG1, este es el motor
eléctrico principal. (3)
Un mecanismo de tracción basado en un tren epicicloidal y una cadena
de arrastre situado entre MG1 y MG2. (4)
Batería de alto voltaje (HV). (5)
Inversor. (6)
En forma general, un vehículo híbrido es igual a un auto convencional, la
diferencia es el sistema de motores y tipo de energía que usa para su
movimiento.
5 2
1
6
3
16
2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Una de las grandes ventajas de los vehículos híbridos es que permiten
aprovechar un 30% de la energía que generan, mientras que un vehículo
convencional tan sólo se utiliza un 19%.
Esta mejora de la eficiencia se consigue mediante la batería, que almacena
energía que en los sistemas convencionales de propulsión se pierde, como la
energía cinética que se escapa en forma de calor al frenar. Muchos sistemas
híbridos permiten recoger y reutilizar esta energía convirtiéndola en energía
eléctrica gracias al sistema de freno regenerativo. (Diaz, El nuevo dia, 2012)
La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima
eficiencia, y la recuperación de energía del frenado, hace que los vehículos
híbridos alcancen un mejor rendimiento que los vehículos convencionales.
Una ventaja importante de los vehículos híbridos es la que presentan frente a
los vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos utilizan baterías cargadas por
una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía entre carga y
carga de la batería, mientras que los vehículos híbridos poseen la capacidad de
recargar sus baterías por si solos, a medida que trabajan con el motor de
combustión interna, y su autonomía depende más de la cantidad de
combustible que tengan en el tanque, antes que la cantidad de energía eléctrica
almacenada en su batería. (Ecologismo, 2010)
Los vehículos híbridos, al igual que todos los automóviles de producción actual,
no solo poseen ventajas, sino también tienen algunas desventajas, cosa que no
ayuda a su popularidad entre los compradores y a su uso generalizado. (Lara,
2011)
A continuación se presenta las mayores desventajas de este tipo de vehículos.
17
Toxicidad de los componentes internos de las baterías que requieren los
motores eléctricos para su funcionamiento.
Mayor peso que un vehículo convencional (hay que sumar el motor
eléctrico y, sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la
energía necesaria para desplazarlo, lo que provoca que en el resto de
elementos del vehículo se tenga que compensar este peso adicional
Su estructura tiene que ser más liviana, lo que influye que sea menos
resistente que la de un auto convencional
Mayor complejidad, lo que dificulta las revisiones, mantenimiento y
reparaciones del mismo
Mayor costo de los repuestos
El precio de adquisición es mayor (Lara, 2011)
Los vehículos híbridos poseen muchas ventajas, como las siguientes:
Mayor y mejor eficiencia en el consumo de combustible
Reducción de las emisiones contaminantes
Menor ruido que un auto convencional
Más elasticidad que un motor convencional
Respuesta más rápida, casi inmediata en la aceleración
Recuperación de energía en desaceleraciones y al frenar
Mayor autonomía que un vehículo eléctrico
Mayor facilidad de uso
Una conducción más suave
Recarga más rápida que un vehículo eléctrico
Mejor funcionamiento en recorridos cortos y urbanos
En recorridos cortos, puede funcionar sin usar el motor de combustión
interna, evitando que trabaje en frío y disminuyendo el desgaste
El motor de combustión interna tiene una potencia más ajustada al uso
habitual
18
Instalación eléctrica más potente y versátil (Diaz, 2012)
Los vehículos híbridos poseen más ventajas que desventajas, y el mayor
beneficio lo representan para el medio ambiente, ya que reducen
significativamente todas las formas de impacto negativo que causan los
automóviles. Siendo la mayor preocupación y a la vez el mayor logro, el reducir
las emisiones de gases contaminantes. (Diaz, El nuevo dia, 2012)
Sin embargo, hay que recordar, para que un vehículo cumpla con el objetivo de
ser amigable con el medio ambiente, se debe tener en cuenta que todos los
procesos que intervienen, desde su fabricación, uso y disposición final, deben
ser ecológicos y sustentables.
2.4 TIPOS DE TRENES DE PROPULSIÓN
Un vehículo híbrido es un auto que utiliza dos fuentes de energía para su
movimiento, una basada en un motor eléctrico y la otra basada en un motor de
combustión interna. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Para los vehículos híbridos existen varias combinaciones posibles, esto
depende de la forma en que están ubicados, conectados y cómo funcionan he
interactúan los diferentes componentes del vehículo, no existe un modelo único
para esto.
En cuanto al funcionamiento de un vehículo híbrido, sus componentes son
configurados de acuerdo al criterio del fabricante, con el objetivo de obtener un
vehículo de alto rendimiento, con un mínimo de residuos contaminantes.
Existen numerosos sistemas híbridos, entre los que destacan tres: el sistema en
paralelo, el sistema en serie y el sistema mixto.
19
2.4.1 SISTEMA HÍBRIDO EN PARALELO
En el sistema en paralelo, el motor de combustión interna es la principal fuente
de energía y el motor eléctrico actúa aportando más potencia al sistema. El
motor eléctrico ofrece su potencia en la salida y en la aceleración, momentos en
que el motor de combustión interna consume más combustible.
En los vehículos híbridos en paralelo, tanto el motor eléctrico como el de
combustión interna están conectados a las ruedas del auto. Son más eficaces
de cara a reducir el consumo y las emisiones sin perjudicar las prestaciones del
vehículo.
Para el tráfico urbano, donde no hace falta mucha potencia y buscando un nivel
de emisiones cero, el vehículo funciona sólo con el motor eléctrico, que toma la
corriente de las baterías instaladas en el vehículo. Estas baterías pueden
recargarse mediante el generador acoplado al motor de combustión interna
cuando está en marcha.
Para conseguir más prestaciones y autonomía, en carretera el vehículo utiliza la
fuerza del motor eléctrico y el de gasolina a la vez. (Shigley, 1990)
En esta configuración se tiene un motor eléctrico acoplado al motor de
combustión interna, dónde va el volante de inercia del motor. Este tipo de
vehículos son más potentes y brindan una mejor respuesta en la conducción.
(Terra, 2013)
El siguiente es el diagrama de ubicación de los componentes del sistema en
paralelo.
20
Figura 3. Diagrama de la configuración en paralelo
(Argentina, 2008)
2.4.2 SISTEMA HÍBRIDO EN SERIE
En el sistema en serie, el vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, que
obtiene la energía de un generador alimentado por el motor de combustión
interna. El motor de combustión interna mueve al generador, que provee de
energía eléctrica a la batería en todo momento, y esta a su vez entrega la
energía para que el motor eléctrico mueva al vehículo. (Terra, 2013)
La ventaja de este tipo de autos es que si se necesitan prestaciones, el motor
eléctrico puede recibir a la vez energía de la batería y del generador.
Aquí el motor de combustión interna se emplea únicamente para recargar las
baterías, de las cuales se alimenta el motor eléctrico, y es por esto que el
trabajo necesario para mover el auto lo genera el motor eléctrico únicamente.
21
Este tipo de configuración tiene algunas ventajas, la principal es que el motor de
combustión interna nunca trabaja en vacio, por lo que reduce el consumo de
combustible, además de que los motogeneradores trabajan en el punto óptimo
de su diseño, logrando así dar su mejor desempeño. (Shigley, 1990)
El siguiente es el diagrama del funcionamiento de los componentes del sistema
híbrido en serie.
Figura 4. Diagrama de la configuración en serie
(Argentina, 2008)
2.4.3 SISTEMA HÍBRIDO MIXTO
El sistema híbrido mixto es más complejo, es una combinación del sistema en
serie y en paralelo en un mismo vehículo, y su funcionamiento depende de la
exigencia en la conducción y es controlado por la computadora del sistema.
22
En el sistema mixto el motor eléctrico funciona en solitario a baja velocidad,
mientras que a alta velocidad, el motor de combustión interna y el eléctrico
trabajan juntos. (Terra, 2013)
El motor de combustión interna combina las funciones de propulsión y de
alimentación del generador, que provee de energía eléctrica a la batería, lo que
aumenta la eficiencia del sistema, ya que se puede aprovechar la energía
generada por el motor de combustión, y utilizarla para recargar las baterías del
sistema eléctrico. El Toyota Prius utiliza este sistema. La siguiente figura
representa la forma en que están conectados los componentes en el sistema
mixto.
Figura 5. Diagrama de la configuración mixta (serie/paralelo)
(Argentina, 2008)
23
2.5 FUNCIONAMIENTO
Los vehículos híbridos se equipan con un motor de combustión interna
diseñado para funcionar a su máxima eficiencia todo el tiempo, razón por la cual
se usan los motores de ciclo Atkinson.
El Toyota Prius, auto de la fotografía siguiente, es el híbrido más popular del
mercado en la actualidad, ya que es el modelo de producción que emite menos
CO2 del mercado, con sólo 104 gramos de CO2 por kilómetro recorrido, un
30% menos que el resto de vehículos de su clase. (Aficionados a la Mecanica,
2012)
Figura 6. Toyota Prius
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
La eficiencia de este vehículo se debe a la tecnología Hybrid Sinergy Drive
(HSD) que posee, la misma que fue desarrollada por Toyota, y que combina un
motor de combustión interna de ciclo Atkinson con otros dos motores eléctricos,
alimentados por una batería de 220 voltios, que obtiene su energía de la
24
combinación del sistema de frenos regenerativos con el funcionamiento normal
del automóvil. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Para comprender el funcionamiento del sistema híbrido mixto del Toyota Prius,
es necesario identificar los componentes implicados:
Motor de combustión interna (MCI), de 1800 cm3
Motogenerador 1 (MG1), ocupa una posición intermedia entre MCI y
MG2. Su función principal es la generación de energía eléctrica, es un
generador, aunque también puede funcionar como motor.
Motogenerador 2 (MG2), su función principal es mover las ruedas para
impulsar el vehículo.
Todos los componentes anteriores interaccionan en el Dispositivo Repartidor de
Potencia, o PSD (Power Split Device), que se puede observar a continuación,
donde se suman las diferentes aportaciones de fuerza de los diferentes motores
y se produce la sinergia.
Figura 7. PSD despiezado (arriba) y montado (abajo)
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
25
Este dispositivo es un tren epicicloidal, al cual están unidos tanto los
motogeneradores como el motor de combustión interna. Este tren epicicloidal
hace la función de transmisión, y va unido al diferencial del auto mediante una
cadena y un juego de engranajes que garantizan una mínima perdida de
energía por fricción y rozamiento. (Garcia, 2013)
MG2 mantiene una relación de transmisión fija con el eje de las ruedas
delanteras, es decir, siempre que se mueva MG2 se mueven las ruedas
delanteras, no existe posibilidad alguna de desacoplo entre estos componentes.
Además, MG2 gira solidariamente con la corona del tren epicicloidal.
MG1 está acoplado al engranaje central o planeta del tren epicicloidal, y el
motor de combustión interna tiene su cigüeñal solidario con el porta satélites y
los satélites del tren epicicloidal. (Garcia, 2013)
Figura 8. Diagrama de disposición de los elementos de la transmisión
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
26
En el diagrama anterior se puede ver la forma en que están conectados estos
tres componentes entre si además de su ubicación.
MCI, MG2 y MG1 siempre interactúan entre sí en su movimiento, lo que
provoca las diferentes formas de funcionamiento del auto. Estos componentes
son los responsables de todas las situaciones de conducción y funcionamiento
que puede tener el Toyota Prius.
Figura 9. Motor, inversor y motogeneradores del Toyota Prius
(Autonocion)
Si se genera más energía de la necesaria, el motor eléctrico se usa como
generador y carga la batería del sistema. En otras situaciones, funciona sólo el
motor eléctrico, alimentándose de la energía guardada en la batería. En los
vehículos híbridos es posible también recuperar la energía cinética al frenar y
transformarla en energía eléctrica. (Pauta, 2012)
Para controlar todo el vehículo dispone de un sistema electrónico de control,
para determinar qué motor usar, cuándo hacerlo y en qué forma, es decir, usar
27
MG2 como motor para impulsar el vehículo o como generador para recargar la
batería, esto en el caso de los dos motores eléctricos.
El motor eléctrico trabaja solo, únicamente a bajas velocidades (hasta 50 km/h)
y cuando no se exige un rendimiento elevado. En cambio el motor de
combustión interna entra en funcionamiento cuando se aumenta la velocidad o
se requiere más potencia, incluso circulando a la misma o menor velocidad.
Este proceso lo controla la electrónica del auto y se realiza de forma
completamente automática, sin que el conductor sienta los cambios de
funcionamiento entre los motores. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Figura 10. Monitor de flujo de energía
(Trillo, 2011)
El monitor de energía, ubicado en el tablero de instrumentos, siempre informa a
los ocupantes del vehículo acerca del funcionamiento del mismo, y sobre que
motor y qué tipo de energía se está usando, además del estado de carga de la
batería y la recuperación de energía en las frenadas.
28
La capacidad de recuperar energía, tanto en las frenadas como en las
retenciones del vehículo y con esta recargar la batería es la mayor ventaja del
Toyota Prius, ya que no necesita alimentación externa para cargar la batería
con energía eléctrica.
Debido a este diseño y combinación de elementos mecánicos y electrónicos, el
Toyota Prius logra un consumo medio homologado de combustible de 4.3 litros
cada 100 km. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
El Toyota Prius posee un motor eléctrico (MG2) permanentemente engranado al
diferencial de la transmisión, sin ningún tipo de embrague, mediante una
cadena, es decir el motor eléctrico y las ruedas son solidarios y giran juntos.
Cuando el vehículo se pone en marcha, para mover a las ruedas y avanzar
tanto hacia delante como en reversa, puede pasar esto de formas distintas:
El motor eléctrico (MG2) puede estar siendo impulsado eléctricamente
por la energía de la batería.
El motor de combustión interna mueve a MG1, que actúa como
generador, y con esta energía mover al motor eléctrico MG2.
Estas dos cosas pueden pasar a la vez, el vehículo se puede impulsar
por la batería y el motor de combustión interna de forma conjunta.
También el auto puede moverse únicamente de forma mecánica por el
motor de combustión interna moviendo a MG2
Sin embargo, el motor de combustión interna nunca mueve directamente a las
ruedas, su fuerza se aprovecha para mover al generador eléctrico o para mover
mecánicamente al motor eléctrico. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
La electricidad que produce el generador eléctrico cuando lo impulsa el motor
de combustión interna, se puede usar para varias cosas al mismo tiempo, como
puede ser mover al motor eléctrico MG2 y así impulsar al vehículo, almacenar
29
energía en la batería a través del uso de MG1 como generador o ambas cosas
al mismo tiempo.
La batería, funciona como fuente de electricidad para todo el vehículo. Obtiene
la energía eléctrica de dos formas, a través del motor de combustión interna
moviendo a MG1 y a través del sistema de frenos regenerativos, este sistema
opera cuando el motor eléctrico no está impulsando al auto y tampoco lo está
impulsando el motor de combustión interna.
En este momento, la fuerza que transmiten las ruedas hacia el motor eléctrico,
es decir su energía cinética, se aprovecha para mover a MG2 y convertirlo en
un generador, que a su vez envía la energía eléctrica que está produciendo a la
batería, con lo que esta se recarga.
Todo el sistema del vehículo está controlado por una central electrónica que
distribuye la fuerza de cada elemento, en función de la fuerza que sea
necesaria en cada momento de la conducción y tomando en cuenta el nivel de
carga que tenga la batería. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Adicionalmente, el conductor puede seleccionar la función de máxima retención,
la letra "B" de la palanca de selección de marcha, con esta opción el motor de
combustión interna gira sin alimentación de combustible.
En esa posición del cambio, también la retención que da el motor eléctrico es
mucho mayor, razón por la cual aprovecha todo el impulso del auto y se
recargar la batería. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Esta función en particular, ayuda a que la batería siempre mantenga un nivel
óptimo de carga, con lo que se evitan problemas en los paquetes internos que
la componen, problemas que generalmente se originan debido a que la batería
está recibiendo una carga ineficiente durante periodos prolongados de tiempo.
30
Existe también la función de vehículo eléctrico (EV), esta se activa mediante un
botón situado en el tablero, el cual anula completamente al motor de
combustión interna.
Lo que hace esta función es convertir al vehículo de híbrido a eléctrico, pero
esto únicamente se mantiene mientras la batería tenga una carga suficiente, no
se sobrepasen los 50 km/h ni el conductor exija más prestaciones al auto, en
caso de que esto pase, la función EV se desactiva de forma automática y el
vehículo regresa a su forma normal de funcionamiento. (Toyota, 2013)
2.6 SISTEMAS Y PARTES PRINCIPALES
Las piezas del Toyota Prius, de forma general son las mismas que se
encuentran en los vehículos convencionales, con excepción de todas las partes
que forman el sistema híbrido, las partes principales del vehículo, así como del
sistema híbrido son las siguientes:
Motor de combustión interna (MCI)
MG2 y MG1
Tren epicicloidal de la transmisión
Batería
Inversor
Tanque de gasolina
Sistema de freno regenerativo
Instalación de alta tensión
Sistema de control híbrido
31
2.7 MOTOGENERADOR 1
Es parecido a un motor eléctrico pero éste trabaja para producir energía
eléctrica, lo normal es que sea de corriente alterna.
El generador es el elemento que transforma en electricidad el trabajo del motor
de combustión interna, también funciona como motor de arranque para este
motor. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
El motogenerador 1 es un motor eléctrico, el cual ha sido denominado por
Toyota como MG1, su función principal es la de cargar la batería de alto voltaje,
al trabajar junto con el motor de combustión interna.
Este motor es el que realiza la función de motor de arranque para MCI cuando
la batería de alto voltaje tiene un nivel bajo de energía, o cuando el vehículo
necesita del aporte de potencia del motor de combustión interna.
Figura 11. Ubicación de MG1 en la transmisión
32
Cuando el vehículo está en movimiento, y MG2 también está en movimiento ya
que está conectado a la corona, para encender a MCI, MG1 empieza a generar
corriente eléctrica, por lo que el engranaje solar se opone al giro y hace que el
porta satélites, que está conectado a MCI gire, lo que provoca que este se
encienda. (Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
En cambio, cuando el vehículo está detenido y se requiere que MG1 recargue la
batería, MG1 es excitado por la corriente de la batería, lo que provoca que gire
arrastrando al motor de combustión interna y haciendo que este arranque.
(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
MG1 es un motor-generador eléctrico síncrono de imanes permanentes y
corriente alterna trifásica, su tensión de alimentación es de 500V. Puede
funcionar como motor de arranque para MCI o como generador, de acuerdo a lo
que se requiera, además, MG1 es el regulador de todo el sistema híbrido.
(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
Figura 12. Imanes permanentes de MG1
33
El generador MG1 sirve para recargar la batería y proporcionar energía eléctrica
adicional en condiciones de aceleraciones fuertes.
El funcionamiento de MG1 no se ve en el monitor de flujo de energía del
sistema híbrido, ubicado en el tablero del vehículo, en este monitor aparece el
trabajo de MG2, sin embargo MG1 siempre está girando.
MG1 tiene como función principal la de ser generador, el generador es el
elemento que transforma el trabajo del motor de combustión interna en
electricidad, para con esta recargar la batería o alimentar a MG2, según lo
requiera el sistema híbrido.
Figura 13. Ubicación de MG1 dentro de su carcasa
MG1 es un motor de corriente alterna síncrono, y como máximo puede girar al
doble de revoluciones que el motor de combustión interna.
34
MG1 está conectado al eje central del sistema de engranajes de la transmisión,
al engranaje solar, y MCI conectado al porta satélites, en donde están
montados los satélites, la rotación de la corona, a la que está unida MG2,
depende de estos tres componentes, lo que significa que todos deben trabajar
juntos siempre.
Este motor eléctrico es fabricado por Toyota, es un motor síncrono de imanes
permanentes de neodimio. Funciona a 500V y puede dar 50kW entre 1200 y
1540 rpm. Su par máximo es de 400 Nm hasta 1200 rpm y tiene un peso de
104 kg. (Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
Dado el desarrollo de la transmisión que tiene el Toyota Prius, y su velocidad
máxima de 170 km/h, el régimen máximo de MG1 está alrededor de 6150 rpm.
(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
Figura 14. Engranaje epicicloidal de la transmisión
(CISE)
35
Al estar MG1 conectado al engranaje central del tren epicicloidal de la
transmisión, y MCI al porta satélites, este al mover y hacer girar el porta
satélites obliga a MG1 a girar al doble del régimen, razón por la cual el sistema
de control electrónico limita el movimiento de MG1, a través de una pequeña
carga de retención. (Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
MG1 no tiene ninguna función ni relación con el sistema de freno regenerativo,
a pesar de ser este quien funciona como generador, la función de freno
regenerativo es realizada por MG2, y siempre es controlada por el sistema de
control híbrido.
MG1 recarga la batería como generador, suministra alimentación eléctrica para
excitar a MG2 y sirve de motor de arranque para dar el giro inicial a MCI.
Además, regula la cantidad de energía eléctrica generada (variando las rpm
del generador), MG1 controla eficazmente la función de transmisión
continuamente variable del transeje. (Jiménez, 2013)
2.7.1 CARACTERÍSTICAS DE MG1
Estas son las características más destacables acerca de MG1:
Actúa como motor de arranque para MCI
Posee refrigeración liquida
Es el encargado de proporcionar la relación de transmisión variable
Su función principal es la de trabajar como generador
Es más pequeño físicamente que MG2
(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
36
2.8 MOTOGENERADOR 2
El motor eléctrico principal del Prius lo fabrica Toyota. Es un motor síncrono de
imanes permanentes de neodimio. Funciona a un máximo de 500 V y puede dar
50 kW de potencia entre 1200 y 1540 rpm. Su par máximo es 400 Nm hasta
1200 rpm. Pesa 104 kg y de acuerdo a Toyota no hay otro motor eléctrico en el
mundo, en ningún sector de la industria, que dé más potencia con menos
tamaño y menos peso que éste.
Dado el desarrollo de transmisión que tiene el auto y su velocidad máxima (170
km/h), el régimen máximo del motor eléctrico está limitado electrónicamente a
6150 rpm. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Los motogeneradores son motores trifásicos de frecuencia constante y
desfasaje variable lo que permite conseguir la rotación del motor, el sistema de
control híbrido es el encargado de controlar los motogeneradores disparando
los transistores de potencia IGBT del inversor para que estos entren en
operación. (Jiménez, 2013)
Cuando la corriente alterna trifásica pasa a través de los devanados trifásicos
de la bobina del estator, se crea un campo magnético giratorio en el motor
eléctrico.
Controlando este campo magnético giratorio de acuerdo a la posición y
velocidad de giro del rotor, los imanes permanentes que se encuentran en el
rotor son atraídos por el campo magnético de la rotación, generando par.
El par generado es para todos los propósitos prácticos proporcional a la
cantidad de corriente, y la velocidad de rotación es controlada por la frecuencia
de la corriente alterna. Además, un alto nivel de par, hasta las velocidades
altas, puede generarse de forma eficiente controlando de la forma adecuada el
37
campo magnético de rotación y los ángulos de los imanes del rotor.
(Jiménez, 2013)
En el Toyota Prius, el motor eléctrico principal es denominado como MG2, este
motor recibe su alimentación eléctrica de la batería, que tiene la capacidad de
generar 200 V, sin embargo, estos 200 V pasan por el inversor que eleva la
corriente a cerca de 500 V para que funcione MG2.
El motor-generador eléctrico MG2, es de corriente alterna trifásica, posee una
tensión nominal de 500 V. Este es el encargado de mover físicamente al
vehículo.
Figura 15. Moto generador 2 de un Toyota Prius
(CISE)
Puede funcionar como motor para mover las ruedas del vehículo y como
generador mediante el sistema de freno regenerativo para alimentar la batería
de alto voltaje. MG2 puede mover al vehículo de forma eléctrica hasta una
velocidad máxima de 50 km/h.(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
38
Para aumentar la eficiencia de energía, el sistema usa el freno regenerativo
todas las veces que sea posible. Además, cuando se selecciona la función B de
la palanca de cambios, aumenta al máximo la eficacia regeneradora de MG2,
permitiendo controlar la velocidad del vehículo incluso de bajada. Con la función
B seleccionada, se puede recuperar aproximadamente un 30% de energía.
(Miguel Alejandro Chauca Vásquez, 2012)
Figura 16. MG2
MG2 está engranado directamente a la transmisión, trabaja conjuntamente con
MCI para poder impulsar las ruedas. Cuando se activan los frenos
regenerativos, MG2 convierte la energía cinética del vehículo en energía
eléctrica, que se almacena en la batería. (Jiménez, 2013)
Tanto MG1 como MG2 poseen su propio sistema de refrigeración, la
refrigeración de los motogeneradores se hace de forma líquida, mediante
circulación por la carcasa de la transmisión, que es la encargada de albergar a
39
los motogeneradores. Este sistema de refrigeración es independiente de la
refrigeración del motor de combustión interna.
Los motogeneradores tienden a alcanzar altas temperaturas en su operación,
razón por la cual la temperatura es monitoreada y están provistos de conductos
de enfriamiento por refrigerante para evitar el sobrecalentamiento. (Jiménez,
2013)
Este sistema de enfriamiento se activa en el momento cuando se conmuta el
estado de alimentación eléctrica a encendido.
El radiador para el sistema de enfriamiento de los motogeneradores está
integrado con el radiador de MCI, con lo que se ha simplificado el radiador y se
ha optimizado el tamaño, peso y espacio que ocupa dentro del vehículo. (Juan
Carlos Garzón, 2013)
Los valores de temperatura normales en el inversor fluctúan entre 30 y 100
grados centígrados lo que equivale a voltajes en el rango de los 4,5V en 100
grados y 2V en 30 grados. (Jiménez, 2013)
Figura 17. Diagrama del sistema de refrigeración de los motogeneradores
(Jiménez, 2013)
40
El sistema de enfriamiento de los motogeneradores está provisto de un tanque
de almacenamiento de refrigerante caliente, el cual está en capacidad de
almacenar el líquido caliente por de 3 días, este sistema permite un rápido
calentamiento de MCI, para que cuando MCI arranque lo haga desde un rango
mayor de temperatura, reduciendo así el esfuerzo del arranque en frio y el
desgaste que se produce en el mismo. (Jiménez, 2013)
MG2 tiene un par máximo de 350 Nm, que puede producirlo especialmente a
velocidades bajas, cerca de las 400 rpm, razón por la cual es el encargado de
proporcionar la fuerza en los arranques.
Los imanes permanentes, tanto de MG1 como de MG2, están fabricados de
unos materiales conocidos como "tierras raras", concretamente de neodimio.
(Juan Carlos Garzón, 2013)
Los cables del bobinado de ambos motogeneradores son de cobre, aislados por
una cubierta plástica ranurada, que permite su ventilación sin interferir con su
campo magnético, la carcasa donde están alojados los motogeneradores es
de aluminio, y además posee los canales por los cuales circula el refrigerante
que enfría estos elementos. (Juan Carlos Garzón, 2013)
Figura 18. Diferencial del Toyota Prius
41
Ambos motogeneradores poseen su propio sistema de lubricación, así como
también el tren epicicloidal y el mecanismo del diferencial, que se puede
apreciar en la imagen anterior, en el que se encuentran las salidas de los ejes
hacia las ruedas del auto.
La transmisión está provista de un sistema de lubricación forzada mediante una
bomba trocoidal para la lubricación de la unidad de engranajes planetarios y
de los cojinetes del eje principal. Usa el mismo tipo de aceite que se emplea
para la parte de la unidad de reducción y la parte del diferencial. (Jiménez,
2013)
Figura 19. Diagrama de la bomba de lubricación
(Jiménez, 2013)
2.8.1 CARACTERÍSTICAS DE MG2
Estas son las características más destacables de MG2:
Es el encargado de mover al vehículo
42
Siempre que las ruedas estén en movimiento, MG2 también estará en
movimiento
Es solidario a la corona del tren epicicloidal
Posee su propio sistema de refrigeración liquida
Es más grande físicamente que MG1
Es quien realiza la función de generador del sistema de freno
regenerativo
Es quien actúa al retroceder el vehículo
2.9 SENSOR DE VELOCIDAD
Es un sensor compacto y altamente fiable que detecta con precisión la posición
del polo magnético, indispensable para asegurar el control preciso y exacto de
MG1 y MG2.
El estator del sensor contiene 3 bobinas, como se muestra en la figura
siguiente, y las bobinas de salida B y C están alternadas eléctricamente a 90
grados.
Puesto que el rotor es oval, la distancia del huelgo entre el estator y el rotor
varía con la rotación del rotor. Por lo tanto, mediante el paso de la corriente
alterna a través de la bobina A, la salida que corresponde a la posición del rotor
del sensor es generada por las bobinas B y C. La posición absoluta puede
detectarse gracias a la diferencia entre estas salidas. (Jiménez, 2013)
Adicionalmente, la cantidad de variación de la posición dentro de un tiempo
determinado es calculada por el sistema de control híbrido, permitiendo usar
este sensor como un sensor de rpm. (Jiménez, 2013)
43
Figura 20. Estructura del sensor de posición
(Jiménez, 2013)
2.10 UNIDAD DEL TRANSEJE
La unidad del transeje del Toyota Prius está compuesta del amortiguador del
transeje, MG1 y MG2, unidad de engranajes planetarios y de una unidad de
reducción, y engranaje de anillo de impulsión final o corona.
La unidad de engranajes planetarios, MG1, MG2, amortiguador del transeje y
rueda dentada de impulsión de la cadena están situados coaxialmente
(comparten un eje común), y la fuerza motriz se transmite desde la rueda
dentada de impulsión de la cadena a la unidad de reducción mediante una
cadena. (Jiménez, 2013)
44
Figura 21. Unidad de transeje
(Jiménez, 2013)
2.10.1 AMORTIGUADOR DEL TRANSEJE
El amortiguador del transeje transmite la fuerza motriz de MCI, contiene un
mecanismo de absorción de vibraciones compuesto de un resorte espiral con
bajas características de torsión y un volante de motor optimizado en su forma
para poder reducir el peso. Este amortiguador emplea un material de fricción de
placa sencilla y seca. (Jiménez, 2013)
45
Figura 22. Amortiguador del transeje
(Jiménez, 2013)
2.11 TRANSMISIÓN
En un auto híbrido la transmisión cumple la misma función básica que en un
auto convencional, transmitir el movimiento del motor hacia las ruedas del
vehículo.
El Toyota Prius posee un sistema de transmisión basado en un tren epicicloidal,
al cual están unidos los motogeneradores y el motor de combustión interna.
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
Toyota llama a la transmisión utilizada en el Prius "Power Split Device". Este
tipo de transmisión no tiene una caja de cambios convencional con distintos
engranajes, ni una caja automática.
46
Figura 23. Diferencial y tren epicicloidal de la transmisión
El Toyota Prius dispone de un engranaje planetario para transmitir el
movimiento a .las ruedas. El no tener caja de cambios da ventajas en un
vehículo de este tipo, como menor peso y tamaño, y menos pérdidas de energía
por movimiento y por rozamiento. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
El sistema de transmisión es controlado casi de forma exclusiva por la
computadora del auto, ya que el conductor puede elegir el modo de conducción,
entre los tres modos disponibles D, B o R, lo que afecta en el funcionamiento de
la transmisión. (Mott, 1992)
En el Toyota Prius el motor funciona siempre a plena carga, además no posee
un margen de revoluciones muy amplio, razón .por la cual se necesita de algo
para que en esas condiciones pueda arrancar e ir a gran velocidad. Ese algo es
el engranaje planetario, que consta de un engranaje central, cuatro satélites que
giran alrededor de él y una corona con un dentado interior a la cual también
están engranados los satélites. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
47
Figura 24. Motogeneradores y transmisión del Toyota Prius
El engranaje planetario utilizado para este tipo de transmisión también sirve
para unir a cada uno de sus componentes.
Figura 25.Esquema de componentes de la transmisión
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
48
El engranaje central o planeta está unido a MG1, el porta satélites está unido a
MCI junto con los satélites y la corona está unida a MG2.
En este sistema, el giro del generador eléctrico puede ser mayor o menor, en
función de la resistencia que este oponga y que está controlada por la
computadora del sistema híbrido. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Si se necesita un desarrollo corto, como al arrancar el vehículo, MG1 opone una
gran resistencia al movimiento, y consecuencia de esto le resta fuerza al motor
de combustión interna y la envía a MG2, 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 se necesita para poder arrancar y también un desarrollo
largo para alcanzar una mayor velocidad, a igualdad de régimen de
revoluciones del motor. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
Figura 26. Eje y engranaje epicicloidal del Toyota Prius
49
A medida que el vehículo aumenta su velocidad, MG1 opone menor resistencia
y su giro aumenta, y con esto el desarrollo se hace más largo, la cantidad de
resistencia que pone MG1 es controlada en todo momento por el control
híbrido.
Si las baterías no intervienen en la aceleración, toda la fuerza de la que dispone
el vehículo proviene del motor de combustión interna. Pero puede llegar a las
ruedas bien a través de MG2, alimentado por el generador, o bien directamente
a través del motor de combustión interna, si el generador no actúa.
El motor de combustión interna no mueve directamente a las ruedas, este
mueve a MG1 para alimentar a MG2 y así obtener movimiento, o bien mueve a
MG2 de forma directa y este a las ruedas del vehículo. (Aficionados a la
Mecanica, 2012)
La corona del engranaje planetario de la transmisión está unida alas ruedas
delanteras del vehículo a través de un diferencial con grupo 4,113 a 1. Esa
relación de 4,113:1 da un desarrollo de 27,6 km/h cada 1000 rpm de MG2.
El vehículo puede salir desde parado, con una marcha tan "larga", porque hasta
los 25 km/h el par que puede generar el sistema de propulsión es de 480 Nm, la
transmisión multiplica ese par generado por el motor eléctrico, en este caso por
4.113, lo que le da la posibilidad al vehículo de arrancar desde 0km/h
únicamente con el motor eléctrico. (Aficionados a la Mecanica, 2012)
50
Figura 27.Motogeneradores y engranajes de la transmisión
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
Por razones de espacio y ahorro de peso dentro del vehículo, la transmisión de
movimiento entre la corona del engranaje planetario y el diferencial se hace
mediante una cadena de transmisión y dos pares de engranajes, como se
muestra en la figura anterior.
Siempre que el vehículo está en movimiento, la corona del engranaje planetario
también está en movimiento. La fuerza para mover la corona proviene de MG2
directamente, o del empuje que le da el motor de combustión. Mientras más
lenta es la velocidad del vehículo, mayor es la fuerza que proviene del motor
eléctrico, y al contrario, mientras mayor sea la velocidad del vehículo, toda la
fuerza proviene del motor de combustión interna. (Aficionados a la Mecanica,
2012)
51
Figura 28. Esquema interno de la transmisión
(Aficionados a la Mecanica, 2012)
2.11.1 FORMAS DE FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN
De acuerdo a como estén interactuando entre si los componentes de la
transmisión del auto, MCI, MG2, MG1 y tren epicicloidal, se pueden dar algunas
situaciones distintas de funcionamiento del vehículo, siempre controladas por el
computador del sistema híbrido, las situaciones de funcionamiento más
comunes que se presentan son las siguientes:
52
2.11.2 ENCENDIDO
El encendido del Toyota Prius, se refiere a la activación del sistema que hace
que el vehículo esté preparado para iniciar la marcha ante una presión en el
acelerador, independientemente de que el motor de combustión interna esté o
no en funcionamiento. (Garcia, 2013)
Se dan dos situaciones distintas en el encendido según la temperatura del
motor de combustión interna.
2.11.2.1 Encendido en frío
Cuando el vehículo está apagado y se pulsa el botón de encendido, si la
temperatura del MCI no es la mínima requerida, el sistema ordenará el arranque
del MCI para que el catalizador del vehículo pueda adquirir la temperatura de
funcionamiento correcto. Para esto MG1, tomando energía de la batería es
impulsado a girar en el sentido horario. Como la corona está bloqueada por las
ruedas que están aún inmóviles, los cuatro satélites se ven obligados a adquirir
un movimiento de traslación alrededor de MG1 y dado que el anillo porta
satélites es solidario con el cigüeñal del MCI, provocará el giro del mismo.
53
Figura 29. Funcionamiento durante el encendido
(Garcia, 2013)
Mientras que en un vehículo convencional se pasa combustible y chispa al
motor en cuanto el motor de arranque empieza a girar, el Toyota Prius espera
hasta que MG1 lleve a MCI por encima de las 1000 rpm. MG1 es mucho más
potente que un motor de arranque normal y para impedir que el arranque sea
brusco, el computador alimenta con chispa sólo a 2 de los cilindros de
MCI.(Garcia, 2013)
Una vez que MCI ha comenzado a funcionar, el sistema electrónico desconecta
a MG1 de la batería dejándolo funcionar en vacío, sin embargo, si fuera
necesario, el sistema electrónico configuraría a MG1 para empezar a funcionar
como generador, haciendo que este tenga un par resistente, con lo que se
aprovecha el giro de MCI para mover a MG1 y así generar energía eléctrica y
recargar la batería, en este momento se da un pequeño aumento en la potencia
de MCI para compensar este trabajo.
54
2.11.2.2 Encendido en caliente
En el caso de que MCI estuviera en la temperatura correcta de funcionamiento,
al pulsar el botón de encendido, el sistema no arrancará a MCI y todos los
elementos de la transmisión permanecen en reposo, sin movimiento, hasta que
el conductor pisa el pedal del acelerador y empiezan a funcionar para mover el
vehículo. (Garcia, 2013)
2.11.3 INICIO DE LA MARCHA
Una vez que el vehículo está encendido, para el análisis de cómo se da el inicio
de la marcha, se debe ver esto en las dos posibles situaciones diferentes, en
caso de que se quiera avanzar hacia adelante.
2.11.3.1 Inicio de la marcha en modo eléctrico
La mayoría de las veces el vehículo inicia su movimiento de esta forma cuando
se empieza a mover desde 0 km/h. Cuando la aceleración no es excesiva y la
batería no requiere carga, el vehículo usa exclusivamente MG2 para iniciar la
marcha.
La electricidad es enviada a MG2 desde la batería, provocando el giro de este,
lo que provoca el movimiento de la corona del tren epicicloidal de la
transmisión, la que por estar acoplada directamente a las ruedas provoca el
movimiento del vehículo. Como MCI está detenido, los satélites no adquieren
movimiento de traslación, pero como la corona está girando estos satélites
adquieren movimiento de rotación sobre sí mismos haciendo girar al engranaje
55
planetario. Es decir, MG1 se ve obligado a girar en sentido inverso, pero sin
producir corriente y sin ofrecer resistencia. (Garcia, 2013)
Figura 30. Funcionamiento en el inicio de la marcha
(Garcia, 2013)
2.11.3.2 Inicio de la marcha con MCI arrancando
MCI no es capaz de entregar por sí mismo el par necesario para iniciar el
movimiento del vehículo.
Sin embargo, los motores eléctricos sí muestran su par más alto a bajas
revoluciones y velocidades, por tanto el inicio de la marcha se hace
fundamentalmente mediante MG2. MG2 no se alimenta sólo de la batería, una
vez que ha arrancado MCI, MG1 puede ser utilizado para generar energía
eléctrica que, en este caso alimenta a MG2. (Garcia, 2013)
56
Figura 31. Funcionamiento con MCI encendido
(Garcia, 2013)
Al inicio, la mayoría del impulso proviene de MG2, pero a medida que aumenta
la velocidad del vehículo, MCI pasa asumir la tracción y también hace girar a
MG1, el cual genera energía eléctrica que alimenta a MG2. El que MG2 tome o
no electricidad la batería de alta tensión depende de factores mucho más
complejos. (Garcia, 2013)
2.11.4 MODO CRUCERO
Una vez que se ha alcanzado la velocidad deseada de conducción, la potencia
que debe suministrar el sistema se reduce a la necesaria para vencer la
resistencia aerodinámica y de rodadura del vehículo, la cual es mucho menor
que la potencia requerida para conseguir esta velocidad.
57
En este momento, el sistema electrónico del vehículo ajusta las revoluciones de
MCI bajándolas a su zona de máximo rendimiento. Pero para reducir la
velocidad de MCI y conjuntamente la del anillo porta satélites sin bajar la
velocidad del vehículo es necesario que MG1 gire al revés. (Garcia, 2013)
Pero esto debe hacerlo ofreciendo un par reactivo, de lo contrario MCI haría
girar libremente a MG1 en lugar de impulsar al vehículo. Del mismo modo que
cuando MG1 gira hacia delante el par reactivo es proporcionado por el hecho de
funcionar como generador, cuando lo hace hacia atrás el par reactivo sólo
puede ser proporcionado haciendo que MG1 funcione como motor. (Garcia,
2013)
El modo crucero debe ser un sistema autosuficiente, pues es el modo en el que
más tiempo pasa el vehículo cuando se viaja por carretera o se está moviendo
en la ciudad.
En esta situación, que MG1 funciona como motor, quién le suministra la
corriente eléctrica para su funcionamiento es MG2, no la batería.
Sorprendentemente, cuando viajamos a velocidad crucero, MG2 trabaja como
generador, alimentando a MG1 que ayuda a MCI en la impulsión del vehículo.
Este modo de conducción resulta extraño respecto de lo que se espera que
haga el vehículo, ya que contraviene las ideas preconcebidas sobre el sistema
híbrido.
2.11.5 MODO FRENO-MOTOR
Cuando en un vehículo convencional levantamos el pie del acelerador, el motor
de combustión interna deja de impulsarlo. El motor, que sigue acoplado a las
ruedas mediante la transmisión gira sin aporte de combustible y, unido a la
58
resistencia aerodinámica y de rodadura hace que el vehículo vaya perdiendo
velocidad. A esto se llama freno-motor. (Garcia, 2013)
No hay razón mecánica para que esto suceda en el Prius, Toyota decidió dar al
vehículo la misma sensación al conducir, mediante la simulación de un freno-
motor.
Cuando quitamos el pie del acelerador en un Prius, el vehículo empieza a ir
más lento de lo esperado si sólo tuviese que vencer la resistencia aerodinámica
y de rodadura, y es que para producir esa fuerza reductora adicional, MG2
funciona como generador y recarga la batería en este momento. Por lo tanto, el
par resistente de MG2 es el que produce la sensación equivalente al freno-
motor de un vehículo convencional. Todo esto lo controla el sistema de control
electrónico híbrido del vehículo. (Garcia, 2013)
2.11.6 VEHÍCULO PARADO Y CARGANDO LA BATERÍA
Si el vehículo está detenido y la batería llega a descargarse por debajo del
límite mínimo de tolerancia, MCI arranca de igual forma que en el encendido en
frío, y una vez que MCI este girando MG1 pasa a trabajar como generador,
ofreciendo un par resistente, con lo que produce energía eléctrica que es usada
para recargar la batería.
En este momento, MG2 no recibe energía eléctrica ni impulso mecánico para
girar, razón por la cual las ruedas no se mueven y el vehículo permanece
detenido.
En el tren epicicloidal de la transmisión, lo que sucede es que la corona unida a
MG2 permanece inmóvil, los satélites juntamente con el porta satélites tienen
un movimiento de traslación alrededor del engranaje central que está unido a
59
MG1, lo que provoca que MG1 reciba el movimiento proveniente de MCI, que lo
hace girar y con este movimiento generar la energía eléctrica que se usa para
recargar la batería.
2.11.7 MARCHA ATRÁS O REVERSA
Figura 32. Funcionamiento en reversa
(Garcia, 2013)
La marcha atrás sólo puede darse eléctricamente a través de MG2. No hay
forma de que MCI contribuya con su impulso y movimiento a la marcha atrás.
Inclusive la mayor parte de las veces MCI se detiene con solo seleccionar la
"R" con la palanca selectora. Como puede verse en la imagen, MG1 gira
libremente hacia delante, es la misma situación que en el modo eléctrico pero al
revés. El computador del sistema híbrido impide que la velocidad de MG1
sobrepase su límite mientras que MCI permanece sin movimiento, por lo que los
satélites únicamente giran sobre sus propios ejes. (Garcia, 2013)
Para la marcha atrás, el computador lo que hace es invertir la polaridad de
MG2, lo que provoca que este gire en sentido contrario, y así las ruedas del
60
vehículo vayan hacia atrás en lugar de avanzar. Tanto MG1 como los satélites
del tren epicicloidal giran libremente sobre sí mismos, sin transmitir fuerza ni
movimiento alguno.
2.11.8 FRENADO
En el Toyota Prius, cuando pisamos el pedal del freno, el sistema de control
electrónico hace que se extraiga más electricidad de MG2 de la que se extrae
como simulación del freno-motor, esto hace que el par resistente aumente,
produciendo una mayor desaceleración del vehículo. A este sistema se le
conoce como frenos regenerativos. Cuando la presión en el pedal de freno
supera la capacidad máxima de frenada de MG2, el computador del vehículo
calcula la presión para el circuito hidráulico convencional de frenos, lo que
completa el resto de la frenada y detiene el vehículo. (Garcia, 2013)
El freno regenerativo por sí solo no tiene la capacidad de detener
completamente al vehículo, siempre este trabajo final lo realiza el sistema de
frenos hidráulicos, que funciona igual que como en cualquier otro vehículo.
Existen también otras condiciones de funcionamiento posibles, pero en
cualquiera de ellas el principio de funcionamiento siempre es el mismo.
(Medina, 2004)
61
3. METODOLOGÍA
62
El tipo de metodología que se usará en el presente estudio es descriptiva en
forma inicial, el estudio empezará de esta forma y continuará así a medida que
se vaya tocando temas relacionados a los componentes y estructura del auto
híbrido, concretamente en lo que se refiere a los motogeneradores y
transmisión del vehículo, tanto en su estructura como en su funcionamiento.
El análisis y reconocimiento de los componentes se harán en el taller C-Tres, ya
que este cuenta con todas las herramientas necesarias para desarmar ciertas
partes del vehículo como son: protecciones plásticas del motor,
limpiaparabrisas y rejilla; ya que con estos elementos colocados no se puede
acceder a los motogeneradores.
Una vez que se termine esta fase de análisis y descripción, se pasará a la fase
de pruebas sobre el vehículo, aquí se utilizara el método de análisis dinámico
para observar y medir el funcionamiento del vehículo.
Durante esta prueba y para obtener los datos sobre el funcionamiento en
tiempo real del vehículo, lo que se hará es utilizar el programa de diagnóstico
TechStream junto con el cable de datos y el computador personal, que
conectados al auto, mismo que será una herramienta fundamental para el
desarrollo del estudio y la realización de las pruebas pertinentes de esta
investigación, permite visualizar y grabar el funcionamiento de todos los
componentes del vehículo.
De esta forma se obtendrán los datos y mediciones sobre los parámetros del
vehículo mientras este funciona, mismos que serán analizados posteriormente
con lo que se entenderá la forma en que el vehículo opera en las diferentes
condiciones que pueden darse en la conducción.
En esta etapa una herramienta de ayuda será el GPS, ya que este proporciona
de forma exacta medidas sobre altitud y localización de las ciudades en las
cuales se realizaran las pruebas.
63
Esta es la parte experimental del estudio, debido a que los datos aquí obtenidos
permitirán, mediante su análisis llegar a definir las conclusiones sobre el
funcionamiento de los motogeneradores y de todo el vehículo en general.
Una vez obtenidos los datos de las pruebas dinámicas del vehículo, estos serán
analizados de forma objetiva, con el fin de conocer el desempeño real que tiene
el auto y las prestaciones del mismo, con todas las variables que afecta a la
conducción, como son geografía, topografía, tipo de combustible y cantidad de
oxígeno del aire.
Al analizar estos datos, se conocerá la forma real y exacta en la que funciona el
Toyota Prius, y con esto se llegara a conclusiones sobre su desempeño, con lo
cual se podrá determinar realmente su eficiencia y ventajas sobre otros
automóviles convencionales.
3.1 ALCANCE
El presente estudio se realizara sobre un auto híbrido, un Toyota Prius modelo
2010, en el cual se analizará y estudiará todas las características de los
componentes que forman el sistema de motogeneradores y transmisión,
sistemas que son los que le dan el movimiento al auto.
Además, el fin del estudio es conocer el funcionamiento y desempeño real de
este vehículo, por lo que únicamente se llegara hacer la descripción completa
de los componentes que forman parte del sistema y el funcionamiento de cada
uno de ellos, así como también se exponen los resultados obtenidos en las
pruebas realizadas sobre el vehículo.
64
Se describirá en el estudio detalladamente la constitución de cada elemento
que forma parte del sistema de motogeneradores y transmisión del vehículo, así
como su funcionamiento.
El fin de este estudio es crear una fuente de información para capacitación de
los estudiantes de la carrera de Ingeniería Automotriz en la Universidad
Tecnológica Equinoccial, ya que actualmente la cantidad de información
disponible sobre nuevas tecnologías, vehículos híbridos y como en este caso
particular sobre los motogeneradores, es muy limitada todavía en el país.
3.2 HERRAMIENTAS/TÉCNICAS
La herramienta principal que se usara en el estudio de los motogeneradores y
transmisión es el vehículo, un Toyota Prius modelo 2010 en el cual se harán
todas las pruebas y mediciones, así como la observación y reconocimiento de
los componentes y sus características.
Las herramientas que van a usarse para el desarrollo de este estudio son:
Software del scanner de Toyota, TechStream
Computador personal
Cable de datos con protocolo OBD II
El vehículo híbrido, Toyota Prius
Cámara de fotos
La técnica que se usara, estará basada en la obtención de datos directamente
desde la computadora del auto cuando este se encuentre en funcionamiento,
mediante la utilización del software juntamente con el computador personal y el
cable OBD II, para posteriormente analizar todos los datos obtenidos en
función de lograr los objetivos de esta investigación.
65
Estos datos se guardaran para posteriormente, incluirlos en este estudio, de
forma que todas las tablas y graficas de mediciones estén disponibles al
momento de realizar los análisis y para después usarlos en las conclusiones.
3.3 MÉTODOS
Esta investigación se realizara siguiendo las mismas líneas de investigación
descriptiva ya presentadas anteriormente, es decir, la forma en que empezará
el presente estudio, es de forma analítica descriptiva, para pasar después a
medida que avance la investigación hacia una línea de prueba, con el fin de
poner en situación real los conocimientos teóricos adquiridos a lo largo del
estudio.
Una parte del estudio es una investigación documental, el método de
investigación se concentra exclusivamente en la recopilación de información ya
existente en forma documental sobre este tema de los vehículos híbridos.
Cerca de concluir el estudio, se usará como método de investigación la tesis
combinada de investigación documental y de campo, ya que se realizarán
pruebas sobre el vehículo, tanto en el taller como en ruta.
Este tipo de investigaciones son tesis cuyos métodos de recopilación y
tratamiento de datos se conjuntan en la investigación documental con la
investigación de campo, generalmente, se da la utilización de este método
compartido de investigación cuando se empieza tratando un tema de forma
descriptiva y analítica, como en este caso particular.
66
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
67
De acuerdo a las pruebas realizadas, y teniendo en cuenta que el objetivo
principal del estudio es realizar un análisis del funcionamiento, eficiencia y
rendimiento de los motogeneradores del vehículo híbrido, en las condiciones
particulares de nuestra geografía, se realizaron tres pruebas principales, y
dentro de estas se realizó la medición de todos los parámetros de
funcionamiento del auto, para así poder comparar su rendimiento teórico, que
es proporcionado por el fabricante y mismo que se analiza en condiciones
diferentes a las que tenemos en el país, tanto en características climatológicas
y geográficas como de combustible, con el rendimiento real que el vehículo
tiene en las condiciones geográficas ecuatorianas.
De esta manera, las pruebas realizadas se dividieron en cuatro etapas, siempre
enfocadas al tema de esta investigación en particular. Las pruebas que se
realizaron fueron las siguientes:
Medición de los parámetros de funcionamiento y desempeño de los
motogeneradores, en la altura y condiciones atmosféricas de la ciudad
de Quito en la provincia de Pichincha, Ecuador, a una altura de 2800
metros sobre el nivel del mar.
Medición de los parámetros de funcionamiento y desempeño de los
motogeneradores, en condiciones de mayor altura sobre el nivel del mar
en relación a la ciudad de Quito, en la altura y condiciones atmosféricas
de Papallacta, en la provincia de Napo, Ecuador, a una altura de 3710
metros sobre el nivel del mar.
Medición de los parámetros de funcionamiento y desempeño de los
motogeneradores, en condiciones de menor altura que la ciudad de
Quito, en la altura y condiciones atmosféricas de Santo Domingo, en la
provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, Ecuador, a una altura de
655 metros sobre el nivel del mar.
Medición de los parámetros de funcionamiento y desempeño de los
motogeneradores, a nivel del mar y con las condiciones atmosféricas que
68
se dan a una altura teórica de cero metros sobre el nivel del mar, en
Pedernales en la provincia de Manabí, Ecuador.
Además, también se realizaron las mismas mediciones y pruebas durante los
tramos de viaje y recorrido hacia estos lugares, se tomo en cuenta los datos de
funcionamiento del vehículo mientras se circulaba por carretera, tanto al
ascender como al descender.
Las mediciones sobre el desempeño de los motogeneradores durante estos
recorridos, se enfocaron en la función que desempeñan para el funcionamiento
del vehículo y del sistema híbrido del mismo. Los parámetros que se midieron y
tomaron en cuenta, tanto de MG1 como de MG2 fueron:
Torque
Potencia
Revoluciones
Como datos y medidas adicionales, se tomó en cuenta todos los demás
aspectos de funcionamiento del vehículo, como son: consumo de combustible,
sistema de frenos del auto, control de carga de la batería, y todos los aspectos
relacionados al motor de combustión interna.
Estos son puntos importantes del funcionamiento del vehículo híbrido, y fueron
tomados en cuenta al momento de realizar las pruebas para esta investigación,
ya que son factores que intervienen de forma directa en el funcionamiento de
los motogeneradores.
69
4.1 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE QUITO
Para la realización de las pruebas que debían desarrollarse en la cuidad, es
decir en un entorno urbano con todos los elementos que en este interactúan
como vehículos, peatones y tráfico en general, se realizó un recorrido, durante
el cual se sometió al vehículo a un funcionamiento normal, es decir el vehículo
fue conducido dentro de los límites del centro-norte de la ciudad de Quito,
mientras que con la utilización de la computadora y programa de diagnóstico
TechStream se realizaba la obtención de datos sobre el funcionamiento que en
ese momento tenía el auto.
Así se pudo obtener todas las mediciones que se presentan a continuación,
dentro de las cuales se puede observar los parámetros de funcionamiento del
vehículo y como estos varían, en forma conjunta y relacionada al
funcionamiento completo.
La siguiente imagen indica todos los datos que arroja el vehículo sobre su
estado de funcionamiento al momento de ponerlo en contacto, sin encender el
motor.
Es decir, el vehículo está listo para arrancar, pero la palabra Ready no aparece
en el tablero de instrumentos. Esta imagen muestra la pantalla inicial del
programa de medición, con todos los parámetros del vehículo.
En esta imagen se observan los datos que, desde la computadora del auto, son
enviados hacia el programa, razón por la cual aparecen todos los parámetros
que el sistema electrónico controla, sin embargo, los puntos que son de
especial interés para esta investigación, son los relacionados al sistema de
motogeneradores.
70
Figura 33. Pantalla de parámetros del vehículo.
Estos datos sobre el sistema de motogeneradores se presentan a continuación,
de forma ampliada, tomados de la imagen superior.
Tabla 1. Datos sobre el sistema de motogeneradores
Parámetro Valor Unidad
Motor (MG2) Revolution 0 rpm
Motor (MG2) Torq 0.00 Nm
Generator (MG1) Rev 0 rpm
Generator (MG1) Torq 0.00 Nm
Regenerative Brake Torq 0.0 Nm
Motor Temp No2 174 F
Motor Temp No1 169 F
Como se puede observar, los valores referentes a los motogeneradores se
encuentran en cero, ya que el vehículo no se encuentra en movimiento, y
71
tampoco está listo para iniciar aun la marcha. Sin embargo los datos sobre la
temperatura de los motogeneradores si están disponibles, por lo que se
entiende que el sistema ya está controlando este parámetro del vehículo.
La siguiente imagen muestra todos los datos sobre el estado y funcionamiento
del vehículo una vez que está en Drive y listo para arrancar, es decir el auto
esta encendido y la palabra Ready ya aparece en la pantalla, lo que nos indica
que el vehículo puede iniciar la marcha cuando el conductor lo requiera, para lo
cual lo único q hace falta es presionar el pedal del acelerador.
Figura 34. Parámetros del vehículo encendido
De igual forma, esta vez estos son los datos que se muestran sobre el estado y
funcionamiento de los motogeneradores, los datos que se presentan a
continuación están tomados de la imagen superior.
72
Tabla 2.Parámetros iniciales
Parámetro Valor Unidad
Motor (MG2) Revolution 0 rpm
Motor (MG2) Torq 0.00 Nm
Generator (MG1)Rev 0 rpm
Generator (MG1) Torq 0.00 Nm
Regenerative Brake Torq 0.0 Nm
Motor Temp No2 174 F
Motor Temp No1 169 F
Aquí se observa que tanto las revoluciones como el torque de ambos
motogeneradores, son valores que permanecen en cero, esto se debe a que la
imagen fue tomada mientras el vehículo permanecía en reposo, aun no estaba
moviéndose, razón por la cual ninguno de los motogeneradores están en
movimiento.
La imagen que se presenta a continuación, indica los datos del vehículo
obtenidos de la pantalla inicial, con la diferencia de que esta vez el vehículo se
encontraba en movimiento, razón por la cual se observa que todos los datos
empiezan a variar.
Figura 35. Datos durante la marcha
73
Estos son los datos sobre el funcionamiento de los motogeneradores cuando el
vehículo se encuentra en marcha y caminando, tomados de igual manera de la
imagen superior.
Tabla 3.Datos de los motogeneradores
En esta imagen, se observa que en el momento que el vehículo empieza a
moverse, el sistema electrónico mide y controla de forma automática todos los
aspectos que intervienen para que el vehículo pueda funcionar, esta imagen fue
tomada a una velocidad de 18 MPH (28.97 km/h).
Las revoluciones de MG2 son de 2172 rpm, ya que en este momento MG2 es
quien está impulsando al vehículo de forma eléctrica; mientras que las
revoluciones de MG1 son -2147 rpm. Aquí el signo negativo nos indica que
MG1 está girando al revés de MG2, cosa que se produce por efecto mecánico
del tren epicicloidal que une estos elementos.
En el caso del troque, MG1 tiene una medida de cero, ya que no está haciendo
ningún trabajo en este momento, ni como motor ni como generador; mientras
que MG2 tiene una medida de -10.50 Nm, esta medida negativa indica que en
el momento en que se tomó la foto, el pedal del acelerador no estaba siendo
presionado, razón por la cual de forma automática empieza a funcionar el
74
sistema de freno regenerativo, lo que significa que a esa velocidad y a ese
número de revoluciones, MG2 está cargando la batería con energía eléctrica
generada a una fuerza de 10.50 Nm.
El programa da la opción de guardar los datos sobre el funcionamiento del auto
en tiempo real, y existe la opción de seleccionar solo los parámetros que son de
interés, además se puede elegir la forma de visualizar el funcionamiento de los
componentes del auto entre varias opciones de presentación de las medidas y
para los gráficos.
A continuación se presentan las gráficas sobre el funcionamiento de los
motogeneradores mientras se opera el vehículo en ciudad de Quito.
Todos los datos que se presentan toman como base el funcionamiento de los
motogeneradores, además de que se compara su funcionamiento y su
interacción con los demás elementos del vehículo, que inciden y afectan de
forma directa en el control del sistema híbrido.
Figura 36. Revoluciones de MG2
75
La figura anterior muestra las gráficas de los datos sobre torque y revoluciones,
que se obtuvieron al medir el funcionamiento y desempeño de MG2.
Aquí se puede apreciar, como MG2 aumenta o disminuye su número de
revoluciones de acuerdo a la condición de marcha y a los requerimientos del
conductor, es decir, el sistema controla y ajusta la cantidad de revoluciones de
MG2 y el modo de funcionamiento del mismo, tomando en cuenta datos de
varios parámetros al mismo tiempo, como son la velocidad del vehículo, la
carga, la posición del pedal del acelerador y la exigencia del conductor.
Este gráfico cruza en sus ejes los datos de tiempo (eje horizontal X) con los
datos del número de revoluciones (eje vertical Y). En el programa la opción de
guardar los datos sobre la marcha en tiempo real, solo puede almacenar de
forma consecutiva 5 minutos seguidos de funcionamiento, debido a esto,
siempre el tiempo total que se muestra en los gráficos es de 5 minutos de
grabación.
Se puede apreciar de forma clara, la variación en el número de revoluciones de
MG2 durante este tiempo de conducción, esto se debe a que al momento de
conducir en la ciudad no se puede mantener un ritmo constante por mucho
tiempo. Entonces cada vez que se frena, acelera o simplemente se retira el
pie del acelerador, la computadora del sistema híbrido controla el
funcionamiento de MG2, para ajustarlo tanto a la necesidad del conductor como
al modo más eficiente que pueda tener en ese momento el vehículo.
Los datos obtenidos durante esta prueba fueron los siguientes: el valor mínimo
es de -185 rpm, el valor es negativo debido a que en ese momento, MG2
estaba actuando como generador para recargar la batería, no se presionaba el
pedal del acelerador y entro en funcionamiento el sistema de freno
regenerativo.
76
El valor máximo de revoluciones es de 3770 rpm, esto nos indica que al
acelerar el vehículo, MG2 alcanzo ese valor para impulsar el auto a una
velocidad de 32 km/h.
A continuación se presentan los datos obtenidos sobre el torque de MG2
durante la marcha, en el mismo tiempo y condiciones de manejo que los datos
presentados sobre revoluciones anteriormente.
En este caso la pantalla presenta dos curvas, los datos pertenecen a MG2, ya
que el programa puede guardar más de una medición referente al auto al
mismo tiempo, y presentarlos de la forma que se requiera, en este caso en
curvas.
La curva superior representan las revoluciones de MG2 y la curva en la parte
inferior del gráfico es el torque. Igualmente el tiempo de prueba que se
muestra en ambas curvas es en total de 5 minutos.
Figura 37. Curvas de revoluciones y torque de MG2
77
Estas curvas muestran la relación directa que hay entre el torque y las
revoluciones que MG2 produce durante la marcha, ambas medidas fueron
tomadas de forma simultánea, es por esto que guardan una relación directa
entre sí.
En el gráfico se puede observar como la variación en la cantidad de
revoluciones incide directamente en la cantidad de torque que es generado por
MG2. Las curvas presentan subidas y bajadas, que indican cómo se aumentó y
disminuyo de revoluciones y torque durante la conducción.
Estos aumentos y disminuciones responden a las necesidades que se van
dando durante la conducción normal del vehículo, lo que sucede es que se
necesita aumentar la velocidad o detener al auto, lo que provoca directamente
que el funcionamiento de MG2 varíe, aumentando o disminuyendo de
revoluciones según se requiera.
No siempre que se aumenta el número de revoluciones para ganar velocidad
también se aumenta el torque, esto sucede debido a que durante la conducción,
también interviene MCI, aportando con la potencia y torque suplementario que
se necesita para que el vehículo continúe avanzando.
La relación entre revoluciones y torque de MG2, es mucho más directa cuando
MCI no está actuando de ninguna forma. Pero el tiempo de funcionamiento que
se muestra en las gráficas es de 5 minutos, razón por la cual en varios puntos
de las mismas está interviniendo MCI, lo que explica por qué al aumentar de
revoluciones no se ve el mismo incremento en el troque.
Los ascensos y descensos en la curva de revoluciones se explica únicamente
con el uso del pedal del acelerador, en los momentos en que se está
acelerando es cuando aumenta el número de revoluciones de MG2, mientras
que cuando se deja de presionar el acelerador, las revoluciones empiezan a
disminuir.
78
El torque en cambio, aumenta o disminuye de acuerdo a las necesidades del
conductor y al funcionamiento de todo el vehículo en conjunto, es decir depende
del trabajo de MG2 y de MCI.
En este caso, no siempre que el torque está disminuyendo significa que está
funcionando el sistema de frenos regenerativos. El torque de MG2 durante la
conducción también disminuye cuando entra MCI a impulsar al vehículo, ya que
este aporta con potencia y torque.
Además, cada vez que hay un descenso en el número de revoluciones de MG2,
significa que se dejó de presionar el pedal del acelerador, razón por la cual de
forma automática empieza a funcionar el sistema de freno regenerativos, lo que
explica el porqué es muy similar la relación entre la disminución del torque y las
revoluciones al mismo tiempo.
Se debe tener en cuenta también, que la disminución en el torque, representada
por números negativos cuando este desciende, no significa que el torque sea
negativo, significa que durante esos momentos esta funcionado el sistema de
frenos regenerativos.
Las gráficas que se presentan a continuación, corresponden también a las
medidas obtenidas sobre revoluciones y torque de MG2, igualmente mientras
se probaba el vehículo dentro de la ciudad de Quito.
Las curvas que se pueden apreciar aquí son diferentes a las anteriores, ya que
se obtuvieron después, en las mismas condiciones de conducción de antes
pero en un recorrido diferente, lo que provoca que las necesidades de
conducción sean distintas.
Aquí las mediciones varían debido a que dentro de la ciudad nunca vamos a
tener exactamente las mismas situaciones de tráfico, razón por la cual cada vez
que se realiza una medición, aunque sea sobre los mismos parámetros se
obtienen diferentes resultados.
79
El rendimiento del vehículo no varía, lo que varía es la cantidad de revoluciones
y torque de MG2, ya que estos parámetros siempre van de acuerdo a las
necesidades del conductor en el recorrido.
Lo que se observa en la gráfica siguiente, es que durante ese tramo de prueba,
la necesidad de torque y revoluciones de MG2 fue mucho más constante que
antes, lo que explica por qué existen menos variaciones en las curvas.
Las revoluciones de MG2 en este caso suben de forma progresiva, lo que indica
que el requerimiento de velocidad y torque en ese momento fue así. Después
las revoluciones empiezan a descender de forma gradual, esto significa que
durante este periodo de conducción, el requerimiento fue detener el vehículo,
no aumentar su velocidad, es por esto que las revoluciones de MG2 bajan.
Figura 38. Curvas de revoluciones y torque de MG2
En el caso del torque, sucede algo similar, como las revoluciones de MG2 están
descendiendo, lo que indica que el vehículo no estaba aumentando de
velocidad sino disminuyéndola, el torque que produce MG2 es casi constante,
80
con pequeños descensos en los momentos que se presionó el pedal del freno,
estas bajadas en la curva de torque coinciden con las bajadas en la curva de
revoluciones.
El torque se mantiene así de constante porque durante este tiempo de
conducción, no existió la necesidad de mayor velocidad o fuerza del vehículo,
es por esto que la curva indica la cantidad de torque que se necesitaba en esos
momentos para mantener al auto en marcha.
En la gráfica anterior se puede observar una línea vertical con flechas verdes
casi al inicio de las curvas de funcionamiento, esto es una función de indicador
que nos permite usar el programa.
Esta función consiste en seleccionar un punto específico del gráfico, y así el
programa muestra todos los datos del funcionamiento del vehículo en ese
momento seleccionado.
En este caso, los datos que muestra el programa para ese momento son:
Revoluciones de MG2: 4693 rpm
Torque de MG2: -4.25 Nm
Velocidad del vehículo: 39 MPH (62.76 km/h)
Revoluciones de MCI: 1600 rpm
A continuación se presenta un nuevo gráfico, en este se pueden observar
cuatro mediciones referentes a MG2. Aquí se presentan en la misma pantalla
las curvas de revoluciones y torque de MG2, con la curva de revoluciones del
motor de combustión interna.
Estos datos sobre su funcionamiento fueron tomados de forma simultánea, a fin
de conocer la interacción que existe entre estos dos componentes del vehículo,
al trabajar juntos.
81
Figura 39. Curvas de funcionamiento
La curva de la parte superior son las revoluciones de MG2, la curva siguiente es
el torque de MG2 y la curva en la parte inferior son las revoluciones del motor
de combustión interna.
Al observar la curva de revoluciones de MG2, se nota que esta inicia en un
punto alto de la escala al lado izquierdo del gráfico, esto se debe a que la
grabación de los datos en esta prueba se inició cuando el vehículo ya se
encontraba en movimiento. Desde ese punto, la curva de revoluciones baja
progresivamente y también se mantiene constante por un periodo relativamente
largo de tiempo, esto indica que en los puntos en los cuales desciende, el
vehículo estaba disminuyendo su velocidad, mientras que en los sectores del
gráfico donde la curva permanece constante, el vehículo estaba desplazándose
a una velocidad constante.
La curva de torque de MG2, es muy regular durante este periodo de prueba, lo
que significa que el vehículo estaba circulando a velocidad constante, al no
82
presentar la curva de torque variaciones bruscas durante este periodo, indica
que no había necesidad de más potencia, por lo que el vehículo únicamente
para permanecer en movimiento, mantiene su torque casi constante.
Para arrancar el vehículo desde el reposo, siempre la cantidad de torque que se
requiere por parte de MG2 es mayor a la cantidad de torque que se necesita
para mantener el vehículo desplazándose a velocidad constante, mientras el
vehículo se mantiene en movimiento a una velocidad casi constante el torque
no varía demasiado.
Al observar la curva de revoluciones del motor de combustión interna, se puede
ver claramente los momentos en que este está en funcionamiento.
MCI solo entra en funcionamiento en dos momentos específicos de la
conducción, cuando es necesario recargar la batería o cuando se necesita de
potencia extra, en el momento que este está funcionando, su número de
revoluciones es distinto de cero, mientras que durante los periodos que está
inactivo, su número de revoluciones siempre será cero.
Por lo tanto, cada vez que el motor de combustión interna esta funcionado, en
este caso en particular en que la velocidad se mantenía casi constante y no
existía mayor exigencia de prestaciones por parte del conductor, sabemos que
era para recargar la batería.
En los periodos durante los cuales las revoluciones de MCI son cero, y al no
haber una demanda de potencia extra ni superar los 50 km/h, el vehículo se
estaba impulsando de forma eléctrica únicamente con MG2, razón por la cual
durante esta prueba se ve que tanto sus revoluciones como su torque se
mantienen casi constantes.
En el punto seleccionado de esta prueba los datos sobre el funcionamiento del
vehículo son:
83
Revoluciones de MG2: 4499 rpm
Torque de MG2: -13.63 Nm
Revoluciones de MCI: 2240 rpm
Velocidad del vehículo: 37 MPH (59.55 km/h)
Estos datos nos indican que el vehículo estaba disminuyendo su velocidad, no
por presionar el pedal del freno, sino por dejar de presionar el pedal del
acelerador y seleccionar la función "B" de la palanca de cambios.
Sabemos que el vehículo estaba disminuyendo su velocidad porque los datos
sobre el funcionamiento de estos componentes, momentos anteriores a este
punto, eran mayores que los que se tiene actualmente, lo que indica que el
vehículo se estaba desplazando a mayor velocidad.
Otro indicador de que se estaba disminuyendo la velocidad con el sistema de
freno regenerativo, es el hecho de que el torque de MG2 en este punto sea
negativo, además, el hecho de que MCI este girando como nos incida su
número de revoluciones, nos muestra que se seleccionó la función "B" en la
palanca de cambios, lo que produce que el sistema ponga a girar a MCI sin
alimentación de combustible, para aumentar de esta forma la retención del
vehículo y con esto aumentar también la capacidad del sistema de freno
regenerativo, con el consiguiente aumento en la capacidad de recuperar
energía cinética.
A continuación, se presentan los datos referentes al funcionamiento de MG1, en
las mismas condiciones de conducción y durante el mismo recorrido en el cual
fueron tomados los datos anteriores referentes a MG2. Las pruebas que se
realizaron fueron las mismas, el tipo de medición que se realizó también,
únicamente se guardó los datos por separado para facilitar así su análisis. A
continuación se exponen las pruebas realizadas y datos obtenidos sobre el
funcionamiento de MG1 con su respectivo análisis para entender su
funcionamiento.
84
Esta y todas las pruebas que se efectuaron en la ciudad de Quito, se realizaron
de manera consecutiva durante un recorrido, no son pruebas independientes
unas de otras, únicamente los datos se guardan por separado y en el tiempo
máximo que permite el programa.
Se debe tener en cuenta, que a diferencia del motor de combustión interna que
puede permanecer detenido, sin girar, durante el tiempo que sea necesario,
MG1 no puede dejar de girar en ninguna condición de conducción del vehículo.
Esto se debe al sistema de transmisión del tren epicicloidal.
El tren epicicloidal ubicado en la mitad de los tres componentes principales
(MG1, MG2 y MCI), es el encargado de unir y mantener sincronizados y
funcionando en conjunto a estos tres elementos, y al ser un sistema mecánico
está sujeto a un funcionamiento fijo.
Esta es la razón del porque MG1 siempre que el vehículo está en marcha
permanece girando. MG1 va unido al engranaje solar del tren epicicloidal, razón
por la cual siempre recibe movimiento, sea a través de MG2 por la corona, o de
MCI por el porta satélites y los satélites.
Figura 40. Curva de revoluciones de MG1
85
El gráfico anterior, muestra las variaciones del número de revoluciones a las
que está sometido MG1 durante el funcionamiento del vehículo.
En este gráfico, se observa que MG1 nunca deja de girar, a pesar de que
cuando el vehículo está avanzando, lo haga por efecto mecánico en sentido
contrario que MG2, ya que el movimiento pasa por los satélites, que en caso de
que MCI este detenido, giran libremente sobre sus propios ejes. Por esta razón
en todas las pruebas y datos obtenidos sobre MG1 siempre se encuentra que
está en movimiento, pero esto no significa que esté realizando algún trabajo.
La función principal de MG1 es recargar la batería de alto voltaje mediante el
movimiento que le transmite el motor de combustión interna, a pesar de que
puede actuar como motor en otras situaciones de conducción.
La curva de revoluciones de MG1 presenta variaciones más bruscas que la de
MG2, debido a que su movimiento proviene de dos fuentes, y en algunas
ocasiones de manera simultánea, lo que provoca que aumente o disminuya de
revoluciones más ampliamente en un periodo corto de tiempo.
La forma de conocer si MG1 está trabajando como generador o como motor, es
comparando su curva de revoluciones con la su curva de torque.
La gráfica siguiente, es una comparación entre revoluciones y torque de MG1
durante un periodo de la prueba.
En la gráfica, se observa la curva de revoluciones y la curva de torque, lo
primero que se aprecia de forma clara es que MG1 tiene mayor variación en su
número de revoluciones que MG2, y también su torque varía más.
Al comparar estas curvas, notamos que la curva de torque es opuesta a la de
revoluciones, mientras que las revoluciones aumentan el torque disminuye y
viceversa. Esto es debido a que cuando MG1 está trabajando como generador,
86
es movido por MCI, lo que provoca que aumente su número de revoluciones
para generar carga eléctrica y con esta energía recargar la batería.
Figura 41. Revoluciones y torque de MG1
En realidad el torque cuando MG1 está trabajando como generador no
disminuye, aumenta. Pero el programa y el vehículo no reconocen este
aumento como tal, sino que debido a que es trabajo que se usa para recargar la
batería, igual que en el caso de MG2, el torque solo lleva signo negativo, no es
que este disminuyendo ni tampoco es negativo.
El signo negativo en el torque indica que en esos momentos MG1 estaba
funcionando como generador, mientras que cuando el torque es positivo MG1
estaba girando, solo con una pequeña resistencia que le da el sistema de
control electrónico para evitar que gire libremente fuera de control. Esta es la
razón de porque para MG1 el torque siempre tiene valores altos con signo
negativo, mientras que los valores normales o positivos son mucho menores.
87
Al comparar las curvas de torque y revoluciones de MG1, se puede ver con
facilidad en que momentos está trabajando MG1 como generador y en qué
momentos está girando libremente.
En los cuatro sectores en los cuales la curva de torque permanece constante,
MG1 no está trabajando, únicamente está girando por efecto del tren
epicicloidal y el movimiento que recibe de parte de MG2. Por esta razón a pesar
de que el torque se mantiene constante, existen variaciones en el número de
revoluciones de MG1 en los mismos sectores de la prueba.
Mientras que en los sectores que el torque presenta variaciones, las
revoluciones de MG1 varían de forma simultánea y prácticamente de forma
opuesta al torque. Es decir, cuando aumentan las revoluciones de MG1 su
torque presenta un descenso en la curva, lo que nos indica que en esos
momentos está funcionando como generador.
Ese torque que está siendo usado para generar corriente eléctrica y recargar la
batería, es el que se presenta como negativo en las mediciones del sistema.
Se observa también, que mientras más aumenta el número de revoluciones de
MG1, también la cantidad de torque que este produce es mayor, esta cantidad
mayor de torque significa que más cantidad de energía eléctrica se está
generando, en éste caso en particular para usarse en la recarga de la batería
de alto voltaje.
Las revoluciones de MG1 en esta prueba estuvieron en el rango de 1963 a
9321 rpm, mientras que el torque alcanzo valores entre -28.25 y 1.50 Nm.
88
Los datos presentados en la tabla siguiente, corresponden únicamente a los
resultados obtenidos de las mediciones de funcionamiento y desempeño de los
motogeneradores en condiciones de manejo en ciudad, debido a que el tema de
este estudio se centra sobre los motogeneradores, dejando de lado el trabajo
que realiza el motor de combustión interna y su aporte sobre el funcionamiento
de todo el vehículo.
No se puede separar de forma completa el trabajo que realizan los
motogeneradores del motor de combustión interna, puesto que siempre trabajan
juntos y de forma sincronizada, a pesar de que durante varios momentos de la
conducción MCI no esté en funcionamiento.
89
Tabla 4. Comparación de resultados
Resultados obtenidos
Datos oficiales
Conclusión
El sistema HSD ofrece una potencia combinada total de
134 hp (Toyota, 2013)
La potencia es suficiente para todos los casos y momentos
que se presentan en la conducción urbana.
El número máximo de
revoluciones que alcanzo MG2 durante las pruebas
realizadas en ciudad fue de 5953 rpm, mientras que el
promedio de sus revoluciones en todas estas pruebas fue
4915 de rpm.
Número máximo de rpm de MG2 es 13500 (Toyota, 2013)
MG2 posee un rango amplio de revoluciones, lo que le permite trabajar en toda la
gama de operación del vehículo sin problema, en
ningún momento llega a estar cerca de su límite, lo que
indica que su desempeño es siempre el mejor en cada
situación.
La potencia máxima de MG2
es 80 hp (Toyota, 2013)
Debido a que en ciudad no se alcanza una velocidad
elevada, nunca se requiere de toda la potencia que
puede dar MG2
El torque máximo alcanzado por MG2 en estas pruebas
fue de 109.62 Nm, y su torque promedio fue de 47.74
Nm.
El torque máximo de MG2 es 207 Nm
(Toyota, 2013)
Su desempeño máximo está cerca de la mitad de lo que
MG2 puede generar, mientras que el promedio es la cuarta parte del valor nominal, por lo
que MG2 puede afrontar cualquier situación de
conducción que se presente.
El número máximo de revoluciones de MG1 en
estas pruebas fue de 9321 rpm, y su promedio fue de
7079 rpm.
El número máximo de revoluciones de MG1 es el
doble de las de MCI, es decir 10400 rpm.
MG1 trabaja como generador prácticamente todo el tiempo,
por lo que su número de revoluciones siempre es alto.
La potencia máxima de MG1 es 36 hp
(Toyota, 2013)
La potencia de MG1 no se usa, ya que al funcionar como
generador recibe su movimiento desde MCI, y lo
transforma en energía eléctrica que usa para
alimentar a MG2 y la batería.
El torque máximo de MG1 en estas pruebas fue de 1.50
Nm, y su torque promedio fue 1.50 Nm.
MG1 durante estas pruebas trabaja lo hace generador,
razón por la cual su torque es bajo, sin embargo es
suficiente para realizar su trabajo de forma óptima
durante todas las posibles situaciones que se presenten en la conducción por ciudad.
90
4.2 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE PAPALLACTA
Los datos que se presentan a continuación, son los obtenidos durante la
primera parte de las pruebas que se realizaron en condiciones de mayor altitud,
ya que estas mediciones están divididas en tres etapas de trabajo, viaje de
ascenso hacia la localidad de Papallacta, las pruebas realizadas en las
condiciones de altitud de esta ciudad, y finalmente las mediciones obtenidas en
el viaje de regreso hacia la ciudad de Quito.
Las mediciones que se presentan a continuación, corresponden a las pruebas
realizadas durante la subida desde Quito hacia Papallacta.
El gráfico siguiente, muestra la curva de revoluciones y torque de MG2 durante
un tramo de este recorrido, las revoluciones en la parte superior, y el torque en
la parte inferior.
Estas medidas fueron tomadas después de iniciar la marcha del vehículo, razón
por la cual las curvas no inician en cero. Al ser esta una prueba en carretera, se
tenía la posibilidad de mantener una velocidad casi constante, afectada
únicamente por el estado general de la vía y de las condiciones de trafico que
se encontraron, a pesar de eso se puede observar que la curva de revoluciones
es mucho más constante y presenta menos picos en relación a los resultados
de la misma prueba realizada en la ciudad de Quito.
La curva indica que el vehículo viajaba a una velocidad constante, sin embargo
las variaciones que se presentan en la misma se deben a los cambios de
velocidad durante la conducción, cada vez que es necesario acelerar o frenar,
la curva varia, sea ascendente o descendentemente respectivamente.
Esta es la razón de porque no existen picos en la curva, ya que durante esta
etapa de la prueba no se realizaron aceleraciones o frenadas bruscas.
91
En el momento de prueba seleccionado, las revoluciones de MG2 eran de 6212
rpm, y el vehículo se desplazaba a una velocidad de 52 MPH (83.69 km/h),
mientras que el torque era de 19 Nm.
Este valor del torque, indica que MG2 en ese momento estaba funcionando
como motor, es decir recibía energía eléctrica para impulsar al auto, sin
embargo no estaba trabajando solo, debido a la velocidad que llevaba el
vehículo y a la potencia que se requería en ese momento, MG2 estaba
impulsando al auto de forma conjunta con MCI. El trabajo de MCI explica
porque a ese número de revoluciones el torque producido por MG2 es tan
bajo, la razón es que la fuerza adicional necesaria la está proporcionando MCI y
MG2 no necesita elevar más su torque.
En este momento de la prueba, MCI está trabajando a 4064 rpm, con lo que
realiza dos funciones al mismo tiempo, primero ayuda a MG2 a impulsar al
vehículo y segundo mueve a MG1 para que este genere energía eléctrica, que
en ese momento se destina de forma directa para el funcionamiento de MG2.
Sabemos que esto está ocurriendo de esta forma por el número de revoluciones
y cantidad de torque que está generando MG1 en este mismo momento. Los
datos de la izquierda del gráfico inferior, muestran que MG1 está produciendo
un torque de -23.13 Nm a 8568 rpm.
La velocidad de giro de MG1, o sus revoluciones, se deben a la relación que
existe en el tren epicicloidal entre MG1 y MCI, como es MCI quien impulsa a
MG1, este tiene un número mayor de revoluciones, y al ser el torque que está
generando negativo, nos indica que está siendo usado como generador por el
sistema electrónico del vehículo en ese momento.
La energía eléctrica que está siendo generada por MG1, se destina de forma
directa para impulsar a MG2, sin pasar por la batería, ya que esta no puede
realizar dos acciones al mismo tiempo.
92
La batería no puede cargarse por la acción de MG1 y a la vez entregar carga
para el funcionamiento de MG2, razón por la cual en este modo de
funcionamiento, y en estas condiciones de conducción, el sistema electrónico
de control híbrido usa la energía de MG1 para impulsar a MG2 de forma directa,
y con esto mover al vehículo. Además de que en ese momento MCI está
ayudando en la impulsión del auto y también moviendo a MG1.
Figura 42. Revoluciones y torque de MG2
En el caso del torque de MG2, se puede ver que la curva es muy irregular,
presentando picos de subida constantemente, y no siempre aumenta cuando
aumentan las revoluciones.
El hecho de que la curva sea irregular se debe a que se ve afectada por el
funcionamiento de MCI. Cada vez que entra a funcionar MCI, la curva de torque
presenta un aumento brusco, debido a que MG2 recibe la fuerza de MCI
directamente, además de la que está generando por sí mismo.
93
El hecho de que el torque disminuya cuando aumentan las revoluciones, se
debe a que ese aumento de revoluciones es dado por MCI, razón por la cual
MG2 no necesita seguir produciendo fuerza para mover el vehículo.
Además, cuando las revoluciones disminuyen, significa que el vehículo está
reduciendo su velocidad, por lo que MCI deja de funcionar automáticamente, y
el torque necesario para que el vehículo continúe moviéndose es proporcionado
por MG2.
Este funcionamiento se da en estas condiciones de manejo, en carretera y
durante un tiempo de ascenso prologando.
En el momento en que el torque es mayor, se observa que las revoluciones
están en su punto más bajo. Esto se debe a que el vehículo en ese momento
redujo su velocidad hasta no necesitar de la ayuda de MCI para avanzar, por lo
que se estaba impulsando únicamente con MG2, por lo que este a bajo número
de revoluciones produce un gran torque, necesario para poder mover el
vehículo pero no aumentar de velocidad.
Los valores alcanzados en esta prueba por MG2 en revoluciones estuvieron
comprendidos entre 4193 y 6212 rpm, mientras que el torque se ubicó entre los
valores de 2.25 y 32.62 Nm.
Se debe tener en cuenta que durante todas las pruebas realizadas, tanto en
carretera como en ciudad, MG2, MG1 y MCI siempre trabajan en conjunto,
razón por la cual en las curvas de funcionamiento se ve la interacción que estos
elementos tienen entre sí, y que produce variaciones en el funcionamiento de
cada uno de ellos.
A continuación se presentan los datos obtenidos de la realización de las
mismas pruebas en carretera, referente a MG1 en torque y revoluciones.
94
El siguiente gráfico muestra en la parte superior la curva de revoluciones de
MG1, y en la parte inferior la curva de torque de MG1. Estas dos mediciones se
obtuvieron al mismo tiempo, por lo que las revoluciones y el torque va de
acuerdo al mismo momento de trabajo.
Figura 43. Curvas de MG1
Se puede observar la diferencia clara que existe entre las curvas de
revoluciones y torque de MG1, en este caso mientras que las revoluciones
varían constantemente, la curva de torque permanece más constante, variando
únicamente en los momentos en los cuales MG1 trabaja como generador.
Estas variaciones en la curva de torque, permiten identificar los momentos en
los cuales MG1 está funcionando como generador, y cuando está girando sin
realizar ningún trabajo.
Las variaciones en la curva de revoluciones de MG1 se deben a que este
siempre se encuentra en movimiento, ya que en todas las situaciones de
conducción, el tren epicicloidal recibe movimiento en el engranaje solar.
95
A pesar de que MG1 siempre este en movimiento, eso no significa que esté
trabajando, MG1 trabaja únicamente cuando su torque varia, el resto del tiempo
está girando por efecto de la transferencia de movimiento por parte del tren
epicicloidal.
En los momentos que MG1 produce un torque positivo, está funcionando como
motor para ayudar a impulsar el vehículo. Mientras que cuando produce un
torque negativo, significa que está funcionando como generador, sea para
recargar la batería o impulsar a MG2 con esa energía eléctrica generada, según
sea necesario de acuerdo a la condición de conducción.
En el momento seleccionado, las revoluciones de MG1 son de 4499 rpm y su
torque de -19.25 Nm. Además la velocidad del vehículo es de 48MPH (77.25
km/h) y las revoluciones de MG2 5795 rpm con un torque de 14Nm.
Estos valores indican que MG1 estaba funcionando como generador, por su
torque negativo, y esta energía destinándose para el uso de MG2.
Sabemos que la energía producida por MG1 está usándose para impulsar a
MG2 por las revoluciones de MCI, que son de 2880 rpm, esa cantidad de
revoluciones en MCI no son suficientes para impulsar al vehículo a través de la
ayuda hacia MG2, pero si son suficientes para hacer trabajar a MG1.
A continuación se presenta una gráfica con las curvas de revoluciones de MG2
y MG1 al mismo tiempo. Estas curvas nos permiten ver la interacción que existe
entre los dos motogeneradores.
Aquí lo que se aprecia es que por las necesidades propias de la conducción en
esa carretera, que no permiten llevar una velocidad constante en el vehículo
durante periodos largos debido a la topografía y al estado de la vía.
Las constantes variaciones en la curva de MG2, en la parte superior de la
gráfica, indican que la velocidad, y por lo tanto el funcionamiento del vehículo
96
variaba constantemente. El motor de combustión interna debía intervenir varias
veces durante la conducción, tanto para ayudar a impulsar al auto como para
recargar la batería.
En toda esta prueba en particular, por el hecho de que el vehículo siempre
estaba acelerado, ya que se trata de probar el rendimiento de los
motogeneradores en subida, el sistema de frenos regenerativos prácticamente
no entro en funcionamiento, razón por la cual el motor de combustión interna
debía hacer trabajar a MG1 para poder mantener la carga de la batería.
El trabajo constante al que MG1 estuvo sometido durante toda esta prueba de
ascenso, se ve reflejado en la curva de sus revoluciones, en la parte inferior del
gráfico, que presentan grandes variaciones durante todo el tiempo, sin
mantenerse constantes a ningún momento durante toda la prueba.
El funcionamiento de los motogeneradores es casi el mismo durante todo este
recorrido, por lo que los datos presentados aquí se repiten durante todo el viaje.
Figura 44. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1
97
Las variaciones en la curva de revoluciones de MG2, representan el trabajo que
este realizaba, cada vez que aumentan significa que el vehículo aumentaba su
velocidad, y al disminuir indican que se estaba reduciendo la velocidad.
Sin embargo, las variaciones en la curva de MG1 no indican trabajo en todos
los momentos, ya que MG1 siempre está girando.
Para poder conocer los momentos en los cuales tanto MG1 como MG2 están
trabajando y de qué forma lo están haciendo, es necesario analizar sus curvas
de torque y compararlas con la velocidad del vehículo.
La diferencia que existe entre el número de revoluciones de MG2 (1283rpm) y
MG1 (7433 rpm) se debe a dos cosas principalmente: la primera es la relación
que existe en el tren epicicloidal, que provoca que MG1 siempre gire más
rápido; y la segunda a que en ese momento MG1 estaba funcionando como
generador, produciendo un torque de -20.88 Nm.
Figura 45. Curvas de torque de los motogeneradores
98
El gráfico anterior muestra las curvas de torque de MG1 y MG2 durante esta
prueba. Estas curvas no corresponden a las revoluciones del análisis anterior,
ya que fueron tomadas después de esas medidas. Es decir, se tomaron estos
datos sobre torque en el mismo recorrido de prueba, pero en el tramo siguiente
al cual se midieron las revoluciones.
En la parte superior del gráfico se encuentra la curva de torque correspondiente
a MG2, que presenta constantes y bruscas variaciones. Estas variaciones se
deben a dos factores, al apoyo que recibe MG2 por parte de MCI durante la
conducción y a que cuando interviene MG1 como motor, este es quien impulsa
al vehículo junto con MCI.
Se puede observar que en los momentos en los cuales el torque de MG2
disminuye a sus puntos más bajos, es cuando aumenta el torque de MG1. Esto
se debe a que en esos momentos, la velocidad del vehículo está en un punto en
el cual MCI es quien impulsa casi por si solo al auto, apoyado por MG1. En ese
momento, MG2 únicamente transmite el movimiento que recibe hacia las
ruedas del auto.
La curva de torque correspondiente a MG1, en la parte inferior, es mucho más
constante, y sus variaciones no son tan bruscas como en el caso de MG2,
debido a que MG1 únicamente cuando está trabajando, es cuando produce
torque. El resto del tiempo está girando, pero sin producir trabajo, únicamente
con una pequeña carga que le da el sistema de control electrónico para evitar
que gire fuera de control.
Al final de la curva de torque de MG1 se puede apreciar un gran aumento en su
torque, esto se debe a que en ese momento MG1 estaba siendo usado como
generador para cargar la batería de alto voltaje. Esto lo puede realizar durante
la conducción en cualquier momento.
99
Lo que sucede cuando MG1 está cargando la batería, es que recibe todo el
impulso de parte de MCI, que a la vez es quien impulsa al vehículo. MG2
mientras esto sucede únicamente se encuentra girando, para transmitir el
movimiento a las ruedas del auto, sin usar o generar energía, y tampoco
oponiendo resistencia al movimiento que recibe desde MCI.
Durante este caso de funcionamiento, el vehículo está moviéndose únicamente
con el trabajo del motor de combustión interna, esto se da sobre todo cuando la
velocidad del vehículo es alta y la batería necesita cargarse.
Para entender cómo está funcionando el vehículo en este momento, es
necesario analizar todos los datos actuales, es decir los que nos indica el
gráfico en el momento seleccionado. Estos datos son:
Torque de MG2: 13.62 Nm
Torque de MG1: -17.38 Nm
Velocidad del vehículo: 19 MPH (30.58 km/h)
Revoluciones de MCI: 2432 rpm
Revoluciones de MG2: 2420 rpm
Revoluciones de MG1: 3762 rpm
Torque del freno regenerativo: 0 Nm
Lo que estos datos indican, es que en ese momento el motor de combustión
interna está trabajando para mover a MG1, que por su torque está funcionando
como generador. Al no poder cargar la batería al mismo tiempo que esta envía
energía a MG2, se entiende que la energía que está produciendo MG1 está
siendo usada de forma directa por MG2 para mover el vehículo.
Sabemos que MG2 está impulsando el vehículo porque presenta un torque de
13.62 Nm, suficiente para mover al auto a la velocidad actual, que en ese
momento de la prueba es de 30.58 km/h.
100
Las gráficas que se presentan a continuación, corresponden a las pruebas
realizadas en condiciones de altura, es decir estos datos se obtuvieron al
circular el vehículo en la localidad de Papallacta, en la provincia de Napo a una
altura promedio de 3300 msnm. La cantidad de oxígeno que hay a esta altitud
es de entre el 70% y 62% con respecto al nivel del mar, dato relevante que
influye directamente en el rendimiento de MCI.
Estas pruebas se hicieron a fin de conocer si la variación en la presión
atmosférica y cantidad de oxígeno afectan de alguna manera al funcionamiento
de los motogeneradores, y también buscando conocer si el rendimiento del
motor de combustión interna disminuido, produce alguna variación en el sistema
de transmisión y motogeneradores.
Sabemos que a mayor altura sobre el nivel del mar, la cantidad de oxígeno del
aire disminuye, y esto provoca que todos los motores de combustión interna,
presenten una disminución en su rendimiento. Por lo tanto, MCI se verá
afectado directamente por estas condiciones.
El siguiente gráfico muestra las curvas de revoluciones y torque de MG2
obtenidas durante un tramo de conducción dentro de Papallacta. Lo que se
puede observar en estas curvas, es que las revoluciones varían de forma
distinta a lo observado durante las pruebas de carretera.
Aquí las variaciones que vemos en la curva de revoluciones, no son tan bruscas
a pesar de ser constantes, es decir siempre está cambiando el número de
revoluciones de MG2, pero entre cada variación hay pequeños periodos en los
cuales el número de revoluciones permanece constante.
Los momentos en las cuales las revoluciones permanecen constantes, quiere
decir que el vehículo está avanzando a una velocidad constante, mientras que
cuando varían, el vehículo está variando su velocidad.
101
Esta curva es muy similar a la que se produjo al realizar la misma prueba en la
ciudad de Quito, lo que nos da a entender que el cambio de altura no afecta el
funcionamiento de MG2, ya que su curva de revoluciones va de acuerdo a las
necesidades y exigencias propias de circular en ciudad.
Como dentro de la ciudad no se puede mantener una velocidad constante por
largos periodos de tiempo, el número de revoluciones de MG2 tampoco es
constante, va aumentando y disminuyendo en función de la velocidad del
vehículo. Esto se da sin tener en cuenta los momentos en los cuales interviene
MCI como ayuda para el movimiento.
Figura 46. Curvas de revoluciones y torque de MG2
La curva de torque del gráfico anterior, muestra que MG2 está trabajando como
motor durante un periodo mayor de tiempo que mientras se circulaba por
carretera. Esto se debe a que se alcanza una velocidad menor, por lo que el
vehículo se impulsa el mayor tiempo posible únicamente de forma eléctrica,
102
utilizando el sistema de frenos regenerativos cada vez que se deja de acelerar
para recargar la batería.
Cada vez que la curva de torque presenta un aumento, indica que el vehículo
estaba aumentando su velocidad, mientras que cuando disminuye indica que el
vehículo estaba reduciendo su velocidad o MCI estaba supliendo esa potencia
para continuar en movimiento.
Al final de las dos curvas del gráfico anterior, se puede apreciar una
disminución brusca tanto de número de revoluciones como de torque al mismo
tiempo, esto nos indica que en ese momento se presionó el pedal de freno,
reduciendo de manera significativa la velocidad del vehículo, razón por la cual
las revoluciones bajan tanto en un periodo muy corto de tiempo al igual que el
torque, en este momento ese torque es negativo, lo que indica que MG2 trabaja
como generador mediante el sistema de freno regenerativo y envía esta energía
hacia la batería.
Los datos del momento de prueba seleccionado son:
Revoluciones de MG2: 845 rpm
Torque de MG2: 59.37 Nm
Velocidad del vehículo: 7 MPH (11.27 km/h)
Estos datos, indican que en ese momento el vehículo estaba arrancando desde
el reposo, debido a esto el torque de MG2 es alto a un bajo número de
revoluciones. Durante este momento el vehículo se estaba moviendo de forma
eléctrica únicamente solo mediante MG2, ya que tanto el torque de MG1 como
el número de revoluciones de MCI son cero. Las revoluciones de MG1 son
distintas de cero únicamente porque siempre está girando por efecto de la
transmisión.
A continuación se presenta el gráfico con las curvas de revoluciones y torque de
MG1 tomadas durante un recorrido en Papallacta.
103
Esta prueba fue hecha a fin de determinar el funcionamiento de MG1 en
condiciones de altura, y verificar si estas condiciones inciden de alguna forma
en su comportamiento.
Lo primero que se aprecia al observar estas curvas, es que el torque, en la
parte inferior de la gráfica, presenta continuas y bruscas variaciones, lo que
indica que MG1 trabaja más veces y más seguido.
El continuo trabajo de MG1 se debe a dos factores en especial: la velocidad del
auto y la cantidad de carga de la batería.
Figura 47. Curvas de funcionamiento de MG1
Al circular en la localidad de Papallacta con sus particulares condiciones de
tráfico y topografía, no se puede avanzar a una velocidad alta ni constante, todo
el tiempo se va a baja velocidad y con frecuentes detenciones. Esto provoca
que el vehículo trabaje la mayor parte del tiempo de forma eléctrica únicamente,
104
impulsándose con MG2, lo que a su vez provoca que se descargue la batería, y
MCI tenga que entrar en funcionamiento para mover a MG1 que trabaja como
generador y de esa formar cargar la batería para continuar moviendo al
vehículo.
Las variaciones que presenta la curva de revoluciones, se debe al trabajo que
está realizando MG2. Como el vehículo está moviéndose mayormente de forma
eléctrica, MCI no gira, lo que provoca que el movimiento de MG2 se transmita a
MG1 a través del tren epicicloidal, lo que junto con los periodos de trabajo de
MG1 como generador, provoca esa curva irregular de revoluciones.
Al observar ambas curvas juntas, se puede apreciar que su funcionamiento es
normal, a pesar de estar el vehículo en una condición de mayor altitud, menor
cantidad de oxígeno en el aire y menor presión atmosférica, el funcionamiento
de MG1 continua siendo el mismo, sin mostrar ninguna variación en su
comportamiento que pueda atribuirse a las condiciones mencionadas.
En esta prueba, se puede observar que el número de revoluciones de MG1 es
alto (4168 rpm) mientras que su torque es negativo (-11.38 Nm) esto indica que
en ese momento en especial, MG1 estaba funcionando como generador,
impulsado por MCI que a su vez estaba moviendo al vehículo.
El vehículo estaba siendo impulsado por MCI a la vez que este movía a MG1
para recargar la batería. Esto sucede debido a que se estaba recargando la
batería mientras el auto se encontraba en el reposo, y al momento de iniciar la
marcha, el sistema lo hace mediante el aprovechamiento de MCI.
Sabemos que esto sucede de esta forma por los demás datos que tiene el
vehículo en el mismo momento. Las revoluciones de MG2 son 378 rpm y su
torque es de -2 Nm, mientras que las revoluciones de MCI son 1152 rpm y la
velocidad del auto es de 2 MPH.
105
Esto indica que el vehículo estaba arrancando desde el reposo mediante MCI,
que a su vez estaba siendo aprovechado para mover a MG1 y hacerlo trabajar
como generador. En este caso el torque negativo de MG2 indica que estaba
siendo movido por MCI, pero no estaba generando energía, solo recibía
movimiento, es decir gira por la acción de MCI para poder transferir el
movimiento de este hacia las ruedas del vehículo.
La siguiente gráfica muestra una comparación entre las curvas de revoluciones
de MG1, MG2 y MCI, tomadas de forma simultánea durante la misma prueba.
La curva de revoluciones de MCI es la de arriba del gráfico, en el centro se
encuentra la curva de revoluciones de MG2 y en la parte inferior del gráfico se
encuentra la curva de revoluciones de MG1. Estas curvas fueron grabadas de
forma simultánea, por lo que su interacción al momento de funcionar el vehículo
en la localidad de Papallacta, se puede apreciar de forma directa.
Figura 48. Curvas de revoluciones
106
La curva de la parte superior, correspondiente a las revoluciones de MCI
permite ver de forma clara los momentos en los cuales MCI está trabajando y
cuando está detenido, únicamente cuando esta curva presenta variaciones
significa que MCI está trabajando, mientras que en los momentos en los cuales
el vehículo esta funcionado de forma eléctrica, MCI permanece detenido, por lo
que su curva de revoluciones es cero y se mantiene así.
La curva de revoluciones de MG2, presenta una mayor variación, pero en este
caso es suave y progresiva, eso indica que el vehículo estaba moviéndose a
velocidades más constantes, por lo que la curva al subir o bajar indica las
variaciones de velocidad que se dieron durante la prueba.
La curva de revoluciones de MG1, en la parte inferior del gráfico, es muy similar
a la de MCI, por lo que podemos decir que durante esta prueba, cuando
funciono MCI fue para mover a MG1 y así generar energía eléctrica, puesto que
ambas curvas varían de forma similar y al mismo tiempo. Sin embargo la curva
de MG1 presenta mayor número de irregularidades que la de MCI, esto es
debido a que MG1 siempre que el vehículo este en movimiento, también estará
girando.
El sector de la curva en la que MCI está detenido, MG1 también muestra un
número bajo de revoluciones, mientras que las revoluciones de MG2 varían en
el mismo tramo en un marguen amplio. Esto indica que durante ese momento
MG2 estaba realizando todo el trabajo necesario para impulsar al vehículo de
forma completamente eléctrica, alimentado únicamente por la batería.
A continuación, de la misma forma se presentan los datos referentes a torque
de MG1 y MG2, comparados con la curva de revoluciones de MCI.
La primera curva del gráfico, en la parte superior son las revoluciones de MCI, y
se presentan las curvas de torque de MG2 y MG1 respectivamente.
107
Lo primero que se aprecia es que ambas curvas de torque son muy constantes
en sus valores, a pesar de que las revoluciones de MCI presenten grandes
variaciones.
El hecho de tener curvas de torque constantes, indica que el vehículo se
desplazaba sin la necesidad de aumentar su fuerza, la cantidad de fuerza
generada era suficiente para mantener al auto en movimiento, es por esto que
el torque de MG2 no varía prácticamente nada durante toda la prueba.
El torque constante de MG2 también indica que el vehículo se estaba
desplazando a una velocidad constate durante esta prueba, ya que cada vez
que se aumenta o disminuye la velocidad, el torque de MG2 también varía.
Al observar la curva de torque de MG1, vemos que esta es prácticamente
constante y se mantiene cerca de 3.37 Nm, esto indica que MG1 durante esta
prueba no estaba funcionando ni como generador ni como motor, únicamente
estaba girando por efecto de la transmisión. Este troque que presenta MG1 es
producto del sistema de control electrónico, que durante la marcha del vehículo
le da cierta cantidad de resistencia eléctrica a MG1 para evitar que este gire
fuera de control.
Con estos datos, podemos concluir que durante esta prueba el vehículo se
estaba desplazando de forma eléctrica, únicamente mediante MG2 a una
velocidad de 22 MPH (35.41 km/h).
Lo que la curva de revoluciones de MCI indica, es que en ciertos momentos fue
necesaria la intervención de MCI para impulsar el vehículo, debido a que se
superó la velocidad para un funcionamiento eléctrico. Sabemos que MCI
intervino solo para ayudar a impulsar al vehículo ya que la curva de torque de
MG1 no indica que haya trabajado como generador.
108
Figura 49. Revoluciones de MCI y torque de los motogeneradores
Con estas curvas de torque, podemos notar claramente que el desempeño de
los motogeneradores no se ve afectado por la altura, geografía ni condiciones
atmosféricas de Papallacta.
Los datos que presenta el vehículo en el momento seleccionado de la prueba,
indican el funcionamiento del auto en ese punto. Lo que podemos observar en
la gráfica anterior es que el torque de MG2 es -19.63 Nm, esto indica que en
ese momento estaba trabajando como generador para recargar la batería.
El torque de MG1 es 3.37 Nm, puesto por el sistema de control para evitar que
gire fuera de control durante el movimiento del vehículo. Ya que por la relación
que existe en el tren epicicloidal de la transmisión, durante el funcionamiento
del vehículo, MG1 empezaría a girar libremente en cualquier momento.
El siguiente gráfico muestra las curvas de torque de MG2 y MG1, junto con la
curva de revoluciones de MCI durante una prueba de subida en la localidad de
Papallacta. La idea de esta prueba fue acelerar el vehículo en una subida de la
109
ciudad, para conocer cómo responde el sistema ante una exigencia de
potencia, en las condiciones de mayor altitud.
Figura 50. Revoluciones de MCI con torque de MG2 y MG1
La curva de torque de MG2, en el centro del gráfico, se muestra con pequeñas
variaciones, siempre ascendentes, lo que indica que a medida que el vehículo
aumentaba de velocidad, también aumentaba la cantidad de fuerza de MG2
para poder impulsar el vehículo.
La curva de torque de MG1, indica dos cosas principales. Primero MG1 no
intervino en el movimiento del vehículo durante esta prueba, ya que su torque
es constante mientras no está en funcionamiento MCI. Lo que indica que MG1
no trabajo como motor durante esta prueba.
Segundo, en el momento en que MCI interviene en el movimiento para impulsar
al auto, MG1 aprovecha este impulso y empieza a trabajar como generador,
para que mientras MCI se encarga de mover al vehículo, MG1 recarga la
batería.
110
La curva de revoluciones de MCI indica el momento en el cual el vehículo
necesito de fuerza extra para poder ascender. El momento en que empieza a
trabajar MCI, después de haber estado detenido, indica que intervino para
impulsar al vehículo y a su vez mover a MG1 para que trabaje como generador
y recargar la batería.
Sabemos que el funcionamiento del vehículo se está dando de esa forma al
observar juntas y comparar estas tres curvas de funcionamiento.
La siguiente gráfica muestra las curvas referentes a revoluciones, tanto de MCI
como de los motogeneradores. Esta prueba se realizó completamente en
condiciones de altura, estas curvas fueron tomadas mientras el vehículo
circulaba en Papallacta.
Figura 51. Curvas de revoluciones
Lo que se observa en estas curvas, es que las tres tienen un inicio muy similar,
manteniendo un número constante y bajo, aumentando y empezando a variar
un momento después de iniciada la conducción.
111
Esto se debe a que el vehículo siempre que la batería tenga carga suficiente,
inicia la marcha de forma eléctrica, sin importar las condiciones en que se
encuentre.
Mientras el vehículo está funcionando de forma eléctrica, se observa que la
curva de revoluciones de MCI esta en cero, mientras que las revoluciones de
MG2 son las mininas requeridas para que el vehículo este en movimiento, al
igual que las de MG1.
Sin embargo, cuando el vehículo aumenta su velocidad, se observa que las tres
curvas de revoluciones empiezan a variar de forma significativa.
Estas variaciones se deben a que el sistema ajusta todos los parámetros de
funcionamiento durante la conducción, siempre adecuándolos al modo más
óptimo energéticamente posible.
Es decir, el sistema controla que elemento está trabajando y de qué forma lo
hace, pero al estar estos tres componentes unidos y siempre interactuando
entre sí, cuando el vehículo esté en marcha siempre estarán en movimiento,
esta es la razón de las continuas variaciones que se observan en las curvas de
revoluciones de la gráfica anterior.
A continuación se presenta un gráfico comparativo entre las curvas de
revoluciones y torque, tanto de MG1 como de MG2 obtenido durante un
recorrido de prueba en condiciones de altura.
Se puede observar que las revoluciones y torque de MG2 son curvas bastante
constantes y que no presentan variaciones bruscas. Esto indica que el vehículo
estaba moviéndose a una velocidad constante, razón por la cual el número de
revoluciones es casi el mismo durante toda la prueba, al igual que el torque.
Las curvas correspondientes a MG1 presentan más diferencias entre sí,
mientras que las revoluciones de MG1 permanecen casi constantes y muy
112
similares a las de MG2, su curva de torque presenta mayor variación, estas
variaciones constantes en el torque de MG1indican que durante este periodo de
prueba, intervino MCI de forma regular, sea para ayudar a impulsar al vehículo
o para mover a MG1 y que este trabaje como generador para recargar la
batería o entregar energía a MG2.
Figura 52. Curvas de revoluciones y torque de los motogeneradores
En este momento en particular, el número de las revoluciones de los dos
motogeneradores indican que están trabajando, y su torque la forma en la que
lo están haciendo.
El torque de MG2 es de 72.25 Nm, y el torque de MG1 es -17.75 Nm, esto
quiere decir que MG1 está funcionando como generador, impulsando por MCI
que está girando a 2592 rpm, y la energía eléctrica que está produciendo se
destina para MG2, que es quien está realizando el trabajo necesario (72.25 Nm)
113
para mover al vehículo a la velocidad actual, que en ese momento es de 11
MPH (17.7 km/h).
El siguiente gráfico muestra las curvas de revoluciones y torque de MG2,
obtenidas durante la prueba de altura de forma independiente.
Figura 53. Curvas de funcionamiento de MG2
La curva de revoluciones, en la parte superior del gráfico, indica que el vehículo
estuvo detenido, esto mientras la línea se presenta como una recta continua sin
ninguna variación, al momento de arrancar y ponerse en movimiento el
vehículo, es cuando la curva empieza a variar.
El momento en el cual la curva presenta un aumento brusco en el número de
revoluciones indica que se aceleró el vehículo y se mantuvo esa velocidad por
el periodo en que la curva se mantiene constante, después de ese aumento, se
presionó el pedal de freno, razón por la cual la curva vuelve a descender.
114
La curva de torque de MG2, de igual forma, mientras el vehículo estaba en
reposo es una recta continua, que no presenta ninguna variación, mientras que
cuando el vehículo empieza a moverse, se puede apreciar que empieza MG2 a
generar cierto torque, razón por la cual la curva presenta variaciones al mismo
tiempo que varían las revoluciones.
A continuación, se presenta una serie de pruebas realizadas sobre el
funcionamiento de MG2 y MG1 en carretera, con la diferencia de que este
tramo es el camino de regreso desde Papallacta hacia la ciudad de Quito, por lo
que estas pruebas son las mediciones realizadas sobre los motogeneradores
durante un periodo de descenso en conducción por carretera.
Al conducir por carretera en descenso, se utiliza el acelerador muy poco tiempo
y en ciertas ocasiones, ya que el vehículo se impulsa y adquiere su movimiento
solo por su inercia, razón por la cual se necesita controlar únicamente la
velocidad del auto mediante el uso del freno.
Por esta razón el Toyota Prius realiza el descenso por carretera casi todo el
tiempo de forma eléctrica.
Cuando se está presionando el pedal de freno, o el vehículo está en el modo B
de conducción, el motor de combustión interna se desactiva, girando en vacio,
es decir sin recibir alimentación de combustible o se detiene su movimiento de
forma completa, avanzando el vehículo únicamente con el movimiento de MG2,
que mientras se está disminuyendo la velocidad, trabaja como generador
mediante el sistema de freno regenerativo.
El gráfico siguiente muestra las mediciones sobre MG1 referentes a
revoluciones y torque durante un tramo del descenso.
115
Figura 54. Datos acerca de MG1
En el gráfico se pueden observar las medidas máximas y mínimas alcanzadas
durante esta prueba, las revoluciones indican el régimen en que estuvo girando
MG1, mientras que sus medidas de torque indican que en ningún momento
trabajo como motor, ya que su torque máximo es 0 Nm, pero si actuó como
generador, ya que presenta un torque mínimo de -31 Nm, que se refiere a la
fuerza hecha mientras generaba energía eléctrica.
La gráfica siguiente muestra las curvas de torque del freno regenerativo,
revoluciones y torque referentes a MG2, estas medidas se obtuvieron de esta
forma con el fin de comparar el funcionamiento de MG2 durante el descenso
con la activación del sistema de freno regenerativo.
La primera curva, es el torque del freno regenerativo, este sistema trabaja con
MG2 haciendo que funcione como generador cuando se presiona el pedal de
freno, por esta razón la curva presenta una línea recta y continua mientras no
se está usando, y en el momento en que se presiona el pedal de freno es
116
cuando empieza a trabajar, que es cuando presenta variaciones, lo que indica
que MG2 está girando con la energía cinética del auto, y convirtiendo esta
energía y movimiento en energía eléctrica para cargar la batería. Se aprecia de
forma clara el trabajo del sistema de freno regenerativo en el final de la curva,
que es el momento en el cual estuvo actuando.
Figura 55. Curvas de funcionamiento de MG2
La curva de revoluciones de MG2, en el centro de la gráfica, muestra la
variación en el número de revoluciones de MG2 durante esta prueba, cuando la
curva sube significa que el vehículo aumento de velocidad y cuando la curva
disminuye significa que el vehículo redujo su velocidad.
Por lo tanto, las variaciones en la curva de revoluciones, lo primero que indican
son las variaciones en la velocidad del vehículo.
A pesar de que estas medidas corresponden al recorrido de regreso hacia
Quito, no todo el camino es en bajada, también existen pequeñas subidas y
117
sectores planos, en los cuales es necesario mantener la velocidad, razón por la
cual se debe presionar el pedal del acelerador.
Estos periodos son los que se muestran en la curva de torque, esta curva
muestra los momentos en los que MG2 realizo un trabajo para mantener el
movimiento del auto, que es cuando la curva asciende, y la curva vuelve a
descender cuando ya no es necesario este aporte de fuerza por parte de MG2
para el movimiento.
El siguiente gráfico, muestra la curva de torque del freno regenerativo en
comparación con las curvas de revoluciones y torque de MG1.
Figura 56. Curvas de funcionamiento de MG1
En esta gráfica, se puede ver el trabajo del sistema de freno regenerativo
cuando se presiona varias veces seguidas el pedal de freno, estas curvas
fueron tomadas durante el recorrido del auto en un tramo largo de bajada, razón
118
por la cual el sistema de freno regenerativo se activa tantas veces y su curva
presenta esas variaciones.
Cada vez que se pisa el pedal de freno se produce un descenso en la curva de
torque del freno regenerativo, lo que indica que está trabajando, y en el
momento en que se deja de presionar el pedal de freno, esta curva regresa a su
medida inicial y se mantiene así hasta una nueva activación del sistema.
Cuando se presiona el pedal de freno de forma progresiva y suave, esta curva
baja suavemente, mientras que cuando el uso del pedal de freno es fuerte, la
curva presenta picos descendentes. Esta curva a pesar de indicarnos las
medidas del sistema de freno regenerativo de forma independiente, trabaja con
MG2, que es el que realiza el trabajo del sistema de freno regenerativo.
La curva de revoluciones, indica el régimen de giro de MG1, en todo momento
durante la prueba, a pesar de que no siempre está trabajando, en la mayoría de
momentos MG1 solo está girando por la transferencia de movimiento que recibe
desde MG2 y MCI.
Cuando la curva de torque de MG1 aumenta, significa que está funcionando
como motor, mientras que cuando disminuye, significa que está trabajando
como generador.
Los datos del momento seleccionado de la prueba, tanto del freno regenerativo
como del torque de MG1 son cero debido a que en ese punto ninguno de estos
elementos estaban realizando trabajo, las revoluciones de MG1 en ese
momento son -1224 rpm, el signo negativo lo que nos indica es que MG1
estaba recibiendo el movimiento.
La siguiente gráfica, indica la curva de torque del freno regenerativo comparada
con las curvas de revoluciones de MG1 y MG2.
119
Figura 57. Torque freno regenerativo y revoluciones de MG1 y Mg2
Todas estas medidas fueron obtenidas mientras se realizaban las pruebas en
carretera, en el regreso hacia la ciudad de Quito, razón por la cual al usarse
constantemente el freno, se tomó estas medidas para comparar su
funcionamiento con el de los motogeneradores. Las condiciones de altura no
han provocado ninguna variación en el funcionamiento o desempeño de MG1 y
MG2 durante las pruebas realizadas hasta el momento.
El gráfico anterior, muestra la curva de torque del freno regenerativo, de igual
forma esta varia cada vez que se presiona el pedal de freno, la curva de
revoluciones de MG1 muestra el régimen de funcionamiento del mismo,
mientras que la curva de revoluciones de MG2, indica las variaciones en la
velocidad durante esta prueba.
Con esta comparativa se puede ver de forma clara la incidencia del sistema de
freno regenerativo sobre MG2, en el momento que se está presionando el pedal
de freno, se puede ver como la curva del torque del freno regenerativo varia
120
registrando su acción en el funcionamiento del vehículo, al mismo tiempo que
se reducen las revoluciones de MG2.
Mientras que en el momento en que se deja de presionar el pedal de freno, la
velocidad del vehículo vuelve a aumentar, por lo que aumenta el número de
revoluciones de MG2 y al mismo tiempo la curva de torque del freno
regenerativo deja de registrar trabajo.
Ahí se observa la relación directa que hay entre el número de revoluciones de
MG2, la velocidad del vehículo y el sistema de freno regenerativo, que durante
su funcionamiento convierte a MG2 en generador y usa esa energía para
recargar la batería, razón por la cual cuando este sistema está en
funcionamiento, siempre se reducen las revoluciones de MG2, y con esto la
velocidad del vehículo.
El torque actual del sistema de freno regenerativo es cero ya que en ese punto
no estaba actuando, las revoluciones de MG1 son -1975 rpm, lo que indica que
estaba recibiendo ese movimiento por parte de MG2, que en ese momento
giraba a 1897 rpm para impulsar al vehículo a una velocidad de 14 MPH (22.53
km/h). En este momento el vehículo estaba funcionando de forma eléctrica, ya
que MCI no está girando.
El siguiente gráfico es una comparativa entre la curva de torque del freno
regenerativo y las curvas de torque de MG2 y MG1.
En el gráfico se puede observar, de forma particular durante esta prueba, que el
sistema de freno regenerativo prácticamente no se uso en este tramo del
recorrido, ya que la curva correspondiente a este, no presenta ninguna
variación, únicamente vemos el trabajo de este sistema en la parte final de
la prueba.
121
Figura 58. Curvas de torque de MG2 y MG1 y freno regenerativo
Se puede ver que en el momento que entra en funcionamiento el freno
regenerativo, se produce la misma variación de este en la curva de torque de
MG2, lo que nos indica que su accionamiento es directo sobre MG2. Mientras
que en el mismo momento, MG1 no está realizando ningún trabajo.
El resto de variaciones en las curvas de torque de MG2 y MG1 indican la forma
en que estuvieron funcionando durante esta prueba. Además, el torque del
freno regenerativo que se muestra en estas pruebas, es una medida que da el
programa únicamente cuando se presiona el pedal de freno, a pesar de que el
sistema de freno regenerativo entra en funcionamiento cada vez que se deja de
presionar el pedal del acelerador, a pesar de que no se esté presionando el
pedal de freno. Es decir, cada vez que se deja de acelerar, sin importar la
condición de conducción de ese momento, el sistema de freno regenerativo
empieza a trabajar para recuperar la energía cinética del vehículo y
transformarla en energía eléctrica para cargar la batería.
122
La siguiente es una tabla comparativa que muestra los valores máximos
alcanzados durante las pruebas realizadas en estos recorridos por los moto-
generadores, con respecto de los datos sobre el desempeño máximo de los
mismos proporcionados por el fabricante, Toyota.
También se muestra los valores promedio de torque y revoluciones de los
motogeneradores obtenidos de todas las pruebas presentadas anteriormente,
que fueron realizadas durante los recorridos en carretera de ascenso hacia la
localidad de Papallacta y las pruebas realizadas en la misma.
123
Tabla 5. Comparación de resultados de las pruebas en carretera
Resultados obtenidos
Datos oficiales
Conclusión
El sistema HSD ofrece una potencia combinada total de
134 hp (Toyota, 2013)
La potencia total del sistema es suficiente y nunca se llega
a usar completamente en este tipo de situaciones de
conducción.
El número máximo de
revoluciones que alcanzo MG2 durante estas pruebas
fue de 7254rpm, mientras que el promedio de sus
revoluciones en todas estas pruebas fue de 4292 rpm.
Número máximo de rpm de MG2 es 13500 (Toyota, 2013)
El promedio de revoluciones de MG2 va de acuerdo al promedio de velocidad del
vehículo, sin embargo MG2 trabaja de forma cómoda en todas estas situaciones de
conducción, teniendo siempre un margen mayor de
funcionamiento que el solicitado.
La potencia máxima de MG2
es 80 hp (Toyota, 2013)
En los momentos de mayor aceleración, interviene MCI
aportando su potencia, por lo que MG2 nunca funciona en
su límite.
El torque máximo alcanzado por MG2 en estas pruebas
fue de 168.12 Nm, y su torque promedio fue de78.74
Nm.
El torque máximo de MG2 es 207 Nm
(Toyota, 2013)
El torque de MG2 en este tipo de conducción es ato, debido
a que siempre se está solicitando potencia por parte
del sistema para poder mantener el ritmo en estas condiciones, en las cuales debido a la disminución de potencia de MCI, es MG2
quien realiza la mayor parte del trabajo siempre.
El número máximo de revoluciones de MG1 en
estas pruebas fue de 9334 rpm, y su promedio fue de
8208 rpm.
El número máximo de revoluciones de MG1 es el
doble de las de MCI, es decir 10400 rpm.
Las revoluciones van de acuerdo a la velocidad del
vehículo, siempre controladas por el sistema y nunca excediendo su límite.
La potencia máxima de MG1 es 36 hp
(Toyota, 2013)
Cando MG1 trabaja como motor en cuando más cerca
está de su límite de potencia, ya que realiza el trabajo necesario para mover al
vehículo en estas condiciones.
El torque máximo de MG1 en estas pruebas fue de 45 Nm, y su torque promedio fue de
13.72 Nm.
El torque se ajusta constantemente a las
necesidades de funcionamiento, sin forzar su límite en ningún momento.
124
4.3 ANÁLISIS DEL SISTEMA DE MOTOGENERADORES EN LA
CIUDAD DE SANTO DOMINGO Y PEDERNALES
Las pruebas que se presentan a continuación, corresponden a un recorrido
desde la ciudad de Quito hacia Pedernales. En este viaje se midieron los
parámetros de funcionamiento del auto, así como el funcionamiento y
desempeño de los motogeneradores con el fin de conocer cómo trabajan en
condiciones de menor altitud y mayor cantidad de oxigeno así como presión
atmosférica.
Estas pruebas a su vez se dividieron en tramos de recorrido, en los cuales se
recogieron los datos sobre el funcionamiento del vehículo a fin de compararlos
con los resultados ya existentes. Estos tramos de prueba fueron:
Bajada desde la ciudad de Quito hacia la ciudad de Santo
Domingo
Recorrido en la ciudad de Santo Domingo
Recorrido en la ciudad de Pedernales
Recorrido de regreso hacia la ciudad de Quito
A continuación se presentan las pruebas realizadas durante el tramo de
recorrido de bajada desde la ciudad de Quito hacia Santo Domingo.
El siguiente gráfico, muestra las curvas referentes a revoluciones y torque de
MG2, así como la curva de funcionamiento del sistema de freno regenerativo.
Al ser este un recorrido que casi completamente es en descenso, el uso del
acelerador es muy limitado a ciertas zonas y condiciones de la conducción, la
mayoría del tiempo el vehículo mantiene su movimiento por su energía cinética,
razón por la cual es necesario controlar su velocidad mientras se desciende.
125
Como no se usa el acelerador, el vehículo la mayor parte del tiempo funciona
de forma eléctrica, impulsándose con MG2 y la energía de la batería, mientras
la velocidad y condiciones sean las adecuadas para funcionar de esta forma.
Por esta razón en este gráfico comparativo esta el torque del freno regenerativo
junto a las revoluciones y torque de MG2, para conocer su interacción entre sí.
Figura 59. Curvas de trabajo de MG2
Al observar la curva de torque del freno regenerativo, se puede ver que
presenta muchas variaciones, cada pico de esta curva indica que fue usado el
pedal de freno, por lo tanto se puede apreciar que durante este tramo de
recorrido la necesidad de conducción estuvo en reducir la velocidad del
vehículo, debido a esto el vehículo funciono la mayor parte del tiempo de forma
eléctrica, con lo que el rendimiento del auto llega a ser mucho mayor que en
cualquier otra forma de conducción.
126
Durante este tramo del recorrido, casi todo el trabajo de propulsión y de frenado
lo realizo MG2, con la energía de la batería y a través del sistema de freno
regenerativo.
La curva de revoluciones, presenta pequeñas pero constantes variaciones, esto
nos indica los cambios en la velocidad que tuvo el vehículo, ya que por la
energía cinética del mismo, cada vez que se deja de presionar el pedal de freno
la velocidad vuelve a aumentar, con lo que la curva de revoluciones siempre
está cambiando.
La curva de torque de MG2, tiene tantas variaciones como la de revoluciones,
debido a que el torque varía en relación a la velocidad del vehículo, de acuerdo
a cada momento en la conducción, el torque puede aumentar o disminuir para
que la velocidad del vehículo aumente o se mantenga.
Debido a esto la curva de torque de MG2 en esta prueba presenta tantas
variaciones, ya que la velocidad constantemente tenía que reducirse, y de
forma inmediata volver a aumentar, esto provoco que el torque disminuya y
aumente tantas veces durante este recorrido, esto sucede a pesar de que los
cambios de velocidad durante este recorrido no sean muy significativos.
En el momento seleccionado no estaba siendo presionado el pedal de freno,
debido a esto el torque del freno regenerativo es cero, mientras que las
revoluciones de MG2 en ese momento son de 828 rpm y su torque de 119.37
Nm, mientras que el vehículo se desplazaba a una velocidad de 6 MPH (9.66
km/h), esta velocidad es baja debido a que este momento es cuando el vehículo
iniciaba su marcha, y por esta misma razón el torque generado es alto.
El siguiente gráfico, muestra las curvas de revoluciones y torque de MG1,
obtenidas durante este recorrido de prueba.
Como MG1 siempre está girando, el sistema de control electrónico todo el
tiempo le da a MG1 una pequeña cantidad de resistencia eléctrica, con lo que
127
evita que gire libremente fuera de control por la relación que existe entre los
engranajes de la transmisión. Este torque de resistencia intenta mantenerse
constante siempre, mientras no sea necesario que MG1 trabaje de alguna
manera, en el momento que MG1 empieza a trabajar, sea como motor o como
generador, ese torque de resistencia desaparece y el torque generado va de
acuerdo a su función en cada momento.
Figura 60. Curvas de funcionamiento de MG1
Al ser estas curvas el resultado de una prueba en bajada, MG1 no trabaja como
generador, puesto que la energía se recupera a través del sistema de freno
regenerativo con la acción de MG2, entonces MG1 solo gira y el torque que
presenta la curva se refiere a la retención que hace el sistema del mismo para
mantenerlo controlado.
128
En ciertos momentos durante este recorrido, cuando el sistema detecto la
necesidad de que MG1 trabaje, este entra en funcionamiento sin afectar la
velocidad ni desempeño del vehículo.
El siguiente gráfico muestra la curva de torque del sistema de freno
regenerativo de forma independiente, obtenida durante un tramo de recorrido en
esta prueba en bajada.
Lo que se puede apreciar en esta gráfica particularmente, es que el freno se
usó pocas veces y de forma suave en esta prueba en especial, ya que la curva
se mantiene constante y presenta solo tres variaciones, momentos en los
cuales se presionó el pedal de freno para controlar la velocidad del vehículo.
Figura 61. Curva del freno regenerativo
En el momento seleccionado de la prueba el vehículo se estaba moviendo de
forma eléctrica, y MG2 estaba funcionando como generador, ya que su torque
es de -22.50 Nm a 3612 rpm, mientras el vehículo viajaba a una velocidad de
30 MPH (48.28 km/h).
129
La diferencia que existe entre el dato de torque de MG2 y el dato sobre el
torque del freno regenerativo en el gráfico, se debe a que el dato presentado
como torque de MG2 es el total producido por el sistema, teniendo en cuenta lo
que se necesita para reducir la velocidad del vehículo mientras este sigue
avanzando, mientras que el torque del sistema de freno regenerativo es el dato
sobre la cantidad de energía que se usa para generar energía eléctrica, con la
que se recargara la batería.
A continuación se presenta otro gráfico referente a MG2, en sus revoluciones
y torque, durante otra medición realizada en este recorrido de bajada hacia
Santo Domingo.
Aquí se puede observar que la curva de revoluciones de MG2 es mucho más
constante, lo que indica que durante este tramo de recorrido la velocidad que
llevaba el vehículo no variaba tanto, además al no presentar picos bruscos,
indica que no existieron variaciones repentinas en la velocidad.
Figura 62. Curva de trabajo de MG2
130
Los puntos en los cuales la curva de revoluciones aumenta, indican un aumento
de velocidad, sin importar si el vehículo estaba siendo impulsado por MG2 o por
acción de MCI, y cuando la curva disminuye significa que la velocidad del
vehículo también se reducía.
En todo momento durante este recorrido, las condiciones de presión
atmosférica, así como la variación en la cantidad de oxigeno no afectan de
ninguna forma, ni tienen influencia alguna sobre el comportamiento de los
motogeneradores.
La curva de torque de MG2 durante esta prueba, confirma que no existió gran
variación en la velocidad del vehículo, ya que a pesar de presentar variaciones
y picos durante su recorrido, estos no indican una entrega de fuerza repentina
en ningún momento.
Las variaciones ascendentes en el torque van de acuerdo a los cambios en la
velocidad del auto, mientras que los puntos en los cuales el torque disminuye
nos indican que se estaba reduciendo la velocidad del vehículo.
Se observa la relación directa que hay entre el torque y las revoluciones de
MG2 de forma clara en el punto en el cual la curva de torque alcanza su valor
más bajo, juntamente con la curva de revoluciones que desciende de forma
rápida en el mismo momento, lo que indica que se estaba reduciendo la
velocidad.
En ese momento la velocidad del vehículo era de 7 MPH (11.27 km/h), mientras
que MG2 giraba a 1056 rpm con un torque de 17.75 Nm.
A continuación se presentan los gráficos de las pruebas realizadas durante un
recorrido en Santo Domingo. Se realizó un recorrido de pruebas en esta ciudad
por su ubicación geográfica dentro del Ecuador y por sus características,
tomándola como punto de referencia de media altitud, entre el nivel del mar y la
ciudad de Quito.
131
La ciudad de Santo Domingo está ubicada en la provincia de Santo Domingo de
los Tsáchilas, a una altura promedio de 655 metros sobre el nivel del mar, lo
que le da una cantidad de oxígeno de cerca del 90%.
La ciudad de Santo Domingo además, presenta una topografía muy regular,
casi sin elevaciones, por lo que las condiciones de manejo que se presentan ahí
son menos exigentes.
El siguiente gráfico, corresponde a la prueba realizada sobre torque, en las
condiciones de Santo Domingo, esta prueba indica las mediciones sobre MG2 y
MG1.
Figura 63. Curvas de torque de MG2 y MG1
La curva superior de gráfico corresponde al torque de MG2, como se puede
observar, esta curva no presenta grandes variaciones, lo que indica que la
fuerza necesaria por parte de MG2 para mover al vehículo es regular, es decir,
no se necesita de mayor torque de forma repentina, esto debido a dos cosas
principalmente. Primero esta prueba se realizó en ciudad, con todas las
132
condiciones de tráfico de la misma, por lo que la velocidad promedio es también
baja, además al ser una ciudad plana, no existen la misma necesidad de
potencia para mover el vehículo como en otras condiciones.
La curva de torque de MG1, en la parte inferior del gráfico, muestra los
momentos en los que MG1 trabajo.
Se puede observar que la curva permanece constante, con un torque bajo hasta
que el sistema requiere de su intervención, y en ese momento aumenta el
torque de MG1, lo que indica que está trabajando como generador, esto debido
a que el torque que produce, en este momento en particular es negativo.
Los datos de esta prueba muestran el funcionamiento del vehículo en ese punto
específico de la prueba. Aquí la velocidad del vehículo es de 55 MPH (88.51
km/h), MG2 presenta un torque de 11 Nm y el torque de MG1 es de -30.50 Nm.
Estos datos, juntamente con el número de revoluciones de MCI (1920 rpm)
indican que el vehículo se estaba desplazando mediante el uso de MG2
apoyado por MCI, razón por la cual el torque de MG2 es bajo. Además, MCI
estaba moviendo a MG1, para que trabaje como generador y usar esta energía
para mover a MG2.
El siguiente gráfico, muestra las curvas de revoluciones de MG2 y MG1 durante
un recorrido de prueba en la ciudad de Santo Domingo.
Al observar la curva de revoluciones correspondiente a MG2, en la parte
superior del gráfico, podemos observar una curva de revoluciones típica de un
recorrido en ciudad, que presenta continuas variaciones, lo que indica que
existieron variaciones en la velocidad del vehículo, cosa común durante la
conducción en la ciudad, ya que por las propias características de una ciudad y
las condiciones de tráfico que se dan, no se puede llevar una velocidad
constante durante mucho tiempo.
133
Figura 64. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1
La variación en la cantidad de revoluciones de MG2 indica la variación que
hubo en la velocidad durante este recorrido. La curva durante todo este periodo
de prueba, así como en el resto de tiempo de la conducción, siempre se
mantuvo dentro de los parámetros normales de funcionamiento, nunca existió
una sobre exigencia ni la necesidad de forzar el rendimiento de MG2 con el fin
de mantener la velocidad del vehículo o aumentarla.
Por esta razón, a pesar de que la curva presenta variaciones, estas no son
bruscas, las variaciones en la curva de revoluciones durante esta prueba son
todas suaves y dentro de un régimen constante, lo que indica que el vehículo no
aumento ni redujo su velocidad de forma brusca.
La curva de revoluciones de MG1 presenta muchas más variaciones y más
bruscas en relación a MG2, esto por el movimiento que siempre está recibiendo
y por la necesidad de cargar la batería más veces que durante la conducción en
carretera.
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En la ciudad, al ir siempre frenando y acelerando, la batería de alto voltaje se
descarga más rápido, ya que en condiciones de tráfico urbano el vehículo
funciona la mayor parte del tiempo de forma eléctrica, lo que se traduce en un
gasto mayor de energía eléctrica con lo que la autonomía se reduce.
Por esta razón, en la ciudad el uso de MG1 como generador, impulsado por
MCI, se da más continuamente que en la conducción por carretera, por esto la
curva de revoluciones de MG1 presenta tantas variaciones, manteniéndose
constante únicamente en los momentos en los cuales MG1 está trabajando, el
resto de tiempo su variación se debe a la transferencia de movimiento que
recibe desde el tren epicicloidal.
En esta prueba, el vehículo se estaba desplazando de forma eléctrica mediante
MG2, ya que este presenta un régimen de 4087 rpm y MCI tiene 0 rpm,
mientras el vehículo se está desplazando a una velocidad de 34 MPH (54.72
km/h). El vehículo está funcionando de forma eléctrica a pesar de haber
superado los 50 km/h debido a que en este momento de la prueba, está
frenando.
Se observa que el vehículo está frenando por los datos de los demás
parámetros del auto en este mismo momento, el torque de MG2 es de -10.13
Nm, lo que indica que está funcionando como generador, el torque de MG1 es 0
Nm, lo que significa que no está realizando ningún trabajo, y las revoluciones de
MG1 son -3899 rpm, lo que indica que está recibiendo movimiento.
El siguiente gráfico corresponde a la prueba realizada sobre el funcionamiento
del sistema de freno regenerativo, durante el recorrido en la ciudad de Santo
Domingo.
En esta curva de torque del freno regenerativo se puede observar los dos
momentos en los cuales fue usado en este tramo de prueba, los puntos en los
cuales la curva baja indica que fue presionado el pedal de freno.
135
A diferencia de la misma prueba realizada en carretera, esta presenta un mayor
rango de medida en el torque del freno regenerativo, esto debido a que en la
ciudad al usar el freno, la necesidad en la mayoría de los casos, es detener por
completo al vehículo, mientras que al frenar en carretera únicamente se
requiere reducir la velocidad. Al presionar el freno completamente, toda la
energía posible se recupera a través de MG2, razón por la cual el troque del
sistema de freno regenerativo puede alcanzar valores altos como en el caso de
esta prueba.
Figura 65. Curva de torque del freno regenerativo
En este momento, el vehículo estaba reduciendo su velocidad para detenerse,
por lo que el torque de MG2 es de -97.63 Nm a 1880 rpm, funcionando como
generador a través del sistema de freno regenerativo, el sistema de freno
regenerativo estaba teniendo un fuerza de -159.2 Nm de retención para ayudar
al sistema de freno hidráulico del vehículo, que en ese momento llevaba una
velocidad de 17 MPH (27.36 km/h). En este mismo momento MG1 y MCI no
estaban realizando ningún trabajo.
136
La mayor cantidad de torque del sistema de freno regenerativo durante esta
prueba fue de -237.5 Nm, este dato indica la cantidad de fuerza que puede
oponer MG2 al movimiento del vehículo, funcionando como generador para
recargar la batería y ayudar en la retención del auto cuando se está frenando.
A continuación se presentan los gráficos acerca del funcionamiento de los
motogeneradores y del vehículo a nivel del mar, en las condiciones geográficas
de la ciudad de Pedernales.
La ciudad de Pedernales está ubicada al norte de la provincia de Manabí, al ser
una ciudad pequeña, que posee playa se tomó como referencia para las
pruebas de los motogeneradores en condiciones de altura de cero metros sobre
el nivel del mar teóricamente, con una cantidad de oxigeno del 100%.
Estas son las condiciones en las cuales los fabricantes de vehículos prueban
sus autos y entregan los resultados sobre su funcionamiento y prestaciones, por
esto en países como el Ecuador, con su particular geografía, el rendimiento de
los vehículos especificado por los fabricantes no se cumple.
Debido a esta razón, este estudio se realizó en las diferentes zonas climáticas y
alturas sobre el nivel del mar que presenta el Ecuador, con el fin de conocer si
estas variantes influyen en el desempeño del vehículo.
El siguiente gráfico corresponde a las pruebas realizadas sobre el
funcionamiento de MG2 en Pedernales, se observa la curva de revoluciones en
y la curva de torque, tomadas de forma simultánea para ver la relación que
existe entre el torque y la cantidad de revoluciones de MG2.
La curva de revoluciones, presenta variaciones propias de las condiciones de
conducción en ciudad, con tráfico y demás factores que influyen en un ambiente
urbano. Esta curva aumenta y disminuye de forma progresiva, lo que indica que
la velocidad del vehículo cambio de la misma forma.
137
Se puede observar en la curva de revoluciones, que después de que aumenta
rápidamente hasta su punto más alto, cerca de las 6900 rpm, se da un periodo
largo en el cual desciende suavemente y se mantiene a bajo régimen por un
momento, antes de volver a aumentar, esto indica que la velocidad del auto
vario de esa forma, se dio una aceleración constante, seguida de un periodo de
desaceleración, tras el cual se mantuvo baja la velocidad del vehículo antes de
volver a aumentarla.
Las nuevas condiciones geográficas y atmosféricas no tienen ninguna influencia
en el desempeño y funcionamiento de MG2, de acuerdo a lo que nos indica su
curva de revoluciones.
Figura 66. Curvas de funcionamiento de MG2
La curva de torque de MG2, nos indica la cantidad de fuerza que genero este
durante la prueba. Se puede observar que mientras las revoluciones de MG2 no
aumentaban, tampoco existe un aumento en la cantidad de torque, mientras
138
que cuando se aumenta el número de revoluciones aumenta simultáneamente
el torque producido por MG2.
Igualmente, mientras que las revoluciones permanecen constantes, la cantidad
de torque generada por MG2 también se mantiene constante, ya que una vez
que el vehículo está en movimiento, la cantidad de fuerza necesaria para
mantener ese movimiento a la misma velocidad, es mucho menor que la
cantidad de fuerza utilizada para alcanzar esa velocidad.
En esta prueba, MG2 estaba girando a un régimen de 4773 rpm para impulsar
al vehículo a 39 MPH (62.76 km/h), ayudado por MCI que tenía un régimen de
2144 rpm en ese momento. El torque de MG2 es de -4.50 Nm, ya que en este
momento de la prueba, las revoluciones empiezan a descender, lo que significa
que la velocidad del vehículo también disminuye, por lo que MG2 empieza a
trabajar como generador de forma automática para recuperar energía.
Sabemos que esto ocurre de esta forma, ya que al observar las curvas de
revoluciones y torque de MG2, ambas en el momento seleccionado de la
prueba están descendiendo. Al mismo tiempo MG1 tiene un torque de 3.50 Nm,
que únicamente es la resistencia que le da el sistema para evitar que gire fuera
de control, en este caso manteniéndolo a 3188 rpm.
El siguiente gráfico muestra las curvas de revoluciones y torque de MG1,
durante un recorrido de prueba en Pedernales, aun dentro de los límites
urbanos, por lo que estas curvas corresponden al funcionamiento de MG1 en
conducción por ciudad.
La variación en la cantidad de revoluciones de MG1 también responde a la
variación en la cantidad de revoluciones de MG2, y con esto a los cambios de
velocidad del vehículo. Ya que mientras más rápido gire MG2, MG1 también
tendrá la tendencia a ir más rápido.
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La curva de torque de MG1 varía por dos razones, la primera es que el sistema
ajusta constantemente la resistencia al giro de MG1 para controlar que este no
gire libremente cuando aumenta el número de revoluciones de MG2, y también
por el trabajo que realiza.
Figura 67. Curvas de funcionamiento de MG1
Cuando MG1 está trabajando, sea como motor o como generador va a tener un
torque mayor al que normalmente presenta solo como resistencia al movimiento
transmitido, sin embargo el torque de MG1 siempre esta variando y ajustándose
a los demás parámetros de funcionamiento del vehículo.
Durante esta prueba, las variaciones que se observan en la curva de torque
corresponden a los ajustes que hace el sistema sobre MG1, ya que la curva
solo presenta un momento constante de torque que indican trabajo por parte
de MG1, en este caso como generador, ya que el torque baja y se mantiene así
durante un momento, y al mismo tiempo las revoluciones de MG1 se
estabilizan.
140
Al estar en movimiento el vehículo, la fuerza necesaria para que MG1 trabaje
como generador proviene de MCI, que mueve a MG1 al mismo tiempo que
impulsa al vehículo a través de MG2.
Al observar los datos de la prueba, notamos que el vehículo está frenando y
funcionando de forma eléctrica. Esto debido a que el torque de MG1 es cero, lo
que indica que a pesar de estar girando a -2472 rpm no está realizando ningún
trabajo. El signo negativo de las revoluciones de MG1 indica que MG1 está
girando por el movimiento que recibe.
En este mismo momento, las revoluciones de MCI son cero, mientras que MG2
está girando a 2585 rpm y su torque es de -35 Nm, esto indica que MG2 está
funcionando como generador, al mismo tiempo que el vehículo se está
moviendo a una velocidad de 21 MPH (33.8 km/h).
Figura 68. Curvas de torque de MG2 y MG1
141
El gráfico anterior, muestra las curvas de torque de MG2 y MG1 tomadas de
forma simultánea durante otro periodo de este recorrido de prueba. La curva
superior corresponde al torque de MG2 y la inferior es el torque de MG1.
Se puede observar que la curva de torque de MG2 es mucho más constante y
presenta menos variaciones que la de MG1, esto se debe al modo en el cual
estaba funcionando el auto en ese momento.
La curva de torque de MG2 indica el trabajo que estaba realizando para mover
el vehículo, mientras que la curva de MG1 indica que estaba siendo usado
como generador para cargar la batería, impulsado por MCI que ayuda a MG2
en la impulsión del vehículo al mismo tiempo.
Al observar estas dos curvas de torque, junto con los demás datos sobre los
parámetros de funcionamiento del vehículo, se puede conocer la forma en la
que estaba funcionando.
Al observar estos datos juntos, sabemos que el vehículo en ese momento en
particular estaba funcionando de forma combinada, ya que MG2 tiene un torque
de 11 Nm a 6670 rpm, y estaba siendo apoyado por MCI que giraba a 1920
rpm para impulsar al vehículo a 55 MPH (88.51km/h). Además MCI estaba
moviendo a MG1 para que trabaje como generador y envié esta energía
producida tanto a MG2 como hacia la batería, ya que MG1 en este momento
tiene un torque de -30.50 Nm a 2515 rpm.
El siguiente gráfico, muestra las curvas de revoluciones de MG2 y MG1,
tomadas al mismo tiempo en otro tramo de este recorrido de prueba.
Al observar la curva de revoluciones de MG2 notamos que tiene menos
variaciones, y menos bruscas que las de la curva de revoluciones de MG1, esto
indica que durante esta prueba la variación en la velocidad del vehículo, no fue
exagerada, más bien la curva presenta las variaciones que se esperaría
encontrar de un recorrido por ciudad.
142
La curva de revoluciones de MG1 presenta muchas más variaciones y en un
rango mayor de revoluciones, esto debido al trabajo que realiza como
generador durante estos recorridos en ciudad y a que siempre está recibiendo
movimiento a través de la transmisión.
Figura 69. Curvas de revoluciones de MG2 y MG1
Ambas curvas presentan las variaciones esperadas al conducir por ciudad,
todas dentro de los parámetros normales de funcionamiento del vehículo, por
lo que las condiciones geográficas y atmosféricas actuales no afectan en nada
al desempeño y funcionamiento de MG2 y MG1.
Los datos de funcionamiento del vehículo indican que este estaba funcionando
de forma eléctrica, ya que MCI está detenido y quien impulsa al vehículo es
MG2, girando a 4087 rpm y con un torque -10.13 Nm. Este torque negativo nos
indica que se estaba reduciendo la velocidad del auto, que en este momento
era de 34 MPH (54.72 km/h).
143
Además, MG1 está girando a -3899 rpm y su torque es cero, ambos datos
indican que no estaba realizando ningún trabajo y que estaba recibiendo su
movimiento a través de la transmisión.
A continuación se presentan los datos sobre las pruebas realizadas en el
recorrido de regreso a la ciudad de Quito desde Pedernales. Estas pruebas
fueron hechas en la carreta, mientras el vehículo ascendía desde el nivel del
mar hacia la altura de Quito nuevamente.
Figura 70. Curva de funcionamiento del freno regenerativo
El gráfico superior muestra la curva de funcionamiento del sistema de freno
regenerativo, tomada durante un tramo de camino de regreso. Aquí se puede
observar que la curva solo presenta una variación en todo el tiempo de prueba,
la razón es que esta se tomó durante el recorrido de subida por carretera, y
debido a esto el uso del freno es muy limitado, puesto que para poder ascender
a una velocidad constante la necesidad de conducción está en aumentar la
144
velocidad del vehículo, controlándola casi de forma completa por la cantidad de
presión sobre el pedal del acelerador.
El momento en el cual se presionó el pedal de freno, es lo que se muestra como
variación en el recorrido de la curva, el tiempo que este estuvo accionado y el
tiempo en que dejo de trabajar el sistema después de haber dejado de
presionar el pedal de freno.
El torque con el que el sistema de freno regenerativo retuvo al vehículo
mientras se frenaba fue de -63.9 Nm. El signo negativo del torque indica que la
fuerza estaba siendo transmitida en sentido contrario, es decir desde las ruedas
hacia MG2, y de ahí transformada en energía eléctrica hacia la batería.
El siguiente gráfico muestra las curvas de revoluciones y torque de MG2,
tomadas durante este recorrido de prueba de regreso hacia la ciudad de Quito,
por lo que estas curvas indican el funcionamiento de MG2 y de todo el vehículo.
La curva de revoluciones de MG2, en la parte superior del gráfico, indica un
aumento constante en la cantidad de revoluciones, lo que provoca un aumento
en la velocidad del vehículo, los momentos en los cuales la curva de
revoluciones baja, indica que disminuyo la velocidad del vehículo. Esto sin
importar si estaba funcionando el auto de forma eléctrica o combinada con MCI.
Las revoluciones de MG2 varían debido a que no se puede llevar una misma
velocidad siempre, la velocidad cambia durante la conducción debido a todos
los factores que intervienen en la misma.
Sin embargo, la curva nos indica que durante esta prueba la necesidad de
conducción estuvo en aumentar y mantener la velocidad del vehículo, razón por
la cual las revoluciones tienen a aumentar y mantenerse altas después de cada
vez que se tuvo que disminuir la velocidad.
145
A pesar de la exigencia para el motor que representa el tener que conducir
durante largos periodos de tiempo de subida, el funcionamiento de MG2 se
mantiene todo el tiempo dentro de los parámetros normales, aunque al estar el
vehículo acelerado durante periodos prologados, funciona de forma combinada,
interviniendo MCI todas las veces necesarias para impulsar al vehículo o para
ayudar a MG2 con el movimiento del vehículo.
La curva de torque de MG2 durante esta prueba presenta muchas más
variaciones que durante la conducción en descenso o en la costa, esto debido a
que el vehículo debe acelerar para poder ascender por la carretera, lo que
provoca que continuamente este interviniendo MCI para la propulsión del
vehículo, esto provoca que el torque producido por MG2 varié constantemente.
Figura 71.Curvas de funcionamiento de MG2
Cuando MG2 está realizando la fuerza necesaria para poder mover el vehículo
su torque aumenta, mientras que en los momentos en los cuales intervine MCI
en el movimiento, el torque de MG2 disminuye, ya que la fuerza extra requerida
146
para conservar o aumentar la velocidad en estas condiciones es proporcionada
por MCI directamente.
Teniendo en cuenta todos los datos del gráfico anterior, podemos conocer la
forma en que estaba funcionado el vehículo en ese momento.
En ese momento el vehículo se estaba impulsando de forma combinada, por
acción de MG2 y MCI. MG2 estaba girando a 4430 rpm, pero no estaba
realizando todo el trabajo solo, estaba recibiendo apoyo por parte de MCI que
en ese momento giraba a 2656 rpm para impulsar al vehículo.
En ese mismo momento el torque de MG2 era de -29.75 Nm, lo que indica que
MG2 estaba funcionando como generador. Al observar las curvas de torque y
revoluciones en este momento de la prueba, se puede ver que las revoluciones
de MG2 estaban bajando mientras que el torque aumentaba, lo que indica que
el vehículo estaba siendo impulsado por MCI, mientras que al reducir su
velocidad MG2 empezaba a funcionar como generador de forma automática.
El siguiente gráfico, corresponde a las curvas de revoluciones y torque de MG1,
tomadas en un tramo de este recorrido de prueba.
La curva de revoluciones de MG1 indica el periodo en el cual trabajo, mientras
que la curva permanece sin variaciones, indica que la velocidad del vehículo era
constante, cuando la curva aumenta y se mantiene constante por un periodo
de tiempo a altas revoluciones significa que MG1 está trabajando, las demás
variaciones de la curva son producto de la transferencia de movimiento que
MG1 recibe y de las variaciones de velocidad del vehículo.
La curva de torque, al igual que la de revoluciones, al inicio de la gráfica no
presenta ninguna variación ya que MG1 no estaba trabajando, después, cuando
el vehículo se empieza a mover, la curva empieza a variar producto de la
resistencia que le da el sistema de control para mantener su número de
revoluciones controlado.
147
Cuando las revoluciones de MG1 se estabilizan por un momento, la curva de
torque también se estabiliza al mismo tiempo, esto nos indica que en ese
momento MG1 estaba trabajando.
Figura 72.Curvas de funcionamiento de MG1
Las demás variaciones en la curva de torque son producto de los ajustes que
hace el sistema para controlar a MG1, y que este cumpla con todas sus
funciones en el momento en que son requeridas.
En esta prueba, el vehículo se estaba desplazando de forma eléctrica, por
acción de MG2 (2183 rpm) a una velocidad de 18 MPH (28.97 km/h). El torque
de MG2 en ese momento es de -10.50 Nm, lo que indica que el vehículo estaba
reduciendo su velocidad.
Las revoluciones de MCI son cero ya que no estaba interviniendo en el
desplazamiento del auto, y el número de revoluciones de MG1 es de -2120 rpm,
esto indica que estaba recibiendo su movimiento desde MG2, además su torque
es cero, lo que indica que solo giraba, sin realizar ningún trabajo.
148
A continuación se presenta un gráfico con las curvas de revoluciones de MG2 y
MG1, tomadas en una parte de este recorrido de prueba.
Figura 73.Curvas de revoluciones
Aquí se puede observar la diferencia que existe entre el régimen de MG2 y
MG1, así como la cantidad de revoluciones de MCI. Aunque da la impresión de
que estos tres elementos llevan cada uno su propia velocidad por separado,
estos siempre están unidos entre y sincronizados en su movimiento.
La diferencia en el número de revoluciones se debe a la relación existente en
los engranajes del tren epicicloidal, lo que provoca que estos tres elementos
lleven velocidades distintas de giro, a pesar de que estén moviéndose juntos,
mientras trabajan para impulsar de forma combinada o por separado al
vehículo.
La curva de revoluciones de MG2, es la que presenta menos variaciones,
debido a que su número de revoluciones tiene una relación directa con la
velocidad del vehículo. Al ser esta una prueba en carretera, la velocidad del
149
vehículo es más constante que en ciudad, lo que da como resultado esa curva
de revoluciones con pocas variaciones.
Las curvas de revoluciones de MG1 y MCI son mucho más similares y guardan
una mayor relación entre sí. Además, para que MCI pueda transferir su
movimiento hacia MG2, MG1 debe girar a menor número de revoluciones.
El sistema de control híbrido es el encargado de controlar todo el
funcionamiento e interacción de MG2, MG1 y MCI entre sí, y lo hace
controlando la cantidad de resistencia eléctrica existente en los campos
magnéticos de los motogeneradores.
Las curvas de revoluciones de MG1 y MCI varían casi simultáneamente, debido
a su interacción, sin embargo el número de revoluciones de ambos elementos
está controlado y varía de acuerdo a la velocidad del vehículo y al modo de
funcionamiento del mismo.
Lo que indican las curvas de revoluciones de MG1 y MCI en esta prueba, es
que el vehículo se estaba moviendo por acción de MCI, que estaba realizando
dos funciones a la vez, mover al vehículo a través de mover a MG2, y mover a
MG1 para que trabaje como generador y recargue la batería del vehículo.
Este fue el funcionamiento del vehículo durante esta prueba, y debido a que el
vehículo estaba impulsándose con MCI mientras este movía a MG1 para que se
recargue la batería, es que sus curvas de revoluciones presentan casi las
mismas variaciones.
En este momento es MCI quien está impulsando al vehículo y recargando la
batería a través de MG2 y MG1 respectivamente, la velocidad en el momento
seleccionado de la prueba es de 37 MPH (59.55 km/h).
150
Tabla 6. Comparación de parámetros de funcionamiento
Resultados obtenidos
Datos oficiales
Conclusión
El sistema HSD ofrece una potencia combinada total de
134 hp (Toyota, 2013)
En este tipo de conducción, la potencia total del sistema ofrece una seguridad alta para enfrentar cualquier
situación que se presente durante la conducción.
El número máximo de revoluciones que alcanzo
MG2 durante estas pruebas fue de 8227 rpm, mientras
que el promedio de sus revoluciones en todas estas pruebas fue de 6304 rpm.
Número máximo de rpm de MG2 es 13500 (Toyota, 2013)
El régimen de trabajo de MG2 le permite operar siempre de forma óptima, al ser solidario con las ruedas del vehículo,
en ningún momento va a llegar al punto de no alcanzar
el desempeño esperado.
La potencia máxima de MG2 es 80 hp
(Toyota, 2013)
En ningún momento se llega a necesitar de toda la
potencia de MG2, debido a que al superar cierta
velocidad, MCI empieza a trabajar aportando con la
potencia necesaria.
El torque máximo alcanzado por MG2 en estas pruebas
fue de 141.12 Nm, y su torque promedio fue de 86.70
Nm.
El torque máximo de MG2 es 207 Nm
(Toyota, 2013)
El promedio de torque indica que en situaciones de conducción de mayor
velocidad, MG2 realiza su trabajo sin ningún problema, apoyado siempre por MCI y
en ningún momento llegando cerca de su límite máximo de
operación.
El número máximo de revoluciones de MG1 en
estas pruebas fue de 10022 rpm, y su promedio fue de
8492 rpm.
El número máximo de revoluciones de MG1 es el
doble de las de MCI, es decir 10400 rpm.
MG1 siempre está girando, sin embargo durante
recorridos largos en carretera su uso como generador, que
es su función principal, es minino, puesto que el sistema recupera energía durante las retenciones del vehículo, por este motivo MG1 no presenta ningún problema durante su trabajo en estas condiciones.
La potencia máxima de MG1 es 36 hp
(Toyota, 2013)
MG1 cuando funciona como motor, es el único momento en el cual está cerca de su potencia máxima, debido a que recibe energía eléctrica
para impulsar al vehículo prácticamente solo,
recibiendo un apoyo de MCI.
151
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
152
CONCLUSIONES
Durante este estudio, se describió y analizó el funcionamiento de los
motogeneradores por separado y en conjunto con el vehículo, habiendo
realizado las pruebas de ruta y medido el desempeño y funcionamiento en
tiempo y condiciones reales de los motogeneradores en todas las diferentes
situaciones de conducción y localidades que presenta el Ecuador, y examinado
sus resultados, podemos llegar a las siguientes conclusiones sobre el
desempeño y funcionamiento de los motogeneradores del Toyota Prius:
Mediante las pruebas realizadas se pudo observar que el
funcionamiento de los motogeneradores representa una ayuda
importante al motor de combustión interna, logrando que este trabaje
menos tiempo lo que ayuda a reducir el consumo de combustible y a la
vez ofreciendo un mejor desempeño, puesto que estos elementos son
los que soportan las exigencias de la conducción, sin importar el lugar
donde se encuentre el vehículo, los motogeneradores siempre trabajan
dentro de los mismos parámetros.
Las condiciones atmosféricas como presión de aire y cantidad de
oxígeno en el mismo, no tienen ninguna influencia sobre el
funcionamiento y desempeño de los motogeneradores. Estas
condiciones únicamente influyen en el desempeño del motor de
combustión interna, como sucede en todos los vehículos, pero el
sistema de control electrónico ajusta todos los parámetros de
funcionamiento del auto con el fin de minimizar las pérdidas de potencia
de MCI, que se dan al conducir a mayor altura sobre el nivel del mar,
como en el caso de la ciudad de Quito.
La variación de altura no influye en el funcionamiento y desempeño de
los motogeneradores ya que estos siempre funcionan dentro de los
153
mismos parámetros, sin importar si el vehículo se encuentra a mayor o
menor altura respecto de la ciudad de Quito.
El sistema híbrido suple la necesidad de potencia extra requerida por el
conductor en todo momento y condición de marcha, puesto que la
respuesta, tanto de aceleración como de frenado, por parte de los
motogeneradores es inmediata y muy precisa, además ofrecen siempre
toda su potencia en cualquier situación, sin sufrir pérdidas debido a
factores medio ambientales.
El sistema híbrido ofrece una gran sensación de seguridad al conducir
por carretera, ya que dispone de toda la potencia de los
motogeneradores de forma instantánea. Se observó que la cantidad de
energía que aportan los motogeneradores, ayuda a reducir el trabajo del
motor de combustión interna.
La posibilidad de un funcionamiento completamente eléctrico al arrancar
e iniciar el movimiento del vehículo, a más de un ahorro de combustible
supone un menor desgaste de las piezas del motor, lo que alarga la vida
útil del mismo y con esto de todo el vehículo.
El sistema de freno regenerativo ofrece la posibilidad de recuperar la
energía cinética del vehículo y transformarla en energía eléctrica,
disponible para el movimiento, característica única del Prius que le da
una capacidad de aprovechamiento energético no alcanzada por ningún
otro vehículo comercial en la actualidad.
La autonomía del Toyota Prius, al conducir por carretera de forma
descendente es excepcional, puesto que su sistema híbrido trabaja el
mayor tiempo de forma eléctrica, lo que le da un rendimiento de
combustible insuperable por otro vehículo en la actualidad.
154
RECOMENDACIONES
Como recomendación general, se debe recalcar la importancia de usar
este tipo de vehículos híbridos y en concreto el Toyota Prius de la forma
en que lo recomienda el fabricante, debido a la tecnología que posee y a
todos sus sistemas es un auto que necesita ser operado y conducido de
forma precisa para obtener sus mayores beneficios en todos los
aspectos, requiere para su funcionamiento utilizar gasolina Súper, así
como cambiar el modo de conducción entre Drive y Break todas las
veces que sea necesario, a fin de extender la duración de la carga de la
batería y poder de esta forma obtener los mayores beneficios reales en
lo que representa para el medio ambiente.
Al finalizar este estudio, cabe la necesidad de realizar algunas
recomendaciones, con el fin de promover la realización de más estudios de esta
naturaleza en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
Se recomienda adquirir mayor cantidad de información sobre nuevas
tecnologías, puesto que los avances que se dan en la industria
automotriz están de acuerdo al progreso de la ciencia y la tecnología
actual, con lo que la información existente queda obsoleta en poco
tiempo.
Se debe incentivar este tipo de investigaciones dentro de la Universidad
Tecnológica Equinoccial, puesto que son una fuente de conocimiento
tanto para nuevos alumnos como para sus profesores, además de que al
realizar investigaciones de este tipo en el campo de las tecnologías más
modernas, abren la puerta a siempre mantenerse actualizado sobre el
estado y progreso de la tecnología automotriz.
155
NOMENCLATURA O GLOSARIO
Batería: Es un generador de corriente eléctrica por medios electroquímicos
Corriente alterna: (abreviada CA en español y AC en inglés) es la corriente
eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de
onda de la corriente alterna es la de una onda sinusoidal, puesto que se
consigue una transmisión más eficiente de la energía.
Corriente continua: La corriente directa surge de una fuente única
(generalmente química) y los polos positivos y negativos son permanentes.
Emisiones contaminantes: Se entiende por contaminación atmosférica a la
presencia en la atmósfera de sustancias en una cantidad que implique
molestias o riesgo para la salud de las personas y de los demás seres vivos.
Energía cinética: Es la energía que surge del fenómeno del movimiento, está
definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de un masa dada
desde el reposo hasta cierta velocidad.
Energía eléctrica: Se denomina energía eléctrica a la forma de energía
resultante de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo
que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos.
Freno regenerativo: Es un sistema que permite reducir la velocidad de un
vehículo al transformar parte de su energía cinética en energía eléctrica
Generador: Dispositivo capaz de mantener y producir una diferencia de
potencial eléctrico entre dos de sus polos.
Inversor: La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de
corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la
magnitud y frecuencia deseada.
156
MCI: Motor de combustión interna
Mecanismo: Es un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de
otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares
cinemáticos, cuyo propósito es la transmisión de movimiento.
MG1: Motogenerador 1, carga la batería de alto voltaje y pone en marcha al
motor de combustión interna.
MG2: Motogenerador 2, es el que mueve al vehículo en todas las
circunstancias, bien solo o bien cooperando con MCI, y hace la función de
generador durante la frenada. Su alimentación es alterna trifásica. Transmite su
par a la corona del tren epicicloidal.
Piñón: Se llama piñón a la rueda de menos dientes de las dos que forman un
engranaje.
Planetarios: Es un sistema de engranajes consistente en engranajes externos
o satélites que roten sobre un engranaje central o planeta.
Radiador: Es un intercambiador de calor, un dispositivo sin partes móviles,
destinado al aporte de calor de algún elemento. Cuando el dispositivo tiene la
función contraria se denomina disipador.
Refrigerante: Substancia que se utiliza con fines de enfriamiento o de
congelación, como el amoníaco (NH3), dióxido de carbono (CO2), Freón o cloro
fluoro carbono (CFC).
RPM: En relación a los motores es la velocidad angular o las revoluciones por
minuto a las que gira un eje.
Sensor: Dispositivo que recibe o responde estímulos, usualmente envía una
señal a un observador o a un instrumento de medición o de control.
157
Sincronización: Acción y efecto en el cual dos o más movimientos, fenómenos
o frecuencias coinciden en un mismo tiempo.
Transmisión: Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado
de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son
parte fundamental de los elementos de una máquina, muchas veces
clasificados como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos elementos
de transmisión y elementos de sujeción.
Tren epicicloidal: Es un juego de engranajes formado por un engranaje solar,
engranajes planetarios y una corona.
Trifásica: En ingeniería eléctrica un sistema trifásico es un sistema de
producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres
corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por
consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre
ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las
corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de
fase.
158
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