El Toyota Prius
Es el primer automóvil híbrido fabricado en gran serie.
Cuenta con un motor térmico de cuatro cilindro de gasolina con 1.8 litros y funciona según el ciclo Atkinson.
También dispone de propulsión eléctrica.
La transmisión, mejor dicho, la caja de cambios entre el motor térmico y el diferencial tiene un funcionamiento particular, es la base de este artículo.
Para entrar en materia antes una breve descripción de los componentes relacionados en el Toyota Prius.
Las explicaciones son didácticas y las he elaborado para que sean más fáciles de entender, comenzamos con la animación que sigue:
- Motor térmico; funciona en un ciclo de 5 tiempos (Atkinson) y puede mover el automóvil o estar parado.
- Motor eléctrico; se alimenta de las baterías de propulsión y puede mover de forma autónoma el automóvil, de hecho se inicia la marcha en modo eléctrico para pasar seguidamente al térmico.
- Generador eléctrico; es movido por el motor para recargar las baterías de propulsión y también en retenciones.
- Gestión de potencia; determina, entre otras funciones, el efecto de multiplicación de velocidad de forma continua. El efecto es similar a una transmisión de variación continua pero sin correa de transmisión y poleas desplazables.
- Diferencial; con la función normal de repartir la velocidad entre las ruedas motrices en curvas.
- Baterías de propulsión; almacenan electricidad para el funcionamiento del motor eléctrico de propulsión.
- Cableado de alta tensión; es el que transmite la electricidad de propulsión. Está identificado por el color naranja.
- Supervisor. Gestión de energía; coordina las diferentes formas y tensiones del sistema eléctrico y el reparto de actuación entre los dos modos de propulsión.
- Corona de transmisión; es el elemento que recibe el movimiento de los dos motores, térmico y/o eléctrico y lo transmite al diferencial
La transmisión real
En esta imagen se ve tal como es la transmisión real del Toyota Prius en la actualidad, en la animación anterior he superpuesto las dos evoluciones que ha habido.
Elementos de transmisión (exposición didáctica)
La animación que se ve a continuación presenta los elementos que intervienen en la transmisión a las ruedas de los dos sistemas de propulsión; térmica y eléctrica:
- Motor térmico; mueve un soporte sobre el que hay unos piñones que giran libres, he puesto tres (azul).
- Generador eléctrico (amarillo); engrana en el interior de los tres piñones asociados al soporte del motor térmico.
- Corona (rojo); está dentada por el interior y exterior, respectivamente engrana con los piñones – soporte motor térmico y diferencial.
- Motor eléctrico (verde claro); engrana sobre el dentado exterior de la corona.
- Diferencial (verde oscuro); engrana con el dentado exterior de la corona
Modo eléctrico
La animación que sigue representa el funcionamiento en modo o fase eléctrica, es como se inicia la marcha.
El motor eléctrico gira con la electricidad suministrada por las baterías de propulsión.
- El motor térmico está parado.
- Los tres engranajes giran sobre su soporte, que permanece inmóvil como el motor térmico al que está unido.
- El generador gira libre para no ofrecer resistencia.
- La corona trasmite el movimiento al diferencial
Modo térmico
Una vez iniciada la marcha el motor térmico toma el relevo al eléctrico y mueve el automóvil.
El generador eléctrico gira y según la potencia demandada puede ir recargando las baterías, que también se recargaran en retenciones.
Efecto de cambios de velocidades
En fase térmica, la aceleración demandada, la orografía y carga del automóvil determinan que haya que ir adaptando el par y potencia que reciben las ruedas motrices, es la función de la caja de cambios en un automóvil térmico.
En este sistema se hace mediante una resistencia variable al giro del generador, al ser su velocidad variable la relación entre las velocidades de giro de los tres satélites interiores y la corona se van modificando produciendo el efecto de desmultiplicación continua.
Modo térmico y eléctrico
Cuando se desplaza el automóvil en modo o fase térmica la propulsión eléctrica puede intervenir en aceleraciones o subidas, según sea el estado de carga de las baterías de propulsión.
En las paradas se detiene el motor térmico, pues se inicia la marcha en eléctrico.
En descensos también se para y se produce la recarga de las baterías por el generador.
Al frenar el efecto de generación de electricidad supone un efecto adicional de retención.
