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| Es bueno entender; que los
considerandos que se aplican, para desarrollar o buscar nuevas formas o fuentes
de energia, se apoyan principalmente, en la proteccion del medio ambiente; |
| La gasolina,mezclada con aire, en la proporcion
estequiometrica [14.7 partes de aire por 1 de gasolina], permiten un
funcionamiento, adecuado del motor; pero cuando el vehiculo requiere fuerza, sea
en subidas y/o en trabajos pesados, el motor ocupa consumir mas de esta mezcla. |
| Igualmente, de acuerdo a necesidades de
funcionamiento, se requiere administrar el equilibrio de esta mezcla, tanto para
encendido en frio [mezcla rica], como en desaceleraciones [mezcla pobre]. |
| Por defecto, cuando el vehiculo, no requiere
fuerza o va cuesta abajo, el requerimiento de la potencia del motor es minimo; y
es, desde este punto de vista, que se alimenta la visualizacion en busca de,
fuentes de energia alterna, que sean menos contaminantes; aunque sean menos
potentes. |
| Los vehiculos hibridos estan construidos, para
funcionar, combinando fuentes de energia, con la pretencion de lograr que el
vehiculo aproveche al maximo, la fuerza obtenida de los componentes del sistema. |
| Un Vehiculo Hibrido usa mecanismos, que tienen
la habilidad de administrar el funcionamiento de sus componentes, |
| logrando con
ello, que el vehiculo, mantenga cubierto las necesidades de rendimiento y
autonomia; alternando la funcion de sus componentes, dandole preferencia al
componente, o modo, que menos contamine. |
| Considerando, la necesidad de actualizacion de
las personas que nos dedicamos al servicio mecanico; en "automecanico.net";
hemos desarrollado las paginas que publicamos a continuacion. |
Esperamos ayudar
al entendimiento del funcionamiento de estos vehiculos; no pretendemos remplazar
ningun manual de taller, ni texto especializado; pero si; esperamos despertar el
interes de nuestros seguidores, en este tipo de vehiculos.
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Posiblemente usted esta creyendo, que estos vehiculos son dificiles de
entender en su funcionamiento; pero no es asi. |
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Lo dificil, es entender
los terminos tecnicos que se usan para describirlos; |
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debido a ello,
empezaremos describiendo los componentes, asi facilitamos el
entendimiento, y nos sentiremos comodos en la lectura. |
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Motor Electrico - |
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Si usted conoce un motor de arranque [marcha, arrancador, o starter], un
ventilador etc.; entonces ya conoce un Motor
Electrico. |
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Si usted conoce un alternador, o un dinamo; tambien conoce un
Generador |
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Para facilitar el entendimiento, pongamos en relieve dos terminos muy
usados en el campo de la electricidad., y ahora muy relacionados
en el lenguaje tecnico relativo a los vehiculos hibridos. |
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Coneccion en Serie; y Coneccion en Paralelo.: En electricidad se
usan estos terminos, para describir, la forma o modo en que se conectan
los circuitos; la descripcion permite reconocer la forma en que se
consume la energia. |
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Dentro de un circuito, se puede combinar el uso de estas conecciones;
pero eso es material para otro tema. |
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Continuemos: |
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Circuito en serie, la corriente recorre los componentes uno por uno;
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| En este circuito la energia o potencia es compartida entre todos los
focos [bulbos], |
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| En consecuencia; a mayor cantidad de focos conectados,
mas debil sera la iluminacion que estas den,[aun con una bateria
suficientemente cargada]. |
| En este sistema, si; se afloja, quiebra, u
apaga un foco, los otros, automaticamente tambien se apagaran. |
| Asimismo
el amperaje es igual en cualquier parte del circuito. |
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Circuito en paralelo: |
| La, corriente fluye independientemente, por
varios focos a la vez.. |
| la potencia de iluminacion, la determina el nivel
de carga de la bateria. |
| En este sistema; si se apaga, quiebra, u
afloja un foco, los otros seguiran funcionando. |
[el amperaje varia o es
diferente, acorde a la resistencia de cada foco o bulbo]
|
Cuando hablamos de un Motor Electrico, en un carro que se mueve
en base a electricidad, estamos hablando de un motor similar a un motor
de arranque [starter], solo que mas grande, o de mas potencia, y por
consiguiente consume mas corriente. |
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Aunque en estas paginas no pretendemos entrar en detalles tecnicos;
consideramos importante, hacer la siguiente observacion: |
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La corriente
electrica que consumimos regularmente tienen 2 terminos para
denominarlos o clasificarlos = Corriente Alterna [AC-sigla en ingles]; y
Corriente Continua [CD- Corriente Directa, en ingles]. |
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Se conoce como corriente alterna, la corriente que se encuentra en los
enchufes de nuestras casas, y que regularmente lleva un voltaje de 120 o
240 voltios. |
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Se conoce como Corriente Continua, la corriente que encontramos en las
baterias o pilas, con las cuales funcionan los instrumentos o
accesorios de nuestro vehiculo; y los componentes electronicos de
nuestra vida cotidiana. |
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La diferencia entre un tipo de corriente, y el otro; consiste: |
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En que la
corriente alterna fluye en ambas direcciones y no tiene una polaridad
definida; en cambio la corriente continua se mueve en una sola direccion,
y tiene dos polos definidos, negativo y positivo; y la corriente viaja de
negativo a positivo |
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Para efectos de simplificar la observacion, diremos: que para
transformar la corriente alterna, en corriente continua se requiere
algunos componentes electronicos; concluyendo en lo que se conoce como
"rectificacion" de la corriente. |
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Ok los vehiculos Electricos pueden ser equipados, con motores
electricos, que funcionan a base de corriente alterna; |
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o con motores electricos que funcionan a base de, corriente continua. |
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Un vehiculo electrico, cumple con los requisitos de sus necesidades
basicas; pero debe recargarse en una fuente externa,despues de cierta
cantidad de horas de recorrido |
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Debido a ello, estos vehiculos requieren tener un paquete o set de
baterias, de cierta calidad, que les permita almacenar energia, en
cierta cantidad, que ayude a la autonomia del vehiculo |
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Como se trata de un vehiculo movido por electricidad; se entiende
que la energia de las baterias, no solo se consumen moviendo el
vehiculo; tambien se debe tomar en cuenta, la instalacion, y movimiento
de una bomba de vacio; para apoyar el funcionamiento de los frenos;
igualmente la instalacion, y movimiento del compresor de aire
acondicionado, etc, |
|
La transmission o caja de velocidades, es regulada a un solo cambio,
debido a que la potencia electrica es regulada por el pedal de
aceleracion, [su funcionamiento es similar, al pedal de la maquina de
coser electrica] |
Como el tiempo avanza, la imaginacion tambien; y ante la experiencia
,y/o la incomodidad, que representa la baja autonomia, o
dependencia de una fuente externa para cargar baterias; y el costo
de ello. Se expone como alternativa. El
Vehiculo Hibrido.
| A que se llama Vehiculo Hibrido? |
|
Se conoce como Hibrido, al vehiculo que es movido como consecuencia de
la combinacion de dos fuentes de energia diferentes; ejemplo,
gasolina/electricidad . diesel/electricidad, etc. |
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Para no confundirnos; en estas paginas.hablaremos de un
Vehiculo Hibrido, que se mueve en base a electricidad, y gasolina. |
|
Ya tocamos el tema del Motor Electrico, y su funcion en un vehiculo
electrico |
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El vehiculo con Motor a gasolina, ya lo conocemos, tiene un tanque de
gasolina, el cual se carga, y permite mantener una autonomia de
aproximadamente 300 millas en promedio.. |
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Cuando Hablamos de un Generador, en un Vehiculo Hibrido ; estamos
hablando, de un Generador de corriente, similar a un alternador, solo
que es mas grande, mas sofisticado, y con gran capacidad de carga. |
|
En los modelos mas recientes de Vehiculos Hibridos, los motores
electricos, son mas sofisticados y cumplen funcion doble: gastan energia
para darle movimiento al vehiculo; y generan energia para cargar las
baterias. [hacen la funcion de motor y Generador] |
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Ahora entremos en materia con el Vehiculo Hibrido: |
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Existen variantes, las cuales se incrementaran con el correr de los
dias; por ello sin desmerecer las actualizaciones hablemos de lo que
conocemos. |
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El Vehiculo Hibrido tiene un Motor a gasolina, tan igual al que se
ve en cualquier vehiculo, con la diferencia que; en un Vehiculo Hibrido,
el motor es mas pequenio, y usa tecnologia avanzada , para reducir la
contaminacion y mejorar el rendimiento |
|
El Motor Electrico viene equipado con sofisticados adelantos de la
electronica, que le permite hacer la funcion de motor, y Generador. por
ejemplo; puede usar la carga de la bateria, para acelerar el vehiculo;
pero tambien actua como un Generador [no en todos los casos], si el
vehiculo no requiere fuerza; retornando energia a las baterias. |
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Las baterias en un Vehiculo Hibrido son la energia almacenada para el
Motor Electrico |
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El Motor Electrico en un carro hibrido puede consumir;
y recargar las baterias.[se entiende que, en todos los casos el consumo
es mayor] |
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La transmision [caja de velocidades] difiere, entre las formas o
conbinaciones de funcionamiento. Tome nota: que la forma de
aplicar fuerza en pro de mover el vehiculo, determinara el tipo de
transmision, que se debe usar. |
Como funcionan?; Sin desmerecer el nombre de hibrido, tenemos varias
versiones o combinaciones, las cuales explicamos a continuacion: tome
nota que no existe un patron fijo, en cuanto al funcionamiento de un
vehiculo hibrido; estos son configurados de acuerdo al criterio del
fabricante; en aras de obtener un vehiculo de alto rendimiento, con un
minimo de residuos contaminantes :
Vehiculo con Motor Electrico
|
Vehiculo con Motor a gasolina
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1]Motor Electrico, 2] Transmision de un solo cambio, 3]
Paquete de baterias. |
1] Motor a gasolina, 2 Transmision o caja de velocidades,
3] Tanque de gasolina |
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Vehiculo Hibrido en Serie |
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1] Motor Electrico |
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2] transmision de un solo cambio |
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3] paquete de baterias |
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4]tanque de gasolina |
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5] Motor a gasolina |
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6] Generador |
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El motor a gasolina[5], da vueltas al Generador[6]; |
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el Generador
carga las baterias[3] ; y estas dan fuerza al Motor Electrico[1], para
que este a su vez, de vueltas a la transmision[2].. |
|
..generando asi,
el movimiento del vehiculo; |
|
El motor a gasolina en este sistema, no
mueve directamente al vehiculo. |
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La transmision [2] en este sistema, es similar a la de un vehiculo
electrico. [no tiene engranes de cambios] |
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Vehiculo
Hibrido en Paralelo |
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1] Motor a gasolina |
|
2] Transmision del tipo convencional |
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3] Motor Electrico |
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4] Paquete de baterias |
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5] Tamque de gasolina |
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Tiene un tanque de gasolina que alimenta el Motor a gasolina convencional; y un
set de baterias que suplen poder al Motor Electrico; .. |
|
.ambos motores pueden mover
la transmision y hacer girar las ruedas al mismo tiempo. |
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|
La transmision en este caso es similar a la de un vehiculo convencional [Tiene
cambios]
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El Honda "Insight" es un vehiculo
Hybrido Paralelo simplificado; tiene un Motor Electrico [2],
acoplado al Motor a gasolina [1], exactamente donde va la rueda volante
[flywheel]. |
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Este sistema es llamado " ayuda integrada
del motor"; el "Insight", tiene una transmision manual convencional de
cinco velocidades o un CVT, automatico [transmision continuamente
variable]
|
|
El Motor Electrico: ayuda al Motor a gasolina, proporcionando, energia
adicional, cuando el vehiculo necesita aceleracion, y/o subiendo una
colina |
|
Usa las desaceleraciones y/o
frenado, para ayudar a cargar las baterias |
|
Arranca al Motor a gasolina,
eliminando la necesidad de un arrancador [marcha.
starter] |
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Sin
embargo, el Motor Electrico, no puede accionar el coche por si mismo, el
Motor a gasolina debe funcionar para que el vehiculo se mueva.
|
|
Para conseguir el mejor kilometraje posible, Honda utilizo, todos los puntos
de la eficacia, discutidos previamente, |
|
Pero el "Insight", apoya su
fuerte en tres areas: |
|
Reduce el peso; haciendo el vehiculo lo mas
liviano posible, usando materiales de poco peso, como el aluminio. |
|
Usa
un motor lo mas pequenio posible, que pueda mantener el funcionamiento
del vehiculo, acorde a las expectativas. [pesa menos de 1900 libras, o
sea 500 libras menos que el honda civic mas ligero], y utiliza tecnicas
de aerodinamica avanzada. |
|
 |
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|
El Motor a gasolina del honda
"Insight", que se muestra, es pequenio, pero
eficiente; pesa solo 124 lbs [56 kgs ] 1.0L tres
cilindros; produce 67 caballos de fuerza a 5700 rpm.
lleva incorporada la tecnologia de combustion VTEC.
para obtener el maximo de rendimiento. |
|
El "Insight", cumple las
exigencias de la EPA [conservacion del medio ambiente] y obtiene
60millas por galon en ciudad, y 66 millas por galon en carreteras ;
|
|
igualmente con la energia adicional proporcionada por el pequenio Motor
Electrico, este sistema alcanza una aceleracion de 0 a 60mph en cerca de
11 segundos. |
|
Cuando el Motor Electrico esta
funcionando, el "Insight", consigue 73 caballos de
fuerza a 5700 rpm; |
|
si lo comparamos; a lo que
obtiene el Motor a gasolina solo; nos da la
impresion, que el Motor Electrico agrega solamente 6
caballos de fuerza.. |
|
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|
|
Pero la eficacia real del Motor
Electrico, se obtiene a bajas velocidades del Motor
a gasolina |
|
El Motor Electrico en este vehiculo
es clasificado en 10 kilowatios [ cerca de 13
caballos de fuerza] en 3000 rpm. |
|
|
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|
Torsion : Sin; el Motor
Electrico el ""Insight"", hace su esfuerzo de
torsion maximo de 66 libras, pie en 4800 rpm. Con el
Motor Electrico, hace 79 lbs-pie a 1500 rpm. lo que
significa que el Motor Electrico agrega la
mayor cantidad de torque posible, en el rango o gama
de velocidad donde esta mas debil el motor. |
|
Esta; es la agradable
imnovacion, que permite que Honda, de a un motor
pequenio, la sensacion de ser mucho mas grande |
|
El "Insight" utiliza tecnicas de
aerodinamica avanzada. |
|
la parte posterior del vehiculo es
mas estrecho que el frente. Las ruedas
traseras, estan parcialmente cubiertas por la
carroceria, para proporcionar una figura mas lisa; y
algunas partes de la superficie inferior del
vehiculo , se incluyen con los paneles
plasticos. |
|
Estos detalles, dan como resultado un
coeficiente de resistencia de 0.25, que le hace uno
de los coches mas aerodinamicos del mercado |
|
El "Insight", no es muy diferente de
un coche convencional, cuando usted acelera el Motor
a gasolina hace la mayoria del trabajo;. Si usted
acelera rapidamente, el Motor Electrico lo apoya
dandole poder extra necesario. |
|
Cuando usted esta viajando a lo largo
de una autopista, el Motor a gasolina esta haciendo
todo el trabajo, cuando usted deja de acelerar o
frena, el Motor Electrico aprovecha para generar
energia y almacenarla en las baterias |
|
Este vehiculo no requiere que
se conecte o enchufe, en fuente de energia externa;
el motor genera toda la energia necesaria para
cargar las baterias |
|
La transmision manual, esta separada
del motor a gasolina y Motor Electrico, por el
embrague [clutch]. |
|
Esto significa que si usted es
del tipo de conductor, que le gusta pisar el clutch
o poner la caja en neutro, cuando va en bajada o
esta parado, evitara que el Motor Electrico recupere
energia; pues para ello se requiere que el vehiculo
este en cambio o engrane.[enganchado, engage ] |
|
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1] Motor a gasolina 1.0L - 3 cilindros |
|
2] Motor electrico |
|
3] Transmision [convencional, manual de 5 velocidades;o CVT; automatica] |
|
4] Baterias |
5] Tanque de gasolina
| a lograr
esto; Toyota disenio un Vehiculo Hibrido paralelo -powertrain.;
llamado Toyota Hybrid System [THS], que agrega algunas de las
ventajas de un Vehiculo Hibrido en serie. |
|
Al igual que Honda, Toyota se ha enfocado
principalmente en el powertrain [tren de potencia], para lograr
sus metas en cuanto a la reduccion de emisiones;. y aumentar el
rendimiento en kilometraje. |
|
El "Prius" pesa 2900 libras [1315 kls] y
tiene tanto espacio interior, y en la cajuela, como un corolla . |
|
El "Prius" se apoya en dos
caracteristicas principales para optimizar su eficiencia; y reducir las
emisiones. |
|
El Motor a gasolina funciona solo bajo
ciertas condiciones de velocidad y carga : |
|
Para reducir las emisiones,
el "Prius" puede acelerar a una velocidad de 15 mph antes de
activar el Motor a gasolina.. |
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El Motor a gasolina solo empieza su
funcionamiento una vez que el vehiculo ha pasado cierta velocidad; y una
vez que el Motor a gasolina arranca, el rango que tiene para acelerar es
bastante reducido. |
|
1] Motor a gasolina 1.5L 4 cilindros |
|
2] Generador |
|
3] Motor electrico |
|
4] Power split device |
|
5] Baterias |
|
6] Tanque de gasolina |
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Toyota usa un componente llamado
Power split device [componente que divide o administra la energia o
fuerza] el Motor a gasolina puede ser ajustado para funcionar lo mas
eficientemente posible, en ciertas condiciones de velocidad y carga. El
power split device, en el "Prius" permite que el Motor a gasolina,
permanezca, en su rango mas eficiente de carga y velocidad, la mayor
parte del tiempo. |
|
Toyota disenio el Motor a gasolina de
1.5L, en el "Prius", para funcionar a una velocidad maxima de solo 5000
rpm donde hace 76 caballos de fuerza. Mantener el maximo de velocidad en
nivel bajo, permite el uso de componentes mas ligeros que mejoren su
eficiencia. |
|
El Motor Electrico en el "Prius" es
clasificado en 67 caballos de fuerza ; de 1200 A 1540rpm; y produce 295
libra pies, de torque, desde 0 a 1200rpm, lo cual es mas que suficiente,
para que el vehiculo se desplaze sin la ayuda del Motor a gasolina..
|
|
El power split device, viene a ser el
corazon del Toyota "Prius", este es una caja de engranajes, que tiene
una funcion versatil: engancha el Motor a gasolina, Generador y
Motor Electrico juntos; y permite que el vehiculo funcione como un
Vehiculo Hibrido paralelo..... |
|
El Motor Electrico puede mover el vehiculo
por si mismo; el Motor a gasolina puede mover el vehiculo por si mismo;
igualmente pueden mover el vehiculo juntos. |
|
En otras palabras el power
split device, permite que el vehiculo funcione tambien como un Vehiculo
Hibrido en serie.. |
|
El Motor a gasolina puede operar independientemente
de la velocidad del vehiculo cargando las baterias o apoyando el
movimiento del vehiculo cuando este lo requiera... |
|
.. tambien actua como una
transmision continuamente variable CVT; eliminando la necesidad de una
transmision manual o automatica;y finalmente el dispositivo permite que
el Generador encienda el Motor a gasolina; por lo cual,ya no se requiere
un motor de arranque. |
|
El power split device, es un set de
engranes y planetarios; el Motor Electrico, esta conectado. al aro
dentado del set de engranes y tambien esta conectado directamente al
diferencial, el cual mueve las ruedas, lo que significa que la rotacion
del Motor Electrico, y aro dentado determinan la velocidad del vehiculo. |
|
|
El Generador esta conectado al eje
central del set de engranes, |
|
y el motor de gasolina esta conectado
a la jaula en donde estan montados los planetarios, |
|
la rotacion del aro
dentado [ring gear] depende de los tres componentes, |
|
lo cual significa
que todos tienen que trabajar juntos siempre, para controlar la
velocidad de salida. |
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|
Cuando usted acelera, inicialmente el Motor Electrico y las
baterias, proporcionan toda la energia. |
|
El aro dentado [ring gear] del power split
device, esta conectado al Motor Electrico, asi que comienzan a
rotar juntos. |
|
La jaula de los planetarios que esta conectado al
Motor a gasolina esta inmovil por que el Motor a gasolina no
esta funcionando. |
|
Cuando el aro dentado [ring gear] esta girando, los planetarios
tambien giran, en consecuencia. el engrane central y Generador
rotan; al acelerar, el Generador gira a la velocidad suficiente
para mantener el motor apagado. |
|
Una vez que alcanza las 40mph [64klm] , el Motor a gasolina sera
activado. [El Generador repentinamente cambia de velocidad,
dando lugar a que la jaula de planetarios giren y arranquen el
Motor a gasolina]. |
|
Una vez que el Motor a gasolina esta funcionando, se mantiene
a una velocidad constante, mientras el Generador varia su propia
velocidad, para igualar la velocidad de salida con el Motor
Electrico. |
|
Si usted acelera bruscamente, el Motor Electrico consumira,
energia extra de las baterias. |
|
Cuando usted esta en una via de alta velocidad, el vehiculo se
movera bajo una combinacion de gasolina, y energia electrica.
con toda la energia que viene del Generador. |
|
Al igual que el "Insight", el "Prius" no requiere ser
recargado externamente, el Generador del vehiculo en forma
automatica mantiene el apropiado nivel de carga de las baterias. |
|
Ambos Honda y Toyota tienen garantia en sus componentes
hibridos, el "Insight", tiene 8 anios/80,000 millasde
garantia en todas las partes del tren de potencia. incluyendo
baterias; y el "Prius" tiene 8 anios/100,000 millas de garantia
en las baterias y sistema hibrido. |
|
Los motores electricos en estos vehiculos tipicamente no
requieren ningun tipo de mantenimiento, sobre la vida del
vehiculo.[igualmente si usted requiere remplazar las baterias
despues de la expiracion de la garantia, el costo de remplazo
podria costar algunos miles de dolares]. |
|
El Motor a gasolina ocupa un mantenimiento
similar a cualquier otro vehiculo convencional. |
Como ambos vehiculos tienen frenos regenerativos, las pastillas
de frenos tendran una duracion un poco mayor a las de un
vehiculo convencional
| A continuacion observemos lo mostrado por Toyota
[LEXUS] para el
Hibrido del 2006 |
|
Vehiculo Hibrido Paralelo/Serie |
|
En esta grafica,se puede observar los componentes basicos de este sistema:
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Motor a gasolina convencional , 6 cilindros V6 [Engine] |
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Motor Electrico situado en la parte del frente del vehiculo [Front Elec.Motor] |
|
Paquete de baterias [Battery] |
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Motor Electrico situado en la parte de atras |
|
Como nos daremos cuenta; en esta grafica, podemos observar que, los motores
electricos estan haciendo la funcion de Generadores, trasladando o generando
energia para cargar las baterias. |
|
Se entiende, que en las desaceleraciones, o cuando el vehiculo no requiere
fuerza el sistema aprovecha para cargar baterias. |
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Ahora, observemos esta grafica; |
|
Aqui los dos motores
electricos, estan haciendo uso o descargando las baterias, en pro de
mover el vehiculo. |
|
El Motor a gasolina, esta apoyando la rotacion del Motor
Electrico delantero, |
| .. al mismo tiempo que apoya el movimiento de traccion
en las ruedas delanteras; |
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Tren de Potencia |
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ENGINE = Motor a gasolina de 6 cilindros en "V" |
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POWER CONTROL UNIT= Centro de control principal |
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GENERATOR=Generador |
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MOTOR=Motor Electrico |
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POWER SPLIT DEVICE=Componente que divide, o administra la
potencia; y/o funcionamiento del sistema. |
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| Tren delantero |
Paquete de baterias, y tanque de
gasolina
|
Motor Electrico, en la parte de atras
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