Recientemente se ha iniciado la fabricación en serie de las variantes híbridas del Volkswagen Touareg y del Porsche Cayenne S con tecnología híbrida de Bosch. Ambos modelos están diseñados, por primera vez, como híbridos completos con accionamiento en paralelo. Junto a los componentes centrales como el sistema electrónico de potencia y el motor eléctrico, Bosch también suministra a ambos fabricantes el sistema de control inteligente, de última generación, que gestiona la interacción entre el motor de combustión y el motor eléctrico. El sistema Motronic para vehículos híbridos regula cuándo trabaja el motor eléctrico, cuándo el motor de combustión y cuándo trabajan ambos motores juntos.
Los accionamientos híbridos combinan un motor de combustión y un motor eléctrico. En el caso concreto de los nuevos Touareg y Cayenne, incorporarán la innovadora tecnología híbrida completa paralela de Bosch que, a diferencia de los híbridos suaves, permiten realizar trayectos cortos con el motor eléctrico como único accionamiento. Los dos fabricantes confían para su plataforma conjunta de vehículos todoterreno en un sistema híbrido paralelo de Bosch, lo que representa una gran exigencia técnica, puesto que en lugar de desviar la potencia a través de un engranaje planetario, el sistema de control y de regulación distribuye los pares de accionamiento entre el motor eléctrico y el motor de combustión. Con ello se reducen costes y complejidad a la hora del montaje.
Volkswagen y Porsche han apostado en sus nuevos vehículos híbridos por un motor con turbo compresor de inyección directa de 3 litros y 6 cilindros en “V” y un mecanismo de transmisión automático de 8 marchas. El motor V6 tiene una potencia de 245 kW (333 PS) y entrega un par de giro de 440 Nm a 3.000 rpm. Este grupo se complementa con un Generador Motor Integrado (IMG) de Bosch. El motor eléctrico, de 30 cm de diámetro, refrigerado por agua, está ubicado junto a un acoplamiento propio en un módulo híbrido entre el motor de combustión y el mecanismo de transmisión. El IMG tiene una potencia de 34 kilovatios y un par de giro máximo de 300 Nm. Con ello, tanto el Touareg como el Cayenne pueden circular a un máximo de 60 Km/h sólo con su motor eléctrico, siempre que el estado de carga de la batería de níquel metal hidruro (NiMH) lo permita. Esta batería tiene una capacidad de 1,7 kilovatios hora con una tensión de 288 voltios. Al frenar, el motor eléctrico funciona como alternador y recupera la energía cinética que se acumula en la batería de alto voltaje.
Cuando el conductor deja de pisar el acelerador se activa la llamada “función por inercia” hasta una velocidad de unos 160 Km/h. Entonces, el motor de combustión se apaga automáticamente y el vehículo rueda libremente sin consumir combustible, pero todos los sistemas de seguridad y de confort siguen funcionando sin limitación alguna. También al frenar pasa todo automáticamente. El sistema de control calcula sobre la base del trayecto del pedal de freno, qué par de freno se debe aplicar, eléctricamente, a través del IMG. Los sistemas de seguridad, como el ABS o el ESP, siguen funcionando sin restricciones ya que siempre tienen preferencia.
Acelerar con el motor eléctrico
En caso necesario, el motor eléctrico y el motor de combustión trabajan al mismo tiempo, en paralelo. En esas situaciones, tanto el Touareg como el Cayenne aceleran de 0 a 100 Km/h en 6,5 segundos. Durante esta aceleración, la potencia aumenta a 279 kilovatios (380 PS) y el conductor puede aprovechar un par de giro de hasta 580 Nm. Frente al modelo V8 de los vehículos de la primera generación, los híbridos completos paralelos consumen hasta un 40 por ciento menos de combustible. Gracias al accionamiento eléctrico paralelo, el Cayenne S Hybrid y el Touareg Hybrid sólo necesitan 8,2 litros a los 100 km según el ciclo de la UE, con unas emisiones de CO2 de 193 gr./Km. Además, ambos vehículos cumplen la normativa Euro 5 y el estándar de emisiones de EE. UU., ULEV 2.
La interacción perfecta – y, por lo tanto confortable – entre el motor de combustión y el motor eléctrico se debe a la perfecta interacción entre la tecnología de control de última generación y los componentes híbridos optimizados. Gracias al desarrollo de los sistemas de inyección directa para motores de gasolina, Bosch puede aprovechar su larga experiencia en esta área. “En el sistema de control para híbridos hemos combinado elementos ya probados y muchas innovaciones. Como base utilizamos el sistema Motronic, que ya funciona en muchos coches de gasolina con inyección directa. Adicionalmente, hemos integrado las funciones necesarias para el accionamiento híbrido. Esas funciones las hemos desarrollado conjuntamente con nuestros clientes”, explicó Matthias Küsell, jefe del departamento de desarrollo y proyectos con clientes para vehículos híbridos y eléctricos de Bosch.
Uno de los retos más importantes que tuvieron que solventar los ingenieros de Bosch fue justamente la conmutación entre la conducción con el motor eléctrico, con el motor de combustión, o con ambos, dado que no se quería, en ningún caso, afectar el confort al cambiar de máquina eléctrica de accionamiento a funcionamiento como alternador. Para garantizar esa suavidad en el cambio de tipo de accionamiento, el sistema electrónico de control tiene acceso continuo a los datos de los sensores provenientes del motor de combustión, del motor eléctrico, de la batería, del acoplamiento y de otros componentes. Con ello, el sistema de control analiza y regula, en tiempo real, la interacción de los dos tipos de accionamiento. El componente ejecutor es un acoplamiento adaptativo que permite realizar esos cambios de forma extremadamente suave. Este acoplamiento asegura que el motor eléctrico y el motor de combustión funcionen exactamente con el mismo número de revoluciones en el momento de cambio de par. Küsell ve en ello el corazón técnico de la tecnología híbrida paralela.
Híbridos y motores de inyección directa se complementan
Una condición importante para ello es el motor V6 con carga de compresor. El sistema Motronic controla el motor de combustión con gran precisión en cada inyección. A través de un bus de datos complementario (CAN) intercambia, además, todos los datos relevantes con los componentes híbridos, el sistema electrónico de potencia y la batería. Además, el motor eficiente de inyección directa reduce las emisiones. El motor de combustión y el motor eléctrico se complementan tan perfectamente, que los híbridos paralelos abren unas soluciones de confort hasta ahora desconocidas. Bosch llama a este concepto “Active Damp Control” con el que un coche de seis cilindros va con la misma suavidad que un motor mucho más grande. En el futuro, este concepto podrá compensar las desventajas de motores turbo más pequeños, como la debilidad de arranque y de esa manera abrir el camino a los conceptos de ‘Downsizing’ en los mercados de grandes ventas.
En comparación con otros conceptos híbridos, la tecnología híbrida completa paralela se puede hacer más económica. Por ejemplo, sólo se necesita una máquina eléctrica que sirva de accionamiento y de generador de energía. Para que esta técnica compatible con el medio ambiente pueda conseguir una amplia aplicación en distintos segmentos de vehículos, Bosch sigue desarrollando permanentemente los sistemas a nivel de componentes. Por ejemplo, en relación al volumen constructivo del sistema electrónico de potencia. A pesar de la complejidad existente para lograr un diseño robusto y una eficiencia máxima en un espacio lo más pequeño posible, los ingenieros de desarrollo de Bosch han podido reducir el volumen de la electrónica de potencia una tercera parte, de 15 a 10 litros, sin perjudicar la capacidad. “En la próxima generación queremos llegar a los 5 litros”, dijo Küsell. El sistema electrónico de potencia es un componente central que hace de puente entre el alto voltaje del accionamiento eléctrico y los 12 V de la red de a bordo, y cuyo inversor transforma la corriente continua de la batería en corriente alterna trifásica para el motor eléctrico y viceversa.
También los híbridos del Cayenne y del Touareg apagan el motor cuando los semáforos están en rojo para ahorrar gasolina. Siempre que el estado de carga de la batería lo permita, arrancan de forma puramente eléctrica cuando el semáforo cambia a verde. El motor de combustión entra más tarde en acción. Además, cuando el conductor levanta el pie del acelerador, se apaga el motor de combustión. La condición necesaria para lograr una rápida penetración en el mercado es la reducción de costes. Los ingenieros de de Bosch también tuvieron en cuenta ese aspecto. Todos los sistemas híbridos tienen una estructura modular, es decir que se pueden aplicar a los vehículos de distintos fabricantes con lo que al aumentar la producción se reducirían los costes. Sólo así la tecnología híbrida podrá penetrar en los modelos de grandes ventas. En el futuro, los clientes de Bosch recibirán del mismo proveedor accionamientos eléctricos completos y adaptados junto con sus baterías de iones de litio. Para ello, Bosch ha creado SB LiMotive, una empresa conjunta con Samsung SDI que tiene previsto fabricar, a partir de 2011, las primeras baterías de alta potencia para vehículos híbridos, y un año más tarde se fabricarán baterías para vehículos totalmente eléctricos. Con unas baterías nuevas, más potentes y ligeras aumentará también el potencial de ahorro de la tecnología híbrida.
