Motor Hibrido

Función

Cuando hablamos de motor híbrido nos referimos a dos tipos de potencia distinta, comúnmente eléctrica y a gasolina, que influyen para generar el movimiento del vehículo. Los más comunes son los llamados híbridos paralelos. En ellos, las dos fuentes de potencia trabajan juntas, por separado o en paralelo.Los automóviles híbridos utilizan un motor eléctrico y uno de combustión interna. En función del tipo de uso para el que están diseñados, los coches híbridos pueden ser en serie o en paralelo. 

Un pequeño motor a gasolina es muy eficaz cuando circula a una velocidad fija, pero carece de aceleración. Esto es compensado por el motor eléctrico que tiene buena aceleración, pero poca duración.Debido a que los fabricantes de motores híbridos buscaban ambas cosas, pensaron en un sistema en el que el motor eléctrico, el motor a gasolina y la recarga de la batería se comunicaran entre sí. Esto se logró mediante un mecanismo llamado dispositivo divisor de potencia, el verdadero cerebro de los híbridos innovadores.

Funcionamiento

En un motor híbrido, una serie de engranajes conducen a una cadena que conecta a las ruedas del auto. En concreto, se produce una interacción delicada entre los engranajes que determina cuánto combustible quema el coche.Cuando comienza el movimiento, el motor eléctrico gira el engranaje exterior, y esto le da velocidad sin derrochar una gota de gasolina. Cuando se gana velocidad, el motor a gasolina comienza a participar. Los 4 engranajes del divisor de potencia comienzan a girar y aumentan la potencia del auto.Hay un engranaje central que también entra en acción; está conectado a un generador que carga las baterías, y envía potencia extra al motor eléctrico.La tecnología de los coches híbridos incluye un monitor interno que indica cuál es el tipo de potencia que está trabajando. El funcionamiento de los autos eléctricos es ideal para el ámbito urbano, pero en carretera, el coche eléctrico necesitará, como mucho, un par de miles de kilómetros para lograr una recarga completa.MG1 carga la batería de alto voltaje y pone en marcha al motor térmico MTMG2 es el que arrastra el vehículo en todas las circunstancias, bien solo o bien cooperando con MT, y hace la función de generador durante la frenada. Su alimentación es alterna trifásica. Transmite su par a la corona del tren epicicloidal , la cual es solidaria con el piñón de arrastre de la cadena.

Componentes

Motor a Gasolina Generalmente es el mismo utilizado por los vehículos actuales, y llegaría a ser una alternativa en caso de necesitarlo.

Tanque de Gasolina

Es la fuente de energía del motor a gasolina.

BateríasEs la fuente de energía del motor eléctrico, a diferencia de la gasolina en el tanque de combustible, que solo puede proveer de energía al motor de gasolina, el motor eléctrico en el auto híbrido puede suministrar energía a las baterías , así como obtenerlas de estas.

Motor eléctrico Se investigan por razones de ligereza, robustez y rendimiento, motores de alterna trifásica, cuyo funcionamiento sería parecido a un motor de 3 cilindros. Puede usarse uno solo, dos (en cada una de las ruedas de un eje) o cuatro (en cada rueda). Pueden ser de corriente continua o alterna.

Generador Es parecido a un motor eléctrico pero éste sólo trabaja para producir energía eléctrica, mas usado en la configuración en sérielo normal es q sea de corriente alterna.

ConvertidorEs una batería muy pequeña que alimenta a una tensión baja y poca peligrosa (12v), luces, limpiaparabrisas, etc., mediante un convertidor electrónico a transistores.

Cargador Transforma la corriente alterna de 220v obtenida en las tomas de corriente continua a la tensión determinada.

Variador Toma energía de la batería y la inyecta en el motor en función de la posición del acelerador. Es decir que transforma corriente continua procedente de la batería en alterna variable.

TransmisiónEn un auto híbrido la transmisión cumple la misma función básica que en un auto convencional. El sistema depende de cada vehículo.

Motor Hibrido en Serie

En estos vehículos el motor de combustión proporciona movimiento a un generador que o carga las baterías o suministra la potencia directamente al sistema de propulsión (motor eléctrico) y por lo tanto reduce la demanda a la batería . El dispositivo generador se utiliza principalmente como un ampliador de prestaciones, por lo que en la mayoría de los kilómetros se circula con las baterías. Cuando la duración del viaje excede a las prestaciones de la batería, el dispositivo generador se enciende.El motor térmico impulsa un generador eléctrico, normalmente un alterador trifásico, que recarga las baterías, una vez rectificada la corriente, y alimenta al motor o motores eléctricos y estos son los que impulsan al vehículo. La batería se dimensiona en función de los picos de demanda.Así, a altas velocidades, sólo parte de la energía proviene de las baterías, siendo éstas las que suministran la potencia necesaria para aceleraciones y adelantamientos. A velocidd de crucero, la potencia generada en exceso se utiliza para recargar las baterías. Este sistema resulta eficiente si el 80% de los kilómetros recorridos son alimentados por la energía de las baterías que se han recargado desde la red.La desventaja de este tipo de vehículos es que toda la energía producida por el motor térmico tiene que atravesar el generador eléctrico sufriendo muchas pérdidas, debido a la transformación de energía mecánica a eléctrica, y toda la energía para la tracción tiene que pasar por el motor eléctrico.

Motor Hibrido en Paralelo

Este tipo de vehículo utiliza dos sistemas de tracción en paralelo. Según esta configuración ambos proveen de potencia a las ruedas de modo que los dos sistemas pueden ser utilizados independientemente o simultáneamente para obtener una potencia máxima. Aunque mecánicamente más complejo, este método evita las pérdidas inherentes a la conversión de energía mecánica en eléctrica que se da en los híbridos en serie. Además como los picos de demanda de potencia le corresponden al motor de combustión interna, las baterías pueden ser mucho menores. El motor a gasolina entra en funcionamiento cuando el vehículo necesita más energía. Y al detenerse, el híbrido aprovecha la energía normalmente empleada en frenar para recargar su propia batería (frenado regenerativo).Como los patrones de uso de los automóviles tienden a viajes cortos y frecuentes, un híbrido en paralelo trabajará la mayor parte del tiempo sólo con motor eléctrico (este funcionamiento seria el ideal, aunque la realidad demuestra que actualmente las baterías de los híbridos tienen muy poca autonomía y por lo tanto estos vehículos funcionan mayormente impulsados por el motor térmico).Dentro de los vehículos híbridos "paralelos" podemos distinguir dos arquitecturas: los que usan un generador independiente para cargar las baterías, o los que aprovechan el motor eléctrico para funcionar también como generador.Con generador independiente: su inconveniente es que tiene mas componentes, el generador, el conversor de corriente alterna a corriente continua y la transmisión ente el motor térmico y el generador por lo que será más pesado y caro. Sin embargo tiene la ventaja que el generador al estar diseñado para funcionar sólo como generador, será más eficiente que el motor funcionando como generador.

Ventajas

Muchos sistemas híbridos eléctricos permiten recoger y reutilizar la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar, gracias al uso de frenos regenerativos. Aunque actualmente este sistema también se utiliza en algunos vehículos no híbridos de alta gama.La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en los tramos cortos), hace que estos vehículos alcancen un mejor rendimiento que algunos vehículos convencionales o de determinada época, especialmente en carreteras muy transitadas, donde se concentra la mayor parte del tráfico, de forma que se reducen significativamente tanto el consumo de combustible como las emisiones contaminantes. Los vehículos eléctricos tradicionales se recargan desde una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamiento sin recargarlas. Sin embargo, los vehículos híbridos eléctricos obtienen la energía del motor de combustión y con la recuperación de energía durante el frenado.

Desventajas

Sus grandes desventajas son el peso y el coste de construcción. El uso de dos sistemas de propulsión junto con las baterías auxiliares reduce el espacio habitable y su peso hace que las prestaciones empeoren respecto de otro de combustión de potencia equivalente. Por otra parte el usar el motor de combustión para mover un generador, que recarga las baterías, que alimentan un motor eléctrico hace que el rendimiento total del sistema no sea tan eficiente como predican sus constructores. De hecho nunca dan las cifras de coste de combustible por kilómetro en forma de valor moneda comparativo y se limitan a referenciar al uso del combustible fósil sin contar el consumo eléctrico. Otras Desventajas:Toxicidad de las baterías que requieren los motores eléctricos.Utilización importante de materias escasas (neodimio y lantano en el caso del Prius.Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y, sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la energía necesaria para desplazarlo.Más complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo.Su elevado precio.Cuando usan el motor de combustión contaminan igual que cualquier otro.Las baterías (extremadamente caras) tienen una vida útil muy inferior a la del vehículoSe han presentado problemas con las baterías.

Fallas de un Motor de CombustiónDesgaste de rodamientos de salida

las causas son: fuerte golpeteo o chirriante ruido al correr

La sustitución de los cojinetes se requiere

árbol de levas torcido las causas son: pérdida total de Sincronizacion

reparar el árbol de levas

Agarrotamiento por deformación de la camisa

Las causas son: Bielas torcidas.Cilindros desalineados en relación al cigüeñal.

Rectificar correctamente los agujeros en el block para instalación de las camisas.

El motor golpea. Culata floja, Exceso de carbonilla. Flotan los balancines entre la leva y la barra de empuje.

levas picadas Las causas son: Bielastorcidas.Cilindros desalineados en relación al cigüeñal.

Rectificar correctamente los agujeros en el block para instalación de las camisas.

Juego insuficiente entre perno y buje.

Montaje del perno con juego insuficiente en el cubo del pistón y/o en el buje del pie de biela.

Montar el perno del pistón con el juego especifico en el buje del pie de biela.

Síntomas Causas posibles Verificación y solucionesEl motor no arranca - No le llega corriente al motor

- Si el motor ronca y no llega a arrancar, le falta una fase - Tensión insuficiente o carga excesiva - Si el motor es de anillos y el ruido es normal y no arranca, el circuito rotórico está mal. Circuito exterior o devanado cortado - Devanado a masa

- Verificar tensiones en la red, fusibles, contactos, conexiones del motor- Verificar la correcta conexión, estrella o triángulo, en su placa de bornes y la carga del motor - Verificar tensiones rotóricas, contacto de las escobillas y circuito de las resistencias de arranque (conductores y resistencias) - Verificar aislamiento de los devanados

El motor arranca, pero no alcanza la velocidad nominal

- Tensión insuficiente o caída de tensión excesiva - Fase del estator cortada - Si el motor es de anillos, han quedado resistencias intercaladas - Si el motor es de anillos ruptura del circuito de arranque rotórico - Cortocircuito o devanado a masa

- Verificar tensión de red y sección de línea - Verificar tensión y devanado - Verificar circuitos de arranque - Verificar conexiones, resistencias, escobillas y devanado - Verificar devanados y reparar

La corriente absorbida en funcionamiento es excesiva

- Maquina accionada agarrotada o carga excesiva- Si el motor ronca y las intensidades de las tres fases son desiguales, cortocircuito en el estator- Si el motor es de anillos, cortocircuito en el circuito rotórico

- Verificar carga y sustituir motor si este es pequeño - Verificar aislamiento y reparar o rebobinar el motor - Verificar anillos, escobillas y circuito de resistencias. Verificar devanado rotórico y reparar

La corriente absorbida en el arranque es excesiva

- Par resistente muy grande - Si el motor es de anillos, resistencias rotóricas mal calculadas o cortocircuitadas

- Verificar la carga del motor - Verificar resistencias y posibles cortocircuitos en resistencias y devanado rotórico

Fallas de un Motor Hibrido

Las fallas en el motor hibrido además de un conjunto de las fallas de motor de combustión interna y el motor eléctrico, también se pueden hallar fallas en el sistema de automatizado, en el engranaje que conecta los motores al tipo de carga, en el cableado. Estos problemas son pocos probables e hipótesis ya que son muy recientes y no se han encontrado fallas.

Instituto Politécnico Nacional

Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos

“Walter Cross Buchanan”

Motor Hibrido

Unidad III

Ing. Carlos Adrián Medina Sosa

GUSTAVO EDUARDOERICK

GUSTAVO

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