¿Cómo funciona el motor de un coche híbrido? Estos son todos sus secretos

El coche híbrido es, en esencia, todo aquel que utiliza dos motores de distinto concepto para mover las ruedas del vehículo. Aunque la fórmula tradicional de coche híbrido es la que utiliza un motor de combustión (generalmente de gasolina, pero también puede ser diésel) complementado con un motor eléctrico, lo cierto es que en la actualidad tenemos diferentes tipos de híbridos en el mercado.

Lejos quedan los años 90, cuando el Toyota Prius se convirtió en el primer vehículo híbrido producido en serie, popularizando un tipo de coche que actualmente está disponible en múltiples marcas, formatos y precios. Aunque un coche híbrido cuenta con varios componentes importantes, la clave es la batería recargable -generalmente de ión-litio-, en la que se almacena la energía

Esta batería alimenta el motor generador de electricidad para volver a arrancar desde una posición de parada y también proporciona potencia para propulsar el motor, aprovechando al máximo la energía generada durante la conducción. De esta forma, no desperdiciamos la energía generada, consumimos menos combustible y seguimos disfrutando de la conducción de un motor de combustión.

Tipos de coches híbridos

Ya conocemos el concepto base, pero antes de profundizar en el funcionamiento de un motor híbrido, debemos tener claros los tipos de coche que podemos encontrar en el mercado.

Híbrido enchufable (PHEV)

El «Plug-in Hybrid Electric Vehicle» es un tipo de híbrido que cuenta con un motor de combustión interna, generalmente de gasolina, asociado a un motor eléctrico. Ambos propulsores pueden mover el coche por sí mismos y la parte eléctrica dispone de una batería de pequeño tamaño que acostumbra a tener una autonomía de unos 50 kilómetros para recorridos urbanos.

En este tipo de híbrido, la batería puede recargarse mediante el motor de combustión o con el sistema tradicional de enchufado a la red eléctrica, permitiendo por tanto su uso completamente eléctrico para trayectos de corto recorrido. En cualquier caso, el conductor puede elegir el modo que desea utilizar e, incluso, optar por una combinación de ambas tecnologías.

Híbrido no enchufable (HEV)

El «Hybrid Electric Vehicle» es parecido al enchufable o PHEV, pero con la particularidad de que la batería no puede recargarse a través de la red eléctrica, sino que utiliza el motor de combustión o un sistema de recuperación de energía cinética, que aprovecha las fases de frenada y desaceleración. Es el concepto tradicional de híbrido, el que representa el Toyota Prius, y la autonomía eléctrica es muy corta, por lo que la parte eléctrica contribuye a reducir los consumos en recorridos urbanos.

Híbrido suave de 48 voltios o «Mild Hybrid»

Los sistemas eléctricos suelen funcionar a 12 voltios, pues son suficientes para alimentar elementos auxiliares como la iluminación, los sistemas multimedia o los elevalunas. Pero las tecnologías actuales implementadas en los coches demandan cada vez más energía y, para satisfacer las mismas, surgen los sistemas de 48 voltios.

En estos casos, el sistema eléctrico puede detener el motor de combustión en situaciones en las que es posible disminuir el consumo y las emisiones, como por ejemplo en frenada o desaceleración, aprovechando el momento para almacenar la energía generada por el movimiento del motor “en vacío”. Su mayor voltaje permite además sustituir al motor de arranque y el alternador o el uso de suspensiones activas y pequeños motores eléctricos que pueda incorporar el vehículo.

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Además, podemos establecer otra clasificación en función de cómo fluye la energía:

• Híbrido en serie: lleva un motor principal, que es el único que mueve el coche. El motor secundario es un pequeño generador que se encarga de recargar la batería para aumentar la autonomía.
• Híbrido paralelo: los dos motores accionan directamente las ruedas y pueden funcionar simultáneamente.
• Híbrido en serie paralelo: en este caso los dos motores están conectados a las ruedas, de manera que se pueden combinar las opciones anteriores.

¿El Bifuel es un híbrido?

Erróneamente, hay ocasiones en las que los vehículos con capacidad para utilizar dos tipos de combustible diferentes son considerados híbridos, pero no es así. Los vehículos bifuel tienen un único motor, de combustión interna, que puede funcionar con gasolina y gas natural comprimido (GNC) o con gasolina y gas licuado de petróleo (GLP).

Este tipo de vehículo dispone de dos depósitos de combustible independientes, así como sistemas de inyectores, pero incorpora exclusivamente un único propulsor de combustión interna, razón por la cual no puede considerarse híbrido.

Cómo funciona un motor híbrido

El sistema híbrido, como ya hemos dicho, combina un motor térmico y un motor eléctrico, pero cuenta con varios elementos más cuya función describiremos a continuación:

• Motor térmico: además de cumplir la función de propulsar el vehículo, también recarga la batería de alto voltaje cuando el coche trabaja a velocidad de crucero y detecta que las reservas de ésta están bajas, siempre que no repercuta en la conducción y la seguridad en ese momento.
• Motor eléctrico: responsable de la tracción eléctrica (entrega su potencia directamente a las ruedas), siendo el motor principal en ciudad y totalmente autónomo a velocidades bajas por un determinado número de kilómetros. Dependiendo del modelo se puede llegar a circular a 110 km/h en eléctrico. Se alimenta de la electricidad que le proporciona la batería de alto voltaje, que a su vez bebe del motor de combustión y de la energía que se genera en las desaceleraciones
• Divisor de potencia o PSD: tren de engranajes que combina la energía mecánica entregada por cada uno de los motores eléctricos y de combustión. Es el corazón del sistema y el responsable de la suavidad de la propulsión híbrida, lineal y sin saltos.
• Batería: almacena la energía eléctrica que da sentido al sistema. Su función es recibir la electricidad derivada de los motores térmico y eléctrico, almacenarla y entregarla cuando el sistema lo solicita.
• Unidad de control de energía/inversor: transforma y administra el flujo de energía eléctrica entre la batería y el motor. Convierte la corriente continua que entrega la batería en corriente alterna para el funcionamiento del motor y el generador eléctrico, el aire acondicionado o la batería auxiliar.
• Generador: es un segundo motor eléctrico de tipo síncrono (la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación). Está situado junto al motor térmico, del que recibe la energía mecánica que entrega a la batería de alta tensión en forma de energía eléctrica. También actúa como motor de arranque del motor térmico.
• Ruedas motrices: son las ruedas que transmiten la tracción al suelo, haciendo posible la propulsión del vehículo; las ruedas motrices pueden ser las traseras (propulsión trasera), las delanteras (tracción delantera) o las cuatro (tracción o propulsión total).

¿Cuándo se activa el motor eléctrico de un híbrido?

La energía eléctrica toma protagonismo en la propulsión del vehículo cuando existe suficiente energía en la batería y las condiciones de velocidad lo permiten. El sistema híbrido es autónomo y se encarga de activar el motor eléctrico o el térmico (o ambos al mismo tiempo) dependiendo de diferentes factores (velocidad, aceleración, nivel de carga de la batería, etc). Siempre que sea posible, un coche híbrido funcionará con electricidad, aunque el conductor puede incidir en la autonomía del sistema de propulsión a través de los modos de conducción disponibles.

Carlos González nos explica las particularidades de los motores híbridos en vídeo.

Los fabricantes de vehículos híbridos programan sus respectivos sistemas en función del tipo de coche híbrido que presentan o de las características de los motores y las baterías, pero podemos resumirlos tomando como ejemplo el sistema de Toyota:

• Modo «Charge»: significa que el coche está cargando la batería híbrida, y lo hará en el momento en que frenamos o simplemente hemos levantado el pie del acelerador.
• Modo «Eco»: el sistema de gestión administra de forma automática el uso de los motores, entrando uno u otro en marcha y otorgando siempre la energía y propulsión necesarias y adecuadas. En la zona ECO1 funciona únicamente el motor eléctrico, mientras que en la zona ECO2 el motor de gasolina se arranca y se para de forma automática según la necesidad de potencia.
• Modo «Power»: el motor gasolina será el que en ese instante esté teniendo el mayor protagonismo. Para lograr una respuesta ágil y segura, el sistema híbrido combinará el máximo par disponible del motor eléctrico y gasolina a la vez.

¿Cómo se cargan las baterías?

Ello va a depender del tipo de vehículo híbrido al que nos refiramos, pero si se trata de un híbrido HEV, la batería se retroalimenta por sí sola a través de los sistemas de regeneración de energía, que podemos resumir en tres:

1. Frenada regenerativa: aprovecha la energía generada mediante la fase de frenada -y que no se utiliza- para mover las ruedas, convirtiéndola en electricidad que se almacena en la batería.
2. Inercia: el motor es bidireccional, lo que significa que puede emplear la energía eléctrica para mover las ruedas o recuperarla cuando levantamos el pie del acelerador, convirtiendo la energía cinética en electricidad.
3. Motor térmico: cuando la batería de almacenaje de electricidad está vacía, y nuestra forma de circular no permite utilizar las dos opciones anteriores, el motor térmico actuará como un generador que recargará la batería. Pero, en este caso, el consumo de gasolina se dispara al tener que mover el vehículo mientras recarga la batería.

Si hablamos de vehículos PHEV, la batería también se recarga conectando el vehículo a un suministro eléctrico, como si de un coche eléctrico se tratara. Al ser baterías de capacidad muy inferior a la de los eléctricos puros, el tiempo de recarga es muy inferior y la carga rápida permite llegar al 80% de carga en unos minutos.

Beneficios del motor híbrido

En esencia, el ahorro del motor híbrido radica en la asociación del motor eléctrico con el térmico, lo que posibilita que haya fases en las que no se produzca consumo de combustible o este sea inferior al habitual.

Mientras un híbrido enchufable (PHEV) puede alcanzar autonomías de hasta 80 km y son capaces de circular a mayores velocidades -incluso por encima de velocidades legales en España en algunos modelos-, los híbridos HEV cuentan con una autonomía eléctrica menor, inferior a 5 kilómetros con la batería cargada, pero actúan más veces durante un mismo trayecto al poder recargar su batería más fácilmente.

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En el caso de los «Mild Hybrid», el ahorro se produce en las desconexiones del motor térmico, principalmente al circular en ciudad o aprovechando las inercias en autovía. Aunque las cifras dependen del modelo de coche, el ahorro puede ser de alrededor de 0,7 litros por cada 100 km.

Independientemente de todo ello, podemos resumir los principales beneficios en el siguiente listado:

• Autonomía: mayores distancias sin repostar.
• Eficiencia: ahorro de energía y tiempo mayor sin necesidad de recargar.
• Economía: reducción de hasta un 40% del consumo.
• Mantenimiento: Menor desgaste de las piezas del motor de combustión.
• Comodidad: suavidad de marcha y conducción más fluida.
• Contaminación: menos emisiones de óxidos de carbono y óxidos de nitrógeno.
• Movilidad: la etiqueta ECO reduce las restricciones de circulación en las grandes ciudades.

Sin embargo, también existen inconvenientes, pues se trata de coches que, generalmente, son más caros que sus homónimos con motor térmico tradicional. Además, la hibridación produce un aumento de peso al introducir más componentes y la fiabilidad puede quedar reducida a consecuencia de la complejidad del sistema de propulsión.

Finalmente, la incidencia del sistema en el ahorro depende mucho de nuestros hábitos de conducción, tanto a la hora de circular con el coche como por el tipo de trayecto que hagamos. Conducciones agresivas o erráticas y trayectos largos en autovía anulan casi por completo la posibilidad de exprimir los beneficios de un coche híbrido.

Fotos: Pixabay