Tecnologia híbrida

Honda Insight
O Honda Insight é híbrido paralelo simplificado. Ele tem um motor elétrico acoplado onde geralmente fica o volante do motor. A Honda chama este sistema de "Auxílio Integrado ao Motor". O Insight tem uma caixa manual convencional de cinco marchas ou uma automática CVT (transmissão continuamente variável).

O motor elétrico do Insight é útil de várias maneiras. Ele pode:

• Auxiliar o motor a gasolina, oferecendo potência extra enquanto o carro está acelerando ou percorrendo trechos íngremes
• Oferecer alguma frenagem regenerativa para capturar energia durante a desaceleração
• Dar partida no motor, eliminando a necessidade de um arranque.

Entretanto, o motor não pode movimentar o carro por si mesmo; o motor a gasolina deve estar em operação para que o veículo se movimente.

Para obter o maior rendimento possível, a Honda usou todos os recursos de eficiência discutidos anteriormente. Contudo, o Insight baseia-se principalmente em três áreas:

• Redução do peso - já sendo um carro pequeno, o Insight tem carroceria e estrutura de alumínio para uma redução do peso. Ao tornar o carro mais leve, a Honda pode usar um motor menor e mais leve, que ainda assim mantém o nível de desempenho que esperamos de nossos carros. O Insight pesa menos que 862 kg, o que representa 227 kg a menos que o Honda Civic mais leve.

• Motor pequeno e eficiente - o motor do Insight, mostrado abaixo, pesa apenas 56 kg e é um pequeno três-cilindros de 1 litro que produz 67 cv a 5.700 rpm. Ele incorpora o sistema VTEC da Honda e usa tecnologia de queima limpa para maximizar a eficiência. O Insight atinge uma classificação de consumo da EPA de 25,5 km/l na cidade e 28 km/l na estrada. Além disso, com a potência adicional oferecida pelo pequeno motor elétrico, este sistema consegue acelerar o Insight de 0 a 97 km/h em cerca de 11 segundos.

  Motor do Insight

  Com o motor elétrico em operação, o Insight produz 73 cv a 5.700 rpm. Se compararmos isto apenas à potência em cv do motor, parecerá que o motor elétrico adiciona apenas 6 cv. Entretanto, a eficiência real do motor elétrico ocorre em velocidades mais baixas do motor. O motor elétrico do Insight desenvolve 10 quilowatts (13,6 cv) a 3.000 rpm.

  Os números relativos ao torque máximo é que realmente nos importam. Sem o motor elétrico, o Insight tem torque máximo de 9,1 m.kgf a 4.800 rpm. Com o motor elétrico, são 10,9 m.kgf a 1.500 rpm. Portanto, o motor adiciona muito torque ao extremo inferior da faixa de rotação, na qual o motor a gasolina é menos potente. Isto representa uma ótima solução, que permite que a Honda dê a um motor pequeno a sensação de outro bem maior.

• Uso de aerodinâmica avançada - o Honda Insight foi criado usando o formato clássico de gota d'água: a traseira do carro é mais estreita que a frente. Observe que as gotas não se comportam deste modo, em termos aerodinâmicos - clique aqui (em inglês) para ler um artigo interessante sobre a aerodinâmica de gotículas de água em queda. As rodas traseiras são parcialmente cobertas pela carroceria, dando ao carro um formato mais contínuo e algumas peças da parte inferior do carro estão envolvidas por painéis plásticos. Essas soluções resultam em um coeficiente aerodinâmico (em inglês) de 0,25, o que o torna um dos carros mais aerodinâmicos do mercado.

Na verdade, quando você pega o volante, o Insight não é muito diferente de um carro convencional. Quando você acelera, o motor a gasolina faz a maior parte do trabalho. Numa aceleração rápida, o motor elétrico entra em ação para oferecer um pouco mais de potência.

Durante a viagem, na rodovia, o motor a gasolina faz todo o trabalho. Quando você reduz a velocidade pisando no freio ou tirando o pé do acelerador, o motor elétrico entra em ação para gerar um pouco de eletricidade e carregar as baterias. Nunca será preciso ligar o Insight em uma tomada elétrica; o motor gera toda a energia necessária para carregar a bateria.

Vale a pena notar que, no Insight, a transmissão manual é separada do motor a gasolina e do elétrico pela embreagem. Isto significa que se você é do tipo de motorista que gosta de pisar na embreagem e colocar o carro em ponto morto ao diminuir a velocidade antes de parar, isto não lhe dará nenhuma frenagem regenerativa. Para recuperar energia durante uma redução na velocidade, o carro precisa estar engatado, isto é, tem de haver o uso do motor como freio.

Agora, vejamos a tecnologia do Toyota Prius. O Prius funciona de forma muito diferente do Insight.

Toyota Prius
Um dos principais objetivos do Toyota Prius, lançado no Japão no final de 1997, é melhorar as emissões nas áreas urbanas. Para isto, a Toyota projetou um trem de força híbrido paralelo, chamado de Sistema Híbrido Toyota (THS, a sigla em inglês), que acrescenta alguns dos benefícios de um híbrido de série.

Diferente da Honda, a Toyota concentrou-se principalmente no trem de força para atingir suas metas de baixo consumo e baixa emissão de poluentes. O Prius atende os padrões de emissões veiculares super-ultrabaixas (SULEV, em inglês). É um sedã de quatro portas de cinco lugares e o trem de força é capaz de acelerar o veículo à velocidade de 25 km/h usando energia elétrica apenas. Isso contribui para o fato de ele ser mais econômico na cidade do que na estrada. O Prius foi eleito Carro Norte-Americano do Ano em 2004. O carro pesa 1.315 kg e tem tanto espaço interno e no porta-malas quanto um Toyota Corolla. Aqui está uma disposição das peças:

O Prius baseia-se em duas características principais para otimizar a eficiência e reduzir as emissões:

• Seu motor opera apenas em velocidade e carga eficientes - a fim de reduzir emissões, o Prius pode acelerar até uma velocidade de cerca de 25 km/h antes de mudar para o motor a gasolina. O motor entra em ação apenas quando o veículo ultrapassa certa velocidade. Depois disso, ela opera em uma faixa estreita de rotação.

• Ele usa um dispositivo único de divisão da força - os motores a gasolina podem ser definidos para operarem com mais eficiência em certas faixas de rotação e carga. O dispositivo de divisão de energia do Prius, do qual falaremos a seguir, permite que o motor permaneça em sua faixa mais eficiente de carga e rotação na maior parte do tempo.

A Toyota projetou o motor de 1.5 litro do Prius para operar em uma rotação máxima de apenas 5.000 rpm, a qual desenvolve 76 cv. Manter baixa a rotação máxima do motor permite o uso de componentes mais leves, que aumentam a eficiência.

O motor elétrico do Prius tem 67 cv, indo de 1.200 a 1.540 rpm. Ele produz 40,8 m.kgf de torque de 0 a 1.200 rpm, o que é mais do que suficiente para que o carro se movimente sem a ajuda do motor a gasolina.

O dispositivo de divisão de força é o coração do Toyota Prius. Este é, na verdade, uma inteligente caixa de câmbio que une o motor a gasolina, o gerador e o motor elétrico. Ele permite que o carro opere como um híbrido paralelo - o motor elétrico pode movimentar o carro por si mesmo, o motor a gasolina também pode fazê-lo ou os dois podem funcionar juntos. O dispositivo de divisão de energia também permite que o carro opere como um híbrido em série - o motor a gasolina pode operar independentemente da velocidade do veículo, carregando as baterias ou fornecendo potência para as rodas, de acordo com a necessidade. Ele também age como uma transmissão continuamente variável (CVT), eliminando a necessidade de uma caixa automática convencional ou manual. Finalmente, uma vez que o dispositivo de divisão de força permite que o gerador dê partida no motor, o carro não precisa de motor de arranque.

O dispositivo de divisão de força é um conjunto de engrenagem planetária (abaixo). O motor elétrico é conectado à coroa do conjunto de engrenagens. Ele também é conectado diretamente ao diferencial, que impulsiona as rodas. Portanto, qualquer que seja a velocidade em que o motor elétrico e a coroa girem, esta é que determina a velocidade do carro.

O conjunto de engrenagens planetárias do Prius

O gerador é conectado à engrenagem solar do conjunto de engrenagens e o motor é conectado ao suporte planetário. A velocidade da coroa depende de todos os três componentes, de modo que eles precisam funcionar juntos o tempo todo para o controle da velocidade de saída.

Durante a aceleração, inicialmente o motor elétrico e as baterias fornecem toda a potência. A coroa do dispositivo de divisão de energia é conectada ao motor elétrico, de modo que este começa a girar com o motor. O suporte planetário, que é conectado ao motor a gasolina, encontra-se estacionário porque este não está funcionando. Uma vez que a coroa esteja girando, as engrenagens planetárias precisam girar, o que faz com que a engrenagem solar e o gerador girem. À medida que o carro acelera, o gerador funciona na velocidade necessária para que o motor permaneça desligado. Você pode ver tudo isto abaixo:

Quando o carro chega a 64 km/h, o motor a gasolina será ligado. Então, o gerador muda de rotação, fazendo com que o suporte planetário gire e lhe dê partida. Depois que este entrar em operação, ela ficará numa rotação constante, enquanto o gerador variará a sua rotação para combinar a da sua saída com a do motor elétrico. Se você pisar fundo no acelerador, o motor elétrico usará energia adicional das baterias. Quando você estiver em velocidade constante na estrada, o carro se moverá sob uma combinação de energia da gasolina e elétrica, com toda a eletricidade vindo do gerador.

Como o Insight, o Prius nunca precisa ser recarregado. O gerador de bordo mantém automaticamente o nível adequado de carga nas baterias.

O Honda e o Toyota têm garantias longas para seus componentes híbridos. O Insight tem uma garantia de oito anos ou 128 mil quilômetros para a maior parte do trem de força, incluindo baterias e o Prius tem uma garantia de oito anos ou 160 mil quilômetros para a bateria e sistemas híbridos. Os motores elétricos e baterias nesses automóveis normalmente não exigem qualquer manutenção durante a vida do veículo (entretanto, se você precisar trocar as baterias após o término da garantia, isto provavelmente lhe custará vários milhares de dólares). O motor a gasolina não requer mais manutenção do que a de qualquer outro carro e uma vez que os dois híbridos têm frenagem regenerativa, as pastilhas de freio podem até durar mais que aquelas da maioria dos carros.

Chegar à energia híbrida certamente é mais complexo que usar a da gasolina ou elétrica. Na seção seguinte, examinaremos por que a tecnologia híbrida é tão desejada pelos consumidores e fabricantes de automóveis.