Tecnologia avançada garante economia de combustível sem perda de desempenho

Pouca gente sabe que o futuro da mobilidade já chegou às ruas brasileiras. Os carros híbridos já são uma realidade em várias cidades do Brasil. Até mesmo no interior do estado de São Paulo, já é possível ver essa tecnologia em uso. E quem esta na vanguarda disso é a Toyota, com o seu mundialmente famoso Prius.

A história

Globalmente, a Toyota é uma das empresas que mais tem conhecimento e tradição na produção de carros híbridos. Essa história começou em 1997, quando a gigante japonesa vendeu o primeiro Prius no mercado japonês. Nessa época, o mundo ainda não se preocupava de maneira séria com a emissão de gases na atmosfera, provenientes dos automóveis. E justamente por esse fato que o carro tem esse nome. No latim, prius significa “antes”. O Prius foi o primeiro passo, a sério, para difundir o conceito híbrido no mundo, ele foi, de fato, o primeiro veículo híbrido a ser produzido em série.

Em 2003, a Toyota apresentou a segunda geração do modelo. Totalmente redesenhado e com uma série de melhorias mecânicas, o modelo ficou ainda mais eficiente. Nessa oportunidade, o carro recebeu um sistema de ar-condicionado totalmente elétrico e uma bateria de hidreto-metálico de níquel mais leve e menor. Essa geração foi classificada como um veículo de emissões super ultra baixas (SULEV) nos Estados Unidos.

Em 2009, a Toyota apresentou a terceira geração do Prius, valida até os dias atuais. O novo desenho conseguiu uma incrível marca aerodinâmica, com um coeficiente de apenas 0,25, um dos menores do mercado mundial. Nesse mesmo ano, o Prius se tornou o mais eficiente carro em consumo de combustível líquido, nos Estados Unidos.

E quase uma década e meia depois do início de toda essa história, o carro chegou ao Brasil, em 2013. Não por culpa da Toyota. Mas sim por culpa da distorcida  introdução tardia da tecnologia híbrida da Toyota no mercado brasileiro se deu principalmente por conta da legislação brasileira, que não dá qualquerainda encontra dificuldades em apresentar incentivos a essa promissora tecnologia (e que será o futuro dos automóveis) ). Assim, o carro híbrido importado no Brasil, pagava todos os impostos possíveis e imagináveis, para poder rodar em solo nacional.  Mais recentemente, o governo brasileiro começou a rever essas posições e criou alguns incentivos para a venda de carros híbridos. 

Os dias de hoje

Atualmente, os híbridos representam a nova geração tecnológica que, ao contrário de outras alternativas ainda em estudo (como as células de combustível), está pronta para ser usada e permite responder de forma prática e concreta aos desafios da sustentabilidade energética e ambiental. A tecnologia híbrida é considerada uma etapa importante e definitiva no segmento de carros elétricos. Inclusive, a solução híbrida, apresenta menos limitações e mais flexibilidade que o veículo totalmente elétrico.

Conceito Híbrido

No mundo, existem três tipos de propulsão híbrida no mercado, definidas por: “micro”, “mild” e “full”.

O chamado “micro” híbrido funciona com motor de partida e gerador integrado, acionado por correia. Também é conhecido como Auto Start-Stop, que desliga e religa o motor nas paradas.

O híbrido “mild” também opera com motor de partida e gerador integrado, acionado por correia ou montado no volante do motor, com bateria adicional de 42 V a 120 V para tração.

Já o híbrido “full”, mais completo, é o único capaz de tracionar o veículo no modo puramente elétrico. Ele possui motor a combustão e motor elétrico integrados na transmissão e bateria de alta capacidade, de 250 V ou mais para tração. Essa bateria é recarregável, pela ação do veículo (transformando o movimento em geração de energia), sem a necessidade de ligações externas.

O Prius é do tipo híbrido “full” (total), ou seja, um veículo no qual o sistema de tração consegue operar no modo puramente elétrico até a velocidade de 40 km/h. Assim, o Prius tem dois motores que operam de acordo com a necessidade, sendo de forma isolada ou conjunta.

Inovador motor 1,8 litro à combustão

O Prius conta com um dos motores à combustão de 1,8 litros - quatro cilindros, desenvolvido especialmente para ele. Com 16 válvulas e comando variável, esse motor usa o ciclo Atkinson, que mantém a válvula de admissão aberta por mais tempo, reduzindo o volume de ar no pistão e otimizando a mistura de ar e combustível. Isso diminui consideravelmente as perdas do motor, pois ele é calibrado para funcionar numa situação de maior eficiência. Esse motor Atkinson gera uma potência máxima de 99 cv (@ 5.200 rpm) e torque de 14,52 Nm kgf.m (@ 4.000 rpm).

O ciclo Atkinson tem a vantagem de aproveitar melhor a energia do combustível (com menor consumo), pois a taxa de compressão é menor que a da expansão. No ciclo Otto, as taxas são iguais, e tem a vantagem de produzir maior potência (com um consumo maior de combustível).

Outra característica importante desse motor é o fato dele  dispensar a utilização de uma correia auxiliar para mover componentes do veículo como: o compressor do ar-condicionado, a bomba de água e a assistência da direção. Estes recursos funcionam com a eletricidade gerada pela potência do sistema de baterias, colaborando para a redução do consumo de combustível.

Motor elétrico

Para complementar a potência do motor à combustão, existe um motor elétrico de 650 Volts alimentado por corrente elétrica alternada. Este, funciona em sincronia com o motor a combustão. A potência máxima motor elétrico é de 60 kW (que equivale à 82 cavalos). O torque máximo desse motor (e sempre constante em qualquer faixa de rotação) é de 21,1 kgf.m.

Potência combinada

O Prius tem potência máxima combinada (motores a combustão e elétrico funcionando juntos) de 134 cv. É importante observar que as potências não se somam de maneira matemática, pois os motores têm características diferentes, e a junção de ambos no sistema de tração, passam por componentes que geram perda de energia.

A super bateria

O sistema elétrico do motor depende diretamente de uma bateria muito especial. A tecnologia Toyota Hybrid Synergy Drive utiliza uma bateria autônoma, que alimenta o motor elétrico. Essa tem potência máxima de 27 kW e tensão nominal de 200 volts, dispensando carga externa e não necessitando manutenção ou troca periódica. Essa bateria está instalada atrás do assento traseiro do veículo, sob o assoalho do porta-malas. Segundo a Toyota, a vida útil dessa bateria é de 10 anos.

Como se sabe, energia gera calor. Assim a Toyota, inteligentemente, aproveitou o ar mais fresco do interior da cabine, para ajudar a dissipar o calor da bateria. A bateria é resfriada também pela entrada de ar da cabine, que tem passagem para o compartimento da bateria. O porém nesse caso, é a perda de espaço para as bagagens. No Prius a capacidade de carga é de 4456 litros, podendo subir para fantásticos 1.120 litros com os bancos traseiros rebatidos. Certamente, seria maior se não existisse a bateria.

Vale destacar, que além dessa super-bateria, o Prius tem ainda uma outra bateria convencional de 12 volts, semelhante aos demais carros. Essa outra bateria fica responsável pelo sistema elétrico tradicional como: partida, travas e vidros elétricos, rádio e demais funções tradicionais de um automóvel.

Câmbio CVT

Para maximizar os ganhos do motor a combustão, o Prius está equipado com uma transmissão continuamente variável, que utiliza a tecnologia CVT. Ela tem controle eletrônico e um sistema especial para o acoplamento dos dois tipos de motores. Isso permite uma troca entre a tração elétrica e a combustão, de modo quase imperceptível. E como o câmbio não possui marchas específicas, a relação de marchas é infinita.

O uso do câmbio CVT neste caso é, sobretudo, uma necessidade. Ele permite que, tanto o motor a combustão de ciclo Atkinson, como o motor elétrico, utilizem a menor potência possível para movimentar o carro. Uma característica bastante interessante é que esse câmbio é acionado por uma alavanca totalmente lógica. Ela parece um pequeno joystick. Com movimentos sutis, o motorista seleciona as posições Drive, Neutro ou Reverse (idênticas a qualquer câmbio automático tradicional).

Além disso, esse câmbio tem uma posição a mais. Trata-se da posição “B” (de Break Force) ou freio motor. Quando selecionada, o câmbio entende que deve elevar a rotação toda vez que o carro está desacelerando, para gerar energia elétrica para o sistema híbrido. Tal posição é extremamente útil quando o carro está descendo uma serra. Além de minimizar o uso do freio, o sistema carrega a bateria, e economiza muito combustível.

A tecnologia CVT esta cada vez mais presente, mesmo em carros tradicionais. Recentemente, a Toyota adotou o CVT em toda a linha do seu campeão de vendas Corolla. Até mesmo a versão de entrada do RAV4, com motor 2.0 litros, utiliza o câmbio CVT. E vários outros modelos de marcas concorrentes também estão utilizando essa tecnologia de câmbio, justamente para reduzir o consumo de combustível.

Freios regenerativos

O sistema de freios do Prius é bastante diferente, com tecnologia regenerativa. Ele recupera boa parte da energia que seria normalmente perdida no atrito, recarregando a bateria do motor elétrico. Este é um dos fatores que mais contribui para a melhoria da economia de combustível, especialmente em trajetos de cidade, onde o uso dos freios é mais frequente.

Quando se aciona o pedal do freio, a velocidade do veículo não é reduzida só pela ação das pinças sobre o disco de freio. Num primeiro momento, essa ação é feita exclusivamente pela ação do gerador, que usa a energia cinética (de movimento do veículo) para gerar e armazenar energia na bateria.

Partida silenciosa

Diferente de todos os outros veículos, a partida do Prius é (em grande parte das vezes), totalmente silenciosa. Basta apertar o botão de partida, e uma indicação no painel mostra que o carro esta pronto para andar, sem qualquer ruído de motor. Geralmente, o primeiro movimento é feito com tração elétrica.

Em teoria, o princípio básico de funcionamento é o uso do motor elétrico nas situações de baixa velocidade ou trânsito pesado (sempre em velocidades inferiores a 40 km/h). Porém, isso depende diretamente do estado da carga da bateria. Se ela estiver carregada, o carro dará partida e ganhará velocidade (até cerca de 40 km/h) sempre em modo elétrico. Mais isso, só ocorre se o motorista acelerar o carro de forma suave. Caso o motorista pise fundo no acelerador, tanto o motor elétrico, quanto o motor a combustão, serão acionados para responder a solicitação. Nesse caso, além do consumo de combustível, a bateria também será drenada para essa solicitação.

A recarga da bateria acontece automaticamente, em várias situações. Na maioria das vezes, acontece quando o motor a gasolina está em operação, e o motorista esta acelerando o carro suavemente. Outra forma da bateria ser carregada é quando se tira o pé do acelerador e a velocidade do veículo é reduzida pelo freio-motor. Essa força também é aproveitada para mover o gerador de eletricidade e recarregar a bateria. Outra maneira de recuperar energia é quando o motorista pisa no freio, através de um sistema de recuperação de energia.

Acima de 40 km/h, o motor em combustão esta sempre em funcionamento. O motivo disso, é que o motor elétrico não tem força suficiente para manter a velocidade do carro. E caso o motor elétrico fosse utilizado sozinho nesse caso, a bateria seria rapidamente drenada.É importante observar, que mesmo com o motor à combustão ligado e tracionando, o sistema elétrico está sempre complementando a potência do carro. Então, na prática, O Prius (em algumas situações) pode operar apenas com motor elétrico, mas o motor a combustão nunca trabalha sozinho.

Modos de condução

O Prius permite ao motorista selecionar quatro modos de condução, no painel de instrumentos.

O mais comum é o Modo Normal. Nesse modo o sistema Hybrid Synergy Drive otimiza o uso dos dois motores de forma automática, alternando a fonte propulsora de acordo com as condições de dirigibilidade.

O Modo EV (Electric Vehicle) é selecionado ao se pressionar o botão EV no painel, somente com o veículo completamente parado. Assim, o Prius entrará em modo 100% elétrico, permitindo uma condução em baixas velocidades sem a utilização do motor a combustão até o fim da carga da bateria. Caso o motorista pressione o botão EV ou acelere fortemente, ultrapassando os 40 km/h, o veículo volta ao modo Normal automaticamente.

Já o modo ECO (Economy) é utilizado visando máxima economia de combustível. De cara, ele deixa o acelerador menos sensível. É preciso pisar mais fundo no acelerador, para o carro regair. Também serve para otimizar o controle do ar-condicionado, visando mínimo consumo de combustível. De acordo com a dirigibilidade e a temperatura ambiente, o modo ECO pode ajudar o motorista a obter uma redução no consumo de combustível entre 8% e 20%. Em geral, o comportamento do carro fica mais lento.

O Modo PWR (Power) faz o inverso do modo ECO. Ele modifica a resposta do veículo em aceleração, intensificando a potência para otimizar o desempenho e o prazer ao dirigir. O modo Power oferece uma resposta máxima de aceleração até 25% superior, quando comparado com o modo Normal, e é ideal na realização de ultrapassagens e retomadas de velocidade. Ou ainda, para quem gosta de um carro mais ágil. É evidente que nesse modo, a economia de combustível deixa de ser a prioridade.

Resultados práticos e expressivos

O que realmente importa no Prius é que estamos falando de um carro ecologicamente correto. O Prius traz diversas peças modeladas por injeção de origem vegetal em vários pontos, como em molduras das portas, na tapeçaria das bandejas divisoras da cabine e nos bancos. Também conta com diferentes componentes com características de alta reciclabilidade. Assim, 95%mais de 90% do Prius é recuperável no fim da sua vida útil. Cerca de 85% do veículo é reciclável. A bateria de alta voltagem utiliza componentes, onde mais de 90% 95% das suas partes podem ser reutilizados. E por fim, a tecnologia Hybrid Synergy Drive produz aproximadamente 44% menos CO2 em comparação com um veículo convencional da mesma cilindrada. Além disso, estamos falando de um carro, que mesmo no trânsito mais pesado das grandes cidades, consegue chegar à médias de 15,7 km/l. Em breve, faremos uma matéria do uso do Prius no dia a dia.

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