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Un motor Toyota libre de pistones

Toyota trabaja en el extensor de autonomía total


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Uno de los principales problemas de los coches eléctricos es su limitada autonomía. Una característica que algunos fabricantes han solucionado añadiendo un motor de combustión, como forma de aumentar el alcance si no encontramos un enchufe a mano.

El problema es que estos motores suelen ser de tamaño convencional. Esto supone una importante pérdida de espacio, y sobre todo un consumo bastante elevado cuando se termina la carga de las baterías. En el otro extremo están motores como el del BMW i3, al que le falta potencia para mantener niveles de velocidad cuando no hay carga en las baterías. Pero Toyota está trabajando en un diseño que podría revolucionar los eléctricos con extensor de autonomía tal como los conocemos.

 

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Se trata de un pequeño motor gasolina que cuenta con una configuración libre de pistones (FPEG).  Este según sus diseñadores, podrá funcionar tanto como extensor de autonomía, como sistema de propulsión del vehículo. Una de las principales características es que a pesar de contar con una potencia de apenas 10 kW (13.6CV) este será capaz de mantener un coche medio a una velocidad de hasta 120 km/h.

Otro aspecto será la eficiencia. Los creadores de esta tecnología aseguran que este motor alcanzará un 42%. Una cifra que según sus diseñadores, todavía tiene margen de mejora.

El resultado sería un coche eléctrico, dotado de un extensor compacto, eficiente y con suficiente potencia como para mantener la velocidad a velocidades de autovía. Una combinación que los convertirían en una opción de lo más interesante.

 

Vía | Tytlabs | sae.org

 

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36 comentarios en “Toyota trabaja en el extensor de autonomía total”

  1. La potencia es potencia y no engaña a nadie. Para ir a 120 km/h hace falta una potencia determinada que depende de varios factores. En el Model S serán unos 22 kw yendo en llano y sin viento en contra y el Fluence ZE se apaña en las mismas condiciones con unos 19 kw. Cuestión de rozamiento con suelo y aire.

    Con 10 kw no se mantiene un Toyota normal a 120 ni de coña, a no ser que sea cuesta abajo. El que si podría hacerlo es el engendro del VW XL1.

    Otra cosa es que pongan 2 en paralelo para tener 20 kw. Un sistema modular. Eso ya es más creíble.

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    • Interesantes esos datos. Si los 10 kw fueran suficientes para mantener 90 Km/h, que supongo que tampoco, ya supondría un un avance realmente importante. Dependiendo del trayecto, en las cuestas abajo estaría acumulando electricidad en las baterías, y en las cuestas arriba estaría consumiendo la energía generada más la energía acumulada. Pero como has dicho tú, 10 kw no parecen suficientes de ningún modo.

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  2. Por lo que se puede apreciar, es un motor de 2 tiempos que sólo genera electricidad, y esa electricidad es usada para cargar la batería o para alimentar el motor eléctrico directamente.

    Teóricamente, los 10 kW (13.6CV) pueden mantener el coche a una velocidad de 120 llaneando, pero supongo que a la primera cuesta arriba que se presente hará bajar la velocidad drásticamente. Y también es potencia insuficiente para alcanzar la velocidad de 120 Km/h, tal vez al cabo de 90 segundos podría llegar alcanzarla, pero tal vez ni así.

    Es difícil apreciar bien el funcionamiento del motor. Aparentemente, alrededor del tubo trasero que hace de guía del pistón y de los imanes, se comprime aire que actúa como un muelle para retornar el desplazamiento del pistón de nuevo hacia adelante. Pero es necesario también comprimir aire para que entre en la cámara de combustión (las flechas azules) y empuje los gases de escape (flechas rojas) hacia afuera (barrido de gases). Tal vez exista un ventilador eléctrico o algo similar para empujar el aire que no se ve en el dibujo.

    Si este sistema funciona bien, podría ir funcionando cuando salimos de casa con la batería cargada, y haría que la batería se descargara mucho más lenta ya que la iría rellenando un poco al mismo tiempo que va andando el coche. Sólo en caso de que queramos hacer un viaje de muchos kilómetros.

    En caso de quedarnos totalmente sin batería, lo normal sería tener este sistema funcionando con el coche parado durante unos 15 minutos, y así podríamos tener electricidad suficiente en la batería para alcanzar la «velocidad de crucero» y luego intentar mantenerla con esos 10 kw que nos proporciona el sistema.

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  3. No saben qué hacer para seguir vendiendo la moto de los híbridos, y encima esos híbridos de toyota, que no tienen apenas autonomía en modo eléctrico exclusivo.

    Toyota, el Leaf no es híbrido y solo tiene unos 140km de autonomía, y en EEUU te empieza a dar pal pelo, mes tras mes, por algo será…

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    • Si colocas esto en un Nissan Leaf, puedes aumentar su autonomía en más de 50 km. No creo que sea una tontería.

      Efectivamente, el Leaf en EEUU vendió este año un 8% más que el anterior, pero el Prius enchufable se mantiene en segunda posición, o sea que no le va tan mal todavía. Espero que las dos marcas se esfuercen por mejorar sus puestos con mejores precios y mejorando en lo posible las prestaciones, pero para mi lo más importante ahora es ajustar los precios.

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  4. Creo que es una cuestión, al menos aún hoy, como las lentejas, o te gustan o no.
    Yo no soy partidaria de comprarme un eléctrico y seguir pagando revisiones, filtros, aceites, mantenimiento, averías, etc. A quien 150km no le dé para sus desplazamientos diarios, es que realiza tantos km, no por ciudad precisamente, que un híbrido le consumiría bastante. (las pruebas de consumo suelen hacerlas haciendo 100km)

    Toyota te quiere seguir vendiendo híbridos, hasta que te pueda vender hidrógeno.

    Con el tiempo, y cada vez falta menos, los híbridos dejarán de tener sentido, en eeuu, de momento parece que el mercado se está dando la vuelta.

    Un saludo.

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  5. yo también prefiero eléctrico puro, pero pensemos que a los híbridos les queda un rato largo, así que los avances que hagan para poner extensor de autonomía cada vez más eficiente, pequeño y ligero serán siempre bienvenidos.

    Los del hidrógeno y los que hacen híbridos ya saben que las baterías de próxima generación se los van a comer. Bueno, Tesla y Nissan ya han mordido, pero dentro de poco lo harán todos los demás.

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  6. Mientras lleguen unas baterías buenas, bonitas y baratas, si me ofrecen quitarme el range anxiety con un motorcito de apenas un par de palmos de largo y uno de ancho y alto y que apenas llegue a consumir 2’5L/100km suficiente para que me permita buscar un enchufe para cargar… El problema es que todo el tinglado que necesitas para controlar y refrigerar este motorcito, ¿no compensaría poner 50 kgs más de baterías?

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    • Yo creo que este sistema es ventajoso.
      Este motorcito podría ocupar la mitad que el motor de un ciclomotor y podría llevar refrigeración por aire forzada (sin radiador ni circuito de agua). Yo creo que esto podría tener el tamaño de una botella de 2 litros de Pepsi.

      La ventaja está en que esto genera electricidad, no la acumula simplemente. y puede suponer una extensión de autonomía muy útil, sólo para momentos puntuales, lo normal es no necesitar usarlo.

      Sería interesante ya de paso, que pudiera funcionar también con alcohol.

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  7. Se trata de un diseño convencional de generador de pistones libres, muy arcaico y con varias desventajas, para empezar no han solucionado el tema de las vibraciones. Para eliminarlas es necesario otro pistón o masa que se mueva en sentido opuesto totalmente sincronizado con el primero. Tampoco han solucionado el tema de la eficiencia volumétrica. En cuanto a la eficiencia termodinámica, estuve investigando al respecto y conseguí diseñar un generador de este tipo que alcanzaba el 55-60% y sin vibraciones, todo ello con una alta densidad de potencia (bastante potencia en poco peso)

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    • Resctifico, sí han tenido en cuenta la eficiencia volumétrica gracias a los puestos laterales, pero sigue siendo un prototipo inviable por las tremendas vibraciones, y la eficiencia no es brillante que digamos…

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      • Una eficiencia de un 42% es una eficiencia importante, los motores de los coches están bastante por debajo de este porcentaje.

        Comprendo lo de las vibraciones, y creo que tienes razón en que se necesitarían dos pistones opuestos sincronizados. Si la sincronización se hace sin medios mecánicos de piezas grandes, no perdería las ventajas que ahora tiene.
        Creo que los pistones opuestos podrían ser cada uno de la mitad del tamaño del que habla el artículo, manteniendo una potencia similar y un tamaño similar al de un sólo pistón.

        Si de verdad conseguiste un diseño del 55-60%, eso es el doble del rendimiento de los motores actuales de los coches. Pero en países como España, no dan facilidades y medios para investigar en tecnología, por eso somos el país más atrasado y más pobre de Europa. Creo que mientras no sea probado tu motor, no podrás estar seguro de que alcance ese rendimiento.

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  8. Me gusta saver que en este foro, todos somos mas sabios que los ingenierillos estos que se ponen a estudiar tonterías que no funcionan. I no funcionan seguro porque en el dibujo se ve claro que no funciona. Vibra.
    Con lo fácil que es ir con un eléctrico que si te quedas sin autonomía, entras en una ferretería y le compras duracel y arreglado.
    Nos queremos complicar la vida, verdad foreros ?
    Pues a mi me gusta mucho que se gasten millones en desarrollar lo que sea. Y que lo publiquen, para que los listos digan que esto no funciona. De echo mi mujer siempre me lo dice. Esto no va a funcionar, estas perdiendo el tiempo……

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    • No es para tanto, aquí estamos para analizar y ser críticos, y eso es beneficioso para todos. Nadie ha dicho que no funcione, más bien que ese no parece que sea el modelo final.

      Una vez teniendo este diseño, no parece necesario gastarse millones en investigación, sólo sería necesario pedirle a Derby que nos fabrique un modelo similar.

      Pero muchos de los que visitamos este blog estamos en España, y aquí el gobierno tiene miedo al desarrollo tecnológico, no vaya a ser que nos parezcamos a los países ricos y desarrollados, con muchos puestos de trabajo.

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  9. >-«Se trata de un pequeño motor gasolina que cuenta con una configuración libre de pistones (FPEG).»-<

    Dice esto justo debajo de un esquema (Componentes principales) en el que señala con una flecha indicando cual es el pistón.

    Y sin embargo, en el mismo sitio en la foto de abajo, señala cual es el -rotor- y en la siguiente cual es el -estátor-. Pero este motor NO tiene "rotor"; tiene un bobinado que produce el efecto de un rotor, pero no lo es, porque no gira, se desplaza longitudinalmente de forma alternativa.

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  10. Viendo lo que está haciendo Toyota con las Hidrolineras en EEUU, espero que otra marca saque un motor como este, porque Toyota parece que va a arriesgar su dinero de una forma diferente.

    Cuando Toyota empiece a ver que el hidrógeno le produce pérdidas irrecuperables, empezará a destruir su negocio de la electricidad para eliminar un poco de competencia, y seguirá arruinándose mientras otros se mantienen en el camino correcto.

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  11. Aparentemente, las válvulas en este motor se abrirán por la fuerza de electroimanes, a no ser que haya un árbol de levas empujado por un motor eléctrico, pero en el vídeo da la impresión de que son electroimanes.

    Queda otro interrogante por resolver. ¿Como arranca este motor? Se necesita que las baterías no estén totalmente gastadas si queremos encender esto, pero además, necesita algún mecanismo que empuje el pistón cuando está parado para que empiece a moverse.

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    • En mi diseño el propio generador eléctrico es el que se encargaba de mover el pistón al principio, actuando como motor eléctrico. En mi diseño me evito las complicaciones de las válvulas usando únicamente lumbreras, mucho más económicas, fiables y simples que unas electroválvulas como parece que han utilizado los de Toyota. Al inicio debe haber un turbo híbrido con accionamiento eléctrico-gases de escape que empuje la mezcla hacia el interior del cilindro. El propio turbo híbrido puede accionar el motor eléctrico cuando esta en funcionamiento para extraer un plus de energía de los gases de escape, aunque no sé si eso lo han pensado los de Toyota. Como ya digo, mis cálculos los he basado en principios termodinámicos y en experimentos de varias universidades e institutos como por ejemplo el motor de Sandia Laboratories. Para alcanzar el 55-60% de eficiencia se tienen que usar relaciones de compresión de 40-50:1, es la única manera físicamente y tecnológicamente posible. Con mi diseño lo consigo sin producir vibraciones y con menos refrigeración que un motor convencional, lo que mejora la aerodinámica del vehículo al necesitar menos radiadores.

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  12. Es necesario mejorar la eficiencia termica de los motores termicos a modo extensor de autonomia SI o Si, asi que bienvenidas sean las investigaciones en estos campos donde se ha demostrado que el motor tradicional no resulta muy eficiente, y donde una turbina multifuel o cilindros de este tipo u otras configuraciones avanzadas o revolucionarias es mas sensato.

    Abner Perez, muy interesantes los datos que aportas, una pena que no puedas ponerlos en practica en este pais de la Edad Media donde prima la mano de obra de baja cualificacion y malpagada a la inversion en tecnologia para que tengamos puestos tecnicos donde con botones hagamos todo supervisando maquinas (lo logico para el S.XXI , aqui aun andamos por el XIX xD).

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  13. ojo… este motor no transforma el movimiento rectilineo en circular, por lo tanto el diseño si ayuda a la hora de no generar vibraciones, una baja solicitación de refrigeración, y la ausencia de sistema de lubricación…

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    • Si únicamente se utiliza un pistón, entonces las vibraciones serán muy pero que muy importantes, incluso utilizando amortiguación y muelles. Es necesario que exista otra masa similar que se mueva en la misma dirección y con sentido opuesto, es física.

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  14. Solo con poner otra cámara de combustión en el otro extremo del tubo, ya no hace falta resorte ni comprimir aire para vuelva a su posición.

    La misma energía que se consume comprimiendo el aire, se usa para producir la explosión. Con esto queda un motor realmente compacto, ahora solo falta añadir un segundo juego de cilindro-pistón en paralelo moviéndose al contrario del primero para compensar la fuerzas y por lo tanto la vibraciones.

    Aunque ya puestos, ¿Qué hay más compacto que una turbina a reacción para generar potencia que mueva una dinamo?

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  15. En vez de «libre de pistón» se debería mencionar que es libre de cigüeñal…
    Y como leí por ahí, el tema de las vibraciones puede ser muy complejo si es que entra en algún armónico de la estructura del motor o del coche.
    Debería ir con 4 cámaras más pequeñas, dos opuestas y cada par en sentidos contrarios para evitar que fuesen a ocurrir vibraciones peligrosas. El problema de eso, es que la ausencia de cigüeñal implicaría un tremendo problema para coordinar los cilindros.
    De hecho… Ni siquiera me imagino como es que le dan partida a esta cosa… Quizás con un golpe eléctrico en la bobina para mover los imanes…

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