Saga E-TECH, episodio 4: de LOCODISCOBOX a E-TECH
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Los orígenes de Renault E-TECH
Gracias a su experiencia en vehículos eléctricos y en la Fórmula 1, y con el apoyo de equipos de ingeniería, desarrollo y control entusiastas y apasionados, Renault ha desarrollado su innovadora tecnología híbrida E-TECH. Disponible en versión «híbrida completa» en el Clio y en versión «híbrida enchufable» en el Nuevo Captur y el Nuevo Mégane, ha sido concebida y desarrollada de una forma tan inusual como inspiradora. Este cuarto y último episodio repasa las últimas decisiones técnicas tomadas, en particular las relativas a los motores eléctricos.
Al cumplir con los requisitos técnicos exigidos y haber demostrado su eficacia con el prototipo EOLAB, la innovadora LocoDiscoBox debe ahora superar con éxito su adaptación como «producto» para incorporarse bajo el capó de los modelos de serie de Renault Group. De hecho, en un principio se concibió en el marco del programa «Entry», basado en la plataforma M0 y supervisado por Gérard Detourbet, quien dio el «sí» cuando le presentaron la maqueta de LEGO.
Apenas habían comenzado las primeras presentaciones de la motorización híbrida enchufable «Z.E. on demand» ante los directores y ejecutivos de Renault del área de «producto», cuando los equipos de ingeniería intuyeron que aún les quedaba mucho por delante. Muy pronto, ya no se habla de Entry ni de M0, sino de M1, es decir, los modelos versátiles y compactos, entre los que se encuentra el Mégane. De hecho, será en un Mégane donde se realizarán las pruebas de calibración de la futura motorización E-TECH. Por lo tanto, era necesario adaptar la LocoDiscoBox para que fuera compatible con este modelo y con el rendimiento que se esperaba de él. Se pondrán en marcha dos medidas para dos ámbitos de actuación diferentes: la incorporación de un segundo motor eléctrico para las bajas velocidades y la incorporación de una cuarta marcha en la caja de cambios del motor térmico para las altas velocidades.
«Había un problema de pérdida de par entre las marchas 1.ª y 2.ª, es decir, a baja velocidad. La solución, en nuestra opinión, pasaba por añadir un pequeño motor eléctrico que sustituyera a los sincronizadores de una caja de cambios tradicional para facilitar el acoplamiento de los dientes y suavizar la aceleración gracias a su aporte inmediato de par. Otro punto delicado: el control del funcionamiento de los dientes de acoplamiento. No era sencillo, ya que contábamos con engranajes planos del tipo de los que se utilizan en la Fórmula 1 y no con engranajes de «techo». Estos engranajes planos funcionan mejor a largo plazo y, en principio, son más fiables. Pero también presentan el inconveniente de que pueden encajar peor. Por lo tanto, era necesario que los especialistas en control validaran esta idea».
DE LOCODISCOBOXA E-TECH
#1 HSG: LA ELECCIÓN INTELIGENTE
Ahí es donde entra en escena Ahmed Ketfi-Cherif, que ya había supervisado el desarrollo de la primera versión de la LocoDiscoBox. No solo respalda la idea de incorporar un pequeño motor eléctrico adicional para mejorar el funcionamiento del sistema de garras, sino que además le encuentra otras ventajas.
«El motor de tipo HSG (High-voltage Starter Generator, o motor de arranque de alta tensión) que habíamos elegido permitía, por ejemplo, que el sistema funcionara en modo «híbrido en serie » a bajas velocidades para ofrecer mayor comodidad y flexibilidad. Sin necesidad de mucha energía almacenada, lo que permitía reducir la capacidad de la batería y prescindir de la toma de recarga. La futura motorización E-TECH, basada en un sistema híbrido recargable, acababa de diversificarse en una versión híbrida «simple». ¡Las posibilidades de uso en la gama se multiplicaban!»
#2 NISSAN SE SUMA A LA FIESTA
De hecho, la idea de utilizar un segundo motor eléctrico de tipo HSG ofrecía la solución a un sinfín de problemas. Por ejemplo, mejoraba la regulación de la carga de la batería, evitando que se quedara sin carga, y ofrecía una gestión de la energía más adecuada, así como un funcionamiento general del sistema que hacía que esta transmisión se asemejara más a una transmisión automática convencional.
Esto no fue para desagradar a Nissan, miembro de la Alianza junto con Renault, y que tuvo voz y voto en el desarrollo y la adaptación de este futuro motor E-TECH, sabiendo que podría utilizarse en sus modelos y mercados. Los japoneses prestaron especial atención al confort de conducción y, aunque valoraban las ventajas del segundo motor eléctrico, consideraban que había que ir aún más allá. De ahí surgió la idea de añadir una cuarta marcha a la caja de cambios de engranajes de garras, para mejorar la sensación a altas velocidades.
«En un principio, la transmisión de la LocoDiscoBox contaba con tres marchas, para tres situaciones de conducción bien definidas: ciudad, carretera y autopista. La incorporación del motor HSG ha permitido mejorar la sensación de conducción y reducir el consumo en la marcha «ciudad». Había que hacer lo mismo en el extremo superior de la gama y se nos ocurrió la idea de añadir una cuarta marcha. Esta permite desconectar totalmente el motor eléctrico principal cuando no se utiliza —normalmente en autopista—. De este modo, se «elimina» su resistencia y se ahorra aproximadamente 1 kW, lo que supone entre un 3 % y un 4 % del consumo. La idea era mantener conectados a la rueda solo los componentes necesarios para la tracción y no hacer con un motor eléctrico grande lo que se podía hacer con uno pequeño. Así, era el pequeño HSG el que se encargaba de la producción de electricidad para los componentes, y no el gran motor eléctrico principal».
La última mejora se ha producido en los pequeños motores de accionamiento de la caja de cambios, que permiten el acoplamiento de los dientes de tracción al cambiar de marcha. Gracias a los dientes de tracción planos y al sistema de asistencia mediante un simple resorte —que sustituía a los sincronizadores—, los ingenieros han podido utilizar motores pequeños de menos de 100 vatios, frente al doble o el triple que se empleaba habitualmente. Esto también contribuyó a reducir el tamaño de esta transmisión.
En esta ocasión, la arquitectura de la futura motorización E-TECH estaba claramente definida. Pero aún quedaban dos decisiones por tomar en cuanto a sus componentes: el motor eléctrico principal y el motor térmico.
#3 Tecnología Renault,Componentes de la Alianza
Hasta ahora, el prototipo de motorización LocoDiscoBox utilizaba un motor eléctrico discoidal —de ahí su nombre—. Pero, para Antoine Vignon, esto no era viable para una producción en serie a gran escala debido a que algunos componentes estaban fabricados con materiales compuestos. También había que elegir entre un motor de rotor bobinado (como el utilizado en el ZOE) y un motor de imanes permanentes. Si bien el primero presentaba la ventaja de poder adaptarse a todas las situaciones, no cumplía los criterios de compacidad, que seguían siendo fundamentales en la definición del sistema de propulsión E-TECH. Por lo tanto, había que encontrar un motor síncrono de imanes permanentes… algo que se llevaría a cabo en Nissan. En cuanto al motor térmico, se recurriría a la Alianza.
«Con el fin de distribuir los recursos de desarrollo y producción dentro de la Alianza, hemos dado prioridad al uso de componentes ya existentes en Nissan en lugar de adquirirlos. Esto ha determinado la elección del motor eléctrico principal, pero también, y sobre todo, la del motor térmico. El motor H4BT utilizado al inicio del proyecto era un poco antiguo y adolecía de una eficiencia insuficiente en cuanto al consumo. También teníamos como objetivo cumplir con las futuras normas de emisiones Euro 6d-FULL. El único candidato era el motor HR15Gen3 (un motor de gasolina atmosférico de cuatro cilindros utilizado, entre otros, por Nissan para los mercados chino y coreano), cuya cilindrada de 1,5 litros se ajustaba exactamente a las necesidades definidas. Compacto, con un rendimiento adecuado y una eficiencia satisfactoria, era el mejor candidato disponible en el catálogo de componentes de la Alianza. ¡Se adoptó en 2015!».
Para ir más allá del mero cumplimiento de las normas anticontaminación y poder incorporar un filtro de partículas al motor térmico, en 2016 se decidió sustituir el motor HR15 por otro de 4 cilindros atmosférico procedente del banco de componentes de la Alianza, el HR16. Esto supuso un gran trabajo de adaptación (mapeo del motor, modificación de algunas piezas como los pistones, las bielas y el cigüeñal en los coches de pruebas), pero los resultados no tardaron en ser satisfactorios.
Aunque no sea perfecto, este motor HR16 supone un buen equilibrio y permite que la innovadora transmisión de garras alcance todo su potencial. Se trata de un motor atmosférico, pero la aportación de los motores eléctricos compensa la ausencia de turbocompresor a bajas revoluciones, mientras que se utiliza principalmente a su régimen óptimo de rendimiento, sobre todo cuando funciona como generador para recargar la batería. Además, responde a la búsqueda de optimización de costes para una motorización E-TECH destinada a vehículos de gama media. Con él, todas las piezas del rompecabezas encajaron: ¡había nacido la motorización E-TECH tal y como la conocemos hoy en día!
CONCLUSIÓN
Tras casi 10 años de desarrollo, la motorización híbrida E-TECH ya está disponible en la gama Renault. Es la culminación de una aventura un tanto irreal, que surgió de una maqueta de LEGO y del ingenio y la perseverancia de un equipo de apasionados que nunca se rindió ante las dificultades. Un equipo que supo reunir a otras personas a su alrededor y crear un espíritu de competencia que, poco a poco, se extendió por toda la empresa. Era imprescindible para superar este reto arriesgado y ambicioso.
«Al principio del proyecto, muchos nos habían dicho: “¡Esto nunca funcionará!”. Es cierto que era una apuesta muy arriesgada, sobre todo al querer sustituir la sincronización de la caja de cambios por un motor eléctrico. Pero, poco a poco, toda la empresa acabó implicándose en el proyecto: desde los equipos de producto y de proyectos de vehículos hasta la dirección. Muchos empleados, tanto del departamento de ingeniería como de otros ámbitos, se entusiasmaron con este proyecto, lo que generó una gran motivación propia. Eso es, también, lo que da valor a una empresa. La motorización E-TECH es un éxito un poco loco del que todos podemos estar orgullosos».
