Lexus RX 400h (2008) | Información técnica
El sistema híbrido consta de un motor de gasolina, dos eléctricos, un generador, un conjunto de engranajes, una batería de alto voltaje y una unidad electrónica que controla todo el sistema.
El motor térmico es un seis cilindros en V de 3.311 cm³ de ciclo Otto (en vez del de ciclo Atkinson, que usa el Prius). Da 211 CV a 5.600 rpm y 288 Nm a 4.400 rpm. Está colocado transversalmente en el lado derecho del vano del motor; el cigüeñal se prolonga hacia fuera del bloque hacia el lado izquierdo, donde está el grupo de potencia, que es como Lexus denomina al conjunto de generador, motor eléctrico delantero, mecanismo de reparto de potencia y de reducción de velocidad del motor eléctrico, que pesa 118 kg.
El motor eléctrico delantero es un motor síncrono de corriente alterna de imanes permanentes de neodimio con disposición en V (de este modo se eliminan las escobillas, que es un elemento de desgaste) con refrigeración agua/aceite. Se alimenta con 650 V (en el Prius 500 V). Da 123 kW a 4.500 rpm y un par máximo de 333 Nm constante entre 0 y 1.500 rpm. Tiene una velocidad máxima de giro de 12.400 rpm.
El trasero, alimentado también con 650 V, produce 50 kW entre 4.610 y 5.120 rpm y da 130 Nm de forma constante de 0 hasta 610 rpm. La velocidad máxima de giro es 10.752 rpm. El acoplamiento entre el motor y las ruedas traseras se hace a través de unos engranajes que reducen la velocidad (relación 6,8591 a 1). Todo este conjunto de motor y engranajes pesa 40kg.
La batería de níquel e hidruro metálico (hecha por Panasonic) pesa 69 kg. Está dividida en tres bloques (para ubicarla bajo el asiento trasero sin quitarle espacio), dos de 12 módulos y uno de 6. Cada módulo cuenta con 8 células de 1,2 V. Como hay un total de 240 células, y están conectadas en serie, la tensión suministrada por esta batería es 288 V. Está aislada por una cubierta metálica que hace de escudo frente a los campos magnéticos y permite una mejor refrigeración que una de plástico. La refrigeración se efectúa mediante un flujo de aire (forzado por unos ventiladores muy silenciosos) a través de unas rejillas de ventilación que hay bajo la parte delantera de la banqueta. La batería se desconecta si algún sensor de airbag se activa.
La unidad electrónica que controla el sistema consta de un amplificador de tensión, un reductor de tensión y un rectificador de corriente y pesa 32 kg. La tensión de la batería (288 V) es aumentada hasta 650 V para alimentar a los motores eléctricos. Con una tensión elevada se disminuye las pérdidas de potencia, puesto que la intensidad de corriente es menor: la potencia es el producto de la tensión por la intensidad; para una potencia dada, si se aumenta la tensión, disminuye la intensidad. Como las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la intensidad, estás también disminuyen.
Hay un rectificador de corriente que transforma el suministro de corriente continua de 650 V, proveniente del amplificador anterior, a corriente alterna, que es como trabajan los motores y el generador.
También se reduce la tensión de 288 a 12 V para alimentar la batería convencional de 12 V, a la que van conectados el resto de dispositivos eléctricos del coche, que funcionan a esa tensión.
Hay una diferencia fundamental entre cómo funciona este sistema en el Toyota Prius (más información) y en el RX 400h, y es que el Lexus tiene dos grupos de engranajes planetarios en vez de uno.
Esto es así porque el par de un motor eléctrico es proporcional a su tamaño y, como éste tiene que ser pequeño para caber en el vano del motor, no puede dar mucho par. Para conseguir una potencia elevada han utilizado un motor que gira muy rápidamente y para aumentar el par han optado por utilizar unos engranajes reductores de velocidad (puesto que el par aumenta de forma inversa a la velocidad). Ese grupo de engranajes adicional tiene una relación de dientes entre el planeta y la corona de 1 a 2,478.
El funcionamiento de este conjunto de engranajes planetarios adicional es el siguiente: el motor eléctrico es solidario con el planeta (color rojo); cuando gira, mueve los satélites que sólo pueden rotar sobre su propio eje, ya que el porta satélites (pieza que los soporta) está fijo. Los satélites al girar mueven la corona (de color amarillo), que es solidaria con las ruedas a través del diferencial.
Cuando se inicia la marcha, o a baja velocidad, sólo se pone en marcha el motor eléctrico (color rojo). Comienza a girar con la corriente que le suministra la batería, al hacerlo el planeta gira (color rojo), mueve los satélites (gris oscuro) y éstos a su vez mueven el planeta (color amarillo), con lo que las ruedas giran.
Si se acelera más, y la fuerza del motor eléctrico no es suficiente o la batería tiene poca carga, se pone en marcha el motor de gasolina.
Cuando el motor ya está girando, el generador deja de frenarse y permite que sea el motor quien lo arrastre. De esta forma, a la vez que el motor mueve las ruedas, hace girar al generador, que puede usar la energía para cargar la batería o alimentar al motor eléctrico.
El motor trasero funciona de forma independiente y se activa cuando el dispositivo que controla la tracción lo considera necesario: cuando hay pérdidas de tracción, en aceleraciones fuertes o cuando el control de estabilidad lo requiere para mantener la trayectoria.
Los dos motores eléctricos se convierten en generadores al frenar o cuando se levanta el pie del acelerador. De este modo, además de recuperar la energía cinética y transformarla en eléctrica (cargando la batería), se consigue mayor capacidad de retención del vehículo.