El esfuerzo para el desarrollo del Renault Eolab se ha centrado en tres aspectos:

1.- Utilización de materiales de menor densidad (aluminio, magnesio, termoplásticos...) para conseguir una reducción de peso relevante con relación a un turismo compacto de tamaño y capacidad similar.

2.- Un sistema de propulsión híbrido enchufable de coste competitivo para coches de este tamaño.

3.- Trabajo aerodinámico para reducir la resistencia de penetración en el aire.

En el blog Teletransporte hablamos de muchas de las diferentes soluciones empleadas para reducir el peso de los automóviles y para mejorar la aerodinámica. En esa sección nos centraremos en los materiales que se utilizan, con problemas y ventajas que presentan y en la caja de cambios del sistema híbrido. Al igual que en el blog, copiaré párrafos de la información suministrada por Renault, que me parecen bien informativos.

Acero

«El único modo de aligerar las piezas de acero es reducir su espesor», recuerda la documentación entregada por Renault. Por este motivo es necesario utilizar aceros de alto límite elástico (tensión máxima a la que puede someterse el acero antes de fallar), porque con menor espesor pueden alcanzarse idénticos resultados. El límite elástico del acero utilizado en el EOLAB va desde 1200 a 1500 Megapascales (MPa), lo que supone un límite hasta un 50% superior a los aceros con mayor límite elástico utilizados en la gama Renault. Para alcanzar estos límites de resistencia elástica, alguna de estas piezas recibe la forma en caliente

Aluminio

El aluminio está presente en el EOLAB de todas las formas utilizadas en la industria: chapa, pieza de fundición y perfilado. Para poder utilizar aluminio con menor espesor, al igual que en el acero, se utilizan métodos nuevos. Renault asegura que se ha utilizado un nuevo proceso de embutición templada —aproximadamente 250/300ºC, frente a los 900 de estampado en caliente— (utilizo embutición y estampado indistintamente).



En el anillo posterior del Eolab, realizado íntegramente en aluminio, están presentes las tres formas mencionadas en el párrafo anterior. Según Renault «la localización del aluminio en este anillo constituye un buen compromiso masa/rigidez para la carrocería. Además, la homogeneidad de los materiales en esta zona es interesante en términos de dilatación térmica. En los hornos de cocción de la pintura, las carrocerías soportan temperaturas de hasta 180°C y, en estas condiciones, algunos ensamblajes multi-materiales pueden tener un impacto negativo en la geometría de la carrocería».

Esta mención a los diferentes índices de dilatación de los materiales resulta interesante. ¿Cómo afectan en un coche que se fabrica a 25 grados centígrados y después debe circular a menos 30 grados en lugares muy fríos?. ¿Qué ocurriría por ejemplo con una chapa de magnesio que hiciera de techo pegada a la estructura?. ¿Chapa de magnesio?. ¿Eso existe en algún automóvil? Según Renault no existe en ninguno, salvo en el Eolab.

Magnesio

El magnesio es muy sensible a la corrosión y por este motivo sólo se utilizaba hasta la fecha en piezas del interior de los automóviles, asegura Renault, en piezas moldeadas a partir de polvo de magnesio. Esta chapa utilizada en el techo, la ha desarrollado el proveedor coreano POSCO, y su peso es de 4,5 kg, 5,5 menos de los que pesaría un techo de acero equivalente.

«Esta chapa de magnesio no permite realizar piezas tan diversas como con el aluminio y muchas menos que con el acero, pero cuando se logra el equilibrio masa/coste/proceso/función, el ahorro es espectacular, sobre todo porque el procedimiento utilizado es el mismo que para algunos matices de aluminio: la embutición templada.», afirma Vincent Desmalades, jefe adjunto de Proyecto encargado de la parte «Process». 

Resinas termoplásticas

En el EOLAB se utilizan resinas termoplásticas, como un paso adelante frente a las tradicionales resinas termoendurecibles. «Los pisos delantero, trasero y central, el pie medio y el travesaño inferior del vano del vehículo de demostración son de compuesto termoplástico estampado en caliente. Además, la piel del capó-aleta (de una sola pieza) y la puerta se han fabricado en termoplástico inyectado. Ambos materiales son polímeros con fibras de vidrio cuyo tipo y proporción varían en función de las propiedades que se quieran conseguir en la pieza (fibras largas para piezas estructurales)».

Polipropileno expandido

«Los especialistas del plástico también se han interesado por los conductos de entrada de aire que en la actualidad se fabrican de prolipropileno compacto y pesan unos 3 kg en los vehículos de serie» informan desde Renault. «La idea era sustituir este material por polipropileno expandido, mucho más ligero ya que su densidad es de 0,06 frente a 0,96 del polipropileno macizo. Si hubiese bastado cambiar uno por otro, la sustitución se habría realizado hace mucho. Sin embargo, en la práctica implica espesores cinco veces mayores, con lo que se requiere una reflexión sobre la arquitectura. Esto es lo que se ha hecho por primera vez en EOLAB para cuyos conductos se ha registrado una patente. Estas nuevas entradas de aire ultra light sólo pesan 700 g, con un ahorro de 2,3 kg». 

Sistema híbrido. Caja de cambios

En la presentación a la prensa que han hecho del EOLAB, nos han prohibido a los periodistas hacer fotos de los esquemas que nos mostraron de la caja de cambios. Por lo que nos dijeron, algunas patentes de la caja de cambios todavía están en proceso de aprobación y no podíamos mostrar nada.

La principal característica de esta caja de cambios es que transmite el movimiento producido por el motor de combustión interna y por el motor eléctrico. Lo puede hacer por separado, sólo el de combustión y sólo el eléctrico o de forma conjunta. La caja no tiene ningún tipo de embrague en ningún lugar, por lo que resulta imprescindible salir siempre desde parado con el movimiento del motor eléctrico.

La caja de cambios tiene tres relaciones de cambio. Dos unidas exclusivamente al motor eléctrico (una corta que lleva el coche hasta los 60/70 km/h) y una larga que va hasta 120 km/h (en condiciones adecuadas y si hay suficiente carga en la batería). A partir de esta velocidad, se engrana la relación que va unida al motor de combustión para transmitir su potencia al coche.

Como no existe embrague ni mecanismo que permita equilibrar las diferentes velocidades de giro de uno y otro motor, entiendo que el sistema trabaja siempre sobre el régimen de giro del motor eléctrico para adaptarlo a las velocidades de giro del motor de gasolina cuando los dos motores tiran del coche simultáneamente. Pregunté al responsable de la caja de cambios cómo hacían para igualar las velocidades de giro pero no me lo dijo. «Ese es el secreto del sistema» me contestó.

Otro problema que atisbo, con una única relación de cambio unida al motor de combustión, es que el funcionamiento sin apenas carga de batería puede ser muy perezoso a baja velocidad, porque se obliga al motor de combustión a girar a bajo régimen sin apoyo del eléctrico. Cuando he probado el coche la batería estaba completamente cargada, por lo que no pude probar esta circunstancia, ya que a baja velocidad funcionaba exclusivamente en modo eléctrico.

Los esquemas que nos mostraron de la caja de cambios son muy sencillos, por lo que espero explicarlos bien. Su estructura es muy parecida a la de una caja de dos embragues, con un primario interno (largo) unido al motor de combustión interna y un primario externo (corto) unido al motor eléctrico.

La peculiaridad es que el motor de combustión está conectado directamente a un árbol de transmisión, que gira siempre solidario al cigüeñal. Lo podemos llamar, eje primario del motor de combustión. Al final de este árbol existe un piñón que puede acoplarse o desacoplarse de otro eje. Alrededor de este árbol, gira un tubo hueco (eje primario del motor eléctrico) unido al motor eléctrico.

El primario del motor de combustión interna es más largo que el primario del eléctrico, que lo rodea. Al final de este primario, está el único piñón que transmite movimiento del motor de combustión. Los otros dos piñones van situados sobre el eje primario del motor eléctrico.

Los tres piñones, tanto los dos del motor eléctrico como el del motor de combustión, transmiten el movimiento a un mismo árbol secundario, que se rompería si le llegaran movimientos a diferentes velocidades. La forma de conexión entre los piñones, sin embrague, tampoco nos la explicaron. Según afirmó el responsable, no hay sincronizadores, por lo que para igualar los regímenes de giro intuyo que se actúa principalmente sobre la velocidad de giro del motor eléctrico.

La información que viene en la documentación suministrada por Renault es la siguiente:  «El núcleo del concepto reside en el alojamiento del embrague que da cobijo a un motor eléctrico de imanes permanentes (de tipo discoide de flujo axial en el caso del prototipo). Compacto y económico gracias a una tecnología rompedora, este motor responde a la necesidad de sobrepar, ya que es capaz de suministrar un pico de potencia instantánea de 50 kW y de ofrecer un par de 200 Nm». «En la caja de tres relaciones, las dos primeras están acopladas a la máquina eléctrica y la tercera al motor térmico. Estas tres marchas permiten nueve combinaciones entre los modos eléctrico e híbrido. Una de las mayores innovaciones del concepto reside en la forma de introducir las marchas, sin embrague gracias a un sistema de control inteligente fruto del trabajo de los ingenieros de Renault».