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Introducción
Toyota y el desarrollo de motores potenciados por energía alternativa
Los motores de gasolina y diesel son altamente exitosos, pero tienen su precio. Ellos son responsables de la emisión del CO2 y otros gases y partículas que contaminan la atmósfera y podrían tener influencia a largo plazo en los patrones del clima. Por lo tanto, Toyota está comprometida con el desarrollo de tecnologías que reduzcan las emisiones de gases a niveles mucho más bajos –y en algunos casos a cero. Debido a que los motores de gasolina y diesel probablemente continuarán siendo la mayor fuente de potencia del vehículo en los años venideros.Por ejemplo, Toyota ha re-examinado la estructura completa de la combustión interna del motor para identificar maneras específicas en las cuales los motores de gasolina y diesel pueden quemar menos combustible de forma más eficiente, para así emitir menos CO2 y otros gases dañinos para el medio ambiente.
Esto ha guiado al desarrollo de tecnologías inteligentes integradas que utilizan soluciones avanzadas dentro de los motores para mejorar el manejo de gasolina y las operaciones de manejo. Una de estas tecnologías es Variable Valve Timing-intelligent (VVT-i)(Tiempo Valvular Variable Inteligente), la cual utiliza menos gasolina que los usuales motores y a su vez emite menos dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno e hidrocarburos.
Toyota también ha hecho avances significantes en el desarrollo de motores que están potenciados por fuentes de energía alternativas. Uno de los enfoques más prometedores es combinar dos fuentes diferentes de poder en un solo sistema para explotar el desempeño de ambos. Esto se conoce como tecnología híbrida, y forma una de las más prometedoras vías de desarrollo en los proyectos del vehículo ecológico de Toyota.
Otro avance es la Tecnología Diesel de Riel Común de Toyota (Common Rail Diesel technology), conocida como D-4D, la cual inyecta una cantidad precisa de gasolina directamente en la cámara de combustión para llevar una combustión más eficiente y una mayor economía. Estas ventajas ayudan a reducir los niveles de CO2 en las emisiones de gases.
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Avanzando con diesel
Kilómetro a kilómetro, los motores diesel son más eficientes como fuente de energía que los motores de gasolina. Pero esta eficiencia tiene un precio. La emisión de gases de este motor contiene mayores cantidades de partículas compuestas por recintos de carbón no quemados y óxidos de nitrógeno. Técnicas como D-4D y recirculación de emisiones de gas ayudan a reducir la presencia de hidrocarburos, monóxido de carbono y otras partículas en la emisión de gases de los vehículos.
En el año 2003, Toyota revolucionó el motor diesel combinando estas distintas tecnologías en una solución integrada llamada Toyota Diesel Clean Advanced Technology (Toyota D-CAT). Este concepto avanzado reduce simultáneamente las partículas compuestas por recintos de carbón no quemados en un 90% y los óxidos de nitrógeno en un 50% en comparación con el estándar de Euro IV. Esto significa que los vehículos Toyota equipados con D-CAT, tales como el Toyota Avensis son los vehículos con motor diesel más limpios del mercado de hoy!
El motor D-CAT de 2.0 litros integra tecnologías especiales para producir muy bajos niveles de óxidos de nitrógeno y emisiones de partículas (50% y 90% por debajo de los requerimientos del Euro IV).
P. ¿Los motores diesel contaminan más que los motores de gasolina?
R. Ambos tipos de motores producen emisiones de gases que pueden ser dañinas. Los motores diesel utilizan menos gasolina y en general producen menos CO2 que los motores de gasolina. Sin embargo, estos producen más partículas compuestas por recintos de carbón no quemados y óxidos de nitrógeno. Las tecnologías avanzadas pueden mejorar la eficiencia y limpieza de ambos tipos de motores.
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El Sistema Híbrido de Toyota
Ninguna tecnología de motor puede por sí sola ofrecer una solución óptima a los problemas de emisión de gases. Todas las soluciones relacionadas con la gasolina tienen sus defectos.
Los motores de gasolina emiten menos óxidos de nitrógeno que los motores diesel, y producen niveles insignificantes de partículas compuestas por recintos de carbón no quemados. Por otro lado, los motores diesel son más eficientes en el consumo de gasolina y producen menos dióxido de carbono que los motores de gasolina. Entre las fuentes de energía que no provienen del petróleo se encuentran los vehículos eléctricos, por ejemplo, los cuales son limpios, pero no proporcionan un desempeño satisfactorio o un rango de manejo aceptable y siempre necesitan ser recargados.
¿Qué pasaría si fuera posible combinar diferentes tipos de fuente de poder y hacerlas trabajar juntas para aumentar sus respectivos beneficios y reducir sus defectos?
Este salto al futuro se realizó a través de la creación del Sistema Híbrido de Toyota, hoy en día uno de los núcleos de tecnología automotriz de nuestra compañía. Este descubrimiento revolucionario alcanzado por medio de la tecnología híbrida se realizó a través del manejo inteligente de los flujos de energía desde dos distintas fuentes de poder para que cada dimensión de manejo –aceleración, camino abierto, frenado, y disminución y aceleración de velocidad- se desempeñe de una forma óptima tanto mecánicamente como para el medio ambiente.
Esta solución altamente innovadora consiste en un motor de gasolina optimizado para las emisiones de gas, combinado con un motor eléctrico de cero emisiones potenciado por un sistema híbrido eléctrico de baterías de níquel. Ambas fuentes de energía trabajan juntas bajo la supervisión de un extremadamente sofisticado controlador para ofrecer la máxima eficiencia de manejo.
El sistema híbrido de Toyota y la sinergia híbrida de manejo potencian el Toyota Prius, el primer vehículo del mundo producido masivamente que utiliza esta tecnología ecológica. El Prius ofrece el placer de manejo junto con un creciente desempeño en pro del medio ambiente. De igual forma, se jacta de emitir óxido de nitrógeno en cantidades de 0.01 g/km y 0.02 g/km de emisiones de hidrocarburo.
Beneficios de la Sinergía Híbrida de Manejo en el Prius
Excelente desempeño de manejo:
Aceleración similar a la corriente principal del segmento D (1) del motor diesel.
Bajo consumo de gasolina:
4.3 litros/100 Km – equivalente al segmento B (1) de un vehículo diesel.
Emisiones de gases más bajas:
Las emisiones de CO2 son de 104 g/km en el ciclo combinado (2), por debajo de 120 g/km de la generación previa.
(1)Los vehículos del segmento B son compactos como el Toyota Yaris. Los vehículos del segmento D son más grandes y potentes como el Corolla.
(2)Manejo en la ciudad y en autopistas -
Toyota Prius: un eco-pionero
El Toyota Prius capturó el 90% del mercado mundial en tecnología de híbridos desde 1997. En el año 2004, ganó como el vehículo del año en Estados Unidos – un respaldo fuerte para la tecnología híbrida en beneficio del medio ambiente.
La tecnología híbrida de Toyota ha sido diseñada para trabajar tanto con motores de gasolina como con motores diesel, y tecnologías de energía alternativas como células de hidrógeno. En cada caso, se busca explotar los beneficios y reducir las limitaciones de ambas fuentes de energía. Toyota ha vendido más de 200.000 vehículos híbridos alrededor del mundo.
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Alternativas de hidrocarburos
Toyota ha sido líder desarrollando varias de estas tecnologías alternativas como soluciones más ecológicas para un crecimiento sostenible y hasta ahora ha probado que estas innovaciones pueden ser comercializadas para usos específicos.
La gran ventaja de fuentes de energía alternativas es que estas eliminan por completo las emisiones de gases. Sin embargo, como muchas de las tecnologías involucradas no están totalmente maduradas, y requieren de altos presupuestos para ser implementadas en un rango extenso de vehículos, la mayoría necesita investigaciones y procesos de desarrollo más avanzados antes de que salgan al mercado.
Células de combustible de hidrógeno – tan puro como el agua
Una de las tecnologías más prometedoras que utiliza un combustible alternativo es la llamada “combustible de célula”. Un combustible de célula trabaja combinando dos elementos comunes – hidrógeno y oxígeno – para generar electricidad que potencia un motor eléctrico. Los productos secundarios de esta reacción son solamente vapor de agua y calor, por ello esta tecnología es la más novedosa para eliminar en un 100% las emisiones de gases en el uso de los vehículos (aunque la producción actual de hidrógeno no sea libre de emisiones). Toyota ha conducido investigaciones acerca del combustible de las células desde 1992, y se cree que los vehículos manejados con combustible de célula se convertirán en el soporte del transporte en el futuro.
Los vehículos equipados con combustible de células que al mismo tiempo utilizan el Sistema Híbrido de Toyota son 2.3 veces tan eficientes como los carros potenciados con gasolina en términos de eficiencia del consumo de combustible.
En el año 2002, Toyota fue el primer ensamblador automotriz del mundo que comercializó Vehículos Híbridos de Combustible de Célula (Fuel Cell Hybrid Vehicles -FCHV) en Japón y los Estados Unidos. Estos están equipados con el Toyota FC Stack, un combustible de célula desarrollado por la compañía. La comercialización de los vehículos de célula de combustible, sin embargo, requerirá el establecimiento de una red de suministro de hidrógeno similar a las utilizadas para gasolina y combustible diesel – a gran escala y costoso emprendimiento. Aunque este mercado esté limitado para un futuro cercano, su potencial permanece claro y probado.
Desde años atrás, Toyota ha estado experimentando con otras fuentes de combustible ecológico, con el objetivo de llegar al último eco-vehículo.
Por ejemplo, Toyota ha investigado sobre el Gas Natural Comprimido (Compressed Natural Gas, CNG) por más de dos décadas. Comparado con los vehículos con motor diesel y de gasolina, los vehículos potenciados con gas natural emiten cantidades muy pequeñas de recintos de carbón no quemados, y mucho menos dióxido de carbono.
Sin embargo, el CNG requiere de tanques muy grandes de almacenamiento para el combustible, y tiende a proporcionar menos energía que los hidrocarburos convencionales, limitando sus aplicaciones a largo plazo para contextos de manejo muy específicos como transporte público (buses y taxis dentro de la ciudad).