A tecnologia híbrida preenche a lacuna entre o ICE e o totalmente elétrico

Nota do editor: este artigo foi encomendado pelo Engine Technology Forum e publicado com permissão do PowerProgress.com.

O motor de combustão interna (MCI) tem servido como uma fonte de energia indispensável para veículos rodoviários e fora de estrada por décadas. Embora o MCI continue a demonstrar uma atitude de sustentabilidade como fornecedor independente de energia veicular, também é um parceiro valioso para um número crescente de aplicações de veículos híbridos-elétricos (VEH).

“As tecnologias híbridas oferecem uma solução prática para reduzir o consumo de combustível e as emissões em muitos tipos diferentes de veículos”, de acordo com Allen Schaeffer, diretor executivo do Engine Technology Forum , uma organização sem fins lucrativos que defende o ICE, seus fornecedores e produtores de combustíveis.

Dentro de cada grande setor de mobilidade — veículos de passeio, caminhões comerciais e veículos off-road — há veteranos do ICE, novatos híbridos e híbridos inovadores.

O Toyota Prius 2025 de quinta geração está equipado com a quinta geração do Sistema Híbrido Toyota (THS). O THS também é usado no Toyota Prius PHEV. (Foto: Toyota)

Veículos de passageiros

"A Toyota fabrica veículos híbridos há mais de 25 anos, e isso tem um bom motivo. Tínhamos um impulso e uma necessidade de reduzir as emissões de carbono nas estradas", disse Dante Boutell, vice-presidente de Controle de Trem de Força da Toyota Motor North America em Ann Arbor, Michigan.

Com a estreia do Toyota Prius de 1997 no mercado japonês, o Prius se tornou o primeiro carro híbrido-elétrico produzido em massa do mundo. O Prius de 2025 utiliza o Sistema Híbrido Toyota (THS) de quinta geração. "A primeira, segunda e terceira gerações do THS representaram enormes avanços tecnológicos", disse Boutell. Outras melhorias, incluindo a redução do tamanho e do peso do sistema híbrido, foram características marcantes da quarta e quinta gerações do produto. "Estamos trabalhando em outra geração do THS."

Em 2024, as montadoras venderam mais de 12,9 milhões de veículos de passeio movidos a combustão interna (ICE) nos Estados Unidos. As vendas de veículos híbridos de passeio em 2024 ultrapassaram 1,6 milhão de unidades, o maior volume da indústria nos EUA até o momento. Desde 2021, as vendas de híbridos têm apresentado uma trajetória ascendente, de acordo com dados do Departamento de Estatísticas de Transportes dos EUA.

Esse aumento contínuo nas vendas de híbridos ajudou a inaugurar um investimento de US$ 88 milhões para uma linha de produção adicional na fábrica da Toyota em West Virginia. A nova linha produzirá transeixos híbridos de última geração para veículos Toyota e Lexus. O início da produção do sistema de transmissão que transfere a potência perfeitamente entre o motor, o motor elétrico e as rodas está previsto para o final de 2026.

Uma visão sob o capô do híbrido Toyota Prius 2025. (Foto: Toyota)

A abordagem multivias da Toyota para veículos eletrificados concentra-se em veículos totalmente elétricos, híbridos-elétricos e híbridos-elétricos plug-in. Os PHEVs operam apenas com motores totalmente elétricos, apenas com motores a combustão interna (ICE) ou uma combinação híbrida de ambos. Ao contrário dos HEVs, os PHEVs podem ser conectados a uma tomada externa para recarregar as baterias de alta tensão.

“Em 2023, as vendas de veículos eletrificados da Toyota nos EUA foram de 29%. Esse crescimento aumentou para 43% em 2024 e a expectativa é de que chegue a 50% em 2025. Portanto, esses são grandes avanços entre 2023 e 2025”, disse Boutell.

Os veículos de passeio híbridos elétricos mudaram drasticamente ao longo dos anos — tanto em termos de tecnologia quanto de experiência de direção. "Vinte e cinco anos atrás, os híbridos eram um pouco estranhos de dirigir. A frenagem não era tão suave quanto a de um não híbrido. Era possível sentir o motor ligando e desligando, e a aceleração, às vezes, não era suficiente", explicou Boutell.

A experiência de dirigir é muito diferente hoje em dia. "Agora, a viagem é muito suave e confortável, e isso está contribuindo para a adoção do híbrido-elétrico. E com volumes maiores, a escala entra em jogo, então o custo de um veículo híbrido de passageiros não é tão diferente de um veículo movido apenas a motor", disse Boutell.

Assim como a Toyota e muitos outros fabricantes de veículos de passeio, a linha de produtos da Hyundai inclui opções exclusivamente a combustão (ICE) e eletrificadas. "Os consumidores não precisam sacrificar o desempenho para serem mais eficientes em termos de combustível ou mais conscientes do meio ambiente, porque com o nosso novo sistema híbrido, você obtém muito mais potência e menos emissões de escape do que o equivalente a ICE", disse John Shon, gerente sênior de planejamento de produtos da Hyundai America.

Visão em corte do sistema híbrido de próxima geração da Hyundai, que estreia no SUV Palisade 2026. (Foto: Hyundai)

Espera-se que o Hyundai Palisade 2026 com um sistema híbrido-elétrico de quatro cilindros e 2,5 L turboalimentado produza 40 cv a mais em comparação com o Palisade 2026 com um V6 de 3,5 L. "O novo sistema híbrido proporciona uma economia de combustível robusta. Em alguns modelos de veículos, esse consumo será de 12 a 13 mpg maior, o que representa uma melhoria de cerca de 40% a 50% na economia de combustível", disse Shon.

Como um SUV grande com três fileiras de assentos, o Palisade 2026 será o primeiro modelo com o sistema híbrido de última geração da Hyundai. A Hyundai oferece tecnologia híbrida nos EUA desde 2012, quando o sedã médio Sonata estreou a tecnologia híbrida de primeira geração da montadora. "Para o Palisade, queríamos um sistema híbrido mais robusto, então esta segunda geração adiciona um segundo motor elétrico para evoluir e aprimorar o sistema híbrido", disse Shon.

Caminhões comerciais

Para o ano-modelo 2025, a Isuzu Commercial Truck of America, Inc. lançou seu primeiro veículo totalmente elétrico. Além do caminhão médio NRR-EV totalmente elétrico, a Isuzu oferece nos EUA caminhões comerciais movidos a combustão interna (ICE) a gasolina (caminhões leves e pesados da Série N) ou diesel (caminhões leves e pesados da Série N e caminhões médios e pesados da Série F).

Modelos de veículos comerciais Isuzu Série F. (Foto: Isuzu)

As opções de energia são importantes para os clientes. "Depende muito da aplicação do caminhão, então temos clientes que buscam apenas a eletrificação e outros que buscam apenas o motor a combustão convencional. E há clientes que desejam ambos — elétrico puro e motor a combustão puro — em sua frota", disse Jeff Marsee, diretor executivo do Centro Técnico Isuzu da América em Plymouth, Michigan.

Os caminhões Isuzu movidos a combustão interna (ICE) atuais nos EUA atendem aos atuais requisitos de NOx da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) de 200 mg de NOx. "Nossa empresa está trabalhando arduamente para estar em conformidade, até 2027 e anos posteriores, com os novos padrões de baixo NOx da EPA para os 50 estados", disse Marsee. O trabalho de desenvolvimento em andamento concentra-se em um futuro motor usado principalmente em caminhões leves e pesados das Classes 4 e 5. "Esperamos que nosso motor de baixo NOx alcance uma redução de 80% em relação ao padrão atual de NOx", disse Marsee.

Além de atender aos requisitos governamentais de emissões, a demanda dos clientes desempenhou um papel importante no desenvolvimento do motor. "Temos clientes que desejam ser mais ecologicamente corretos e também desejam maior economia de combustível e menor custo total de propriedade", disse Marsee. Embora o motor em desenvolvimento seja atualmente voltado para motores a diesel, "o plano a longo prazo seria uma aplicação multicombustível", disse Marsee.

Os engenheiros da Cummins estão trabalhando em dois motores a diesel para caminhões de médio porte. Os motores utilizam a estratégia HELM (alta eficiência e baixas emissões) da Cummins.

O motor a gás natural X15N de 15 L foi o primeiro motor de produção da Cummins a utilizar a plataforma HELM. (Foto: Becky Schultz)

“Os novos motores a diesel de 7,2 L e 10 L terão desempenho semelhante ou superior em potência e torque aos motores atuais. Os motores também terão uma redução significativa nas emissões de GEE (gases de efeito estufa) e melhor economia de combustível do que os motores atuais”, disse Jim Nebergall, diretor executivo de Estratégia de Mercado da Cummins Inc. Ambos os motores chegarão ao mercado em 2027, coincidindo com as novas regras de emissões da EPA para caminhões médios e pesados.

A estratégia HELM destaca a flexibilidade. "Nossos motores podem ser a diesel — que é a primeira opção de combustível na maioria dos casos em todo o mundo — ou combustíveis gasosos, como gás natural ou hidrogênio", disse Nebergall.

Um motor a gás natural de 15 L, o X15N, foi o primeiro motor de produção da Cummins a utilizar a plataforma HELM. "Estamos muito entusiasmados com esse motor porque é o primeiro motor verdadeiramente a gás natural com desempenho semelhante ao de um motor a diesel. Ele suporta os pesos comuns em caminhões pesados de longa distância", disse Nebergall. O motor a gás natural X15N será lançado em 2024, e um motor a diesel de 15 L chegará em 2027.

Veículos off-road

“O setor mais difícil de eletrificar — seja híbrido ou totalmente elétrico — é o off-road, e isso ocorre justamente por causa das demandas de energia do equipamento em um espaço off-road em relação às demandas de energia de um veículo rodoviário ou caminhão”, disse Nick Block, diretor de Marketing e Vendas Globais da John Deere Power Systems.

O 744 X-Tier da John Deere realiza tarefas em uma pedreira e local de agregados. (Foto: John Deere)

Veículos fora de estrada que precisam de mais de 130 cv para obter desempenho ideal são candidatos ideais para hibridização, de acordo com Block. Tratores grandes, colheitadeiras e pulverizadores são exemplos de veículos que usam pelo menos 130 cv para fins agrícolas. Na construção, os exemplos de veículos com 130 cv ou mais incluem carregadeiras de rodas e motoniveladoras.

“Com base na tecnologia atual de baterias, acreditamos que veículos off-road com menos de 130 hp podem ser totalmente eletrificados de forma eficaz”, disse Block.

O trator híbrido-elétrico 850 X-Tier da John Deere chegou às concessionárias na América do Norte, Europa e Ásia no início de 2025. Também em 2025, a África se tornou o primeiro mercado com a carregadeira de rodas híbrida-elétrica 744 X-Tier da John Deere.

“Dependendo da região do mundo e das necessidades do cliente, oferecemos máquinas com motor de combustão interna (MCI) que funcionam com diesel e máquinas que utilizam MCI com sistema híbrido”, disse Block. Os tratores John Deere totalmente elétricos a bateria devem chegar ao mercado em 2026.

O trator John Deere 8RX é equipado com a Transmissão Variável Elétrica eAutoPowr para fornecer até 100 kW de energia elétrica externa por meio de um Kit eDrive. Ela está instalada nesta colhedora de batatas Sputnik. (Foto: John Deere)

A energia elétrica externa é outra forma viável de energia híbrida, de acordo com Block. O processo envolve a geração de energia a bordo do veículo para uso externo. Por exemplo, a energia produzida pelo motor de um trator agrícola pode ser transferida para fornecer eletricidade a um implemento agrícola, como uma colheitadeira acoplada. "A energia elétrica interna proporciona a capacidade de conduzir com precisão, precisão e melhor controle do implemento ou dos sistemas auxiliares externos", disse Block.

Um novo sistema desenvolvido pela Caterpillar transfere energia para grandes veículos eletrificados que operam em uma mina. "É possível ter interoperabilidade entre máquinas com a solução de Transferência Dinâmica de Energia (DET), permitindo operar um caminhão diesel-elétrico, um caminhão elétrico a bateria ou até mesmo um caminhão híbrido-elétrico com o sistema", disse Krishna Kumar, diretor técnico da Divisão de Soluções de Eletrificação e Energia da Caterpillar. O sistema está atualmente sendo testado pela Caterpillar em vários locais.

O inovador sistema DET integra elementos-chave, incluindo um módulo de energia que converte a energia da fonte de energia da mina, um sistema ferroviário eletrificado para transmitir a energia e um sistema de máquina para transferir a energia para o trem de força de um caminhão de mineração. A infraestrutura do DET pode ser personalizada para atender aos layouts individuais da mina.

Além do sistema DET, a linha de produtos da Caterpillar inclui caminhões movidos a diesel-elétrico e também a bateria elétrica, como a carregadeira subterrânea R1700XE de emissão zero. Praticamente todas as aplicações fora de estrada têm ciclos de trabalho e demandas de desempenho exclusivos.

Sistema de Transferência Dinâmica de Energia da Caterpillar mostrado em um local de demonstração da Caterpillar. (Foto: Caterpillar)

“A principal conclusão é que a Caterpillar tem uma gama de soluções para nossos clientes. Não é uma solução de energia única para todos”, disse Kumar, enfatizando que o motor de combustão interna (ICE) como fonte de energia primária ou secundária a bordo “ainda existe para algumas de nossas soluções, como os conjuntos propulsores diesel-elétricos e híbrido-elétricos”.

Com a grande maioria dos veículos off-road atuais movidos a motores a diesel, o combustível desempenha um papel vital na redução de emissões indesejadas. Nos EUA, as atuais normas EPA Tier 4 para motores off-road limitam a quantidade de emissões nocivas de escapamento, particularmente material particulado (MP), óxidos de nitrogênio (NOx) e enxofre. Embora o diesel com ultrabaixo teor de enxofre seja o único combustível exigido para uso em motores a diesel pelas regulamentações Tier 4 para veículos off-road, combustíveis alternativos derivados de recursos sustentáveis ou renováveis são uma opção.

“Nossos motores a diesel atuais também são capazes de utilizar biocombustíveis/biodiesel, combustível HVO (óleo vegetal hidrotratado) ou outros combustíveis alternativos”, disse Tanner Crook, gerente assistente do grupo de engenharia de aplicação para soluções de energia da Yanmar America Corporation. Como fabricante de motores a diesel para os setores agrícola, de construção e marítimo há mais de 90 anos, a Yanmar agora também desenvolve soluções híbrido-elétricas.

“Estamos começando a ver um aumento no interesse por tecnologias híbridas e mais sustentáveis”, disse Crook, referindo-se aos projetos em andamento para os setores fora de estrada na América do Norte. É possível que futuras exigências da EPA limitem ainda mais a quantidade de emissões de NOx e PM. Se o CARB propor novas alterações em seus padrões de emissões fora de estrada, o cronograma inicial de implementação dessas exigências poderá começar já em 2029.

Schaeffer fala sobre o futuro dos motores de combustão interna avançados Novas políticas nos EUA podem preparar o cenário para mais foco em motores de combustão interna (IC).

Perspectivas para ICE e HEV

A Yanmar está causando impacto com o anúncio, no início de 2025, de um conceito híbrido-elétrico para um barco de recreio. Os engenheiros do projeto utilizaram um motor já existente, desenvolvido pela Yanmar, e criaram um sistema híbrido, adicionando uma bateria de íons de lítio, um motor elétrico e um inversor. Uma das conclusões é que o sistema de energia do barco pode funcionar, se desejado, apenas com propulsão elétrica, sem emissões de gases de escape.

“O sistema híbrido YF12e da Yanmar sinaliza uma mudança transformadora na propulsão marítima, combinando mobilidade elétrica limpa com a confiabilidade do diesel tradicional para redefinir o conforto e a sustentabilidade na água”, disse Crook, que não estava diretamente envolvido no projeto híbrido. Ele acrescentou: “Como parte do compromisso mais amplo da Yanmar com a descarbonização em todos os domínios de produtos, esta inovação estabelece as bases para um futuro em que as tecnologias híbridas e elétricas sejam padrão nos setores náutico recreativo e comercial.”

O motor a combustão interna Cummins de 6,7 L a hidrogênio será a fonte de energia para uma frota de tratores-reboques da Tata Motors que percorre rotas regionais. Na foto, o Tata Prima H.55S. (Foto: Reuters/Rahul Singh)

O hidrogênio ganhou grande destaque com o Projeto Brunel. Financiado pelo governo do Reino Unido, o projeto plurianual foi concluído em março de 2025, com a Cummins e colaboradores de tecnologia desenvolvendo um motor a combustão interna (ICE) de hidrogênio de 6,7 L. "Esse motor é a base de um projeto que começará ainda neste verão na Índia", disse Nebergall, da Cummins.

O motor a combustão interna (ICE) de hidrogênio de 6,7 L será a fonte de energia para uma frota de tratores-reboques da Tata Motors que trafegam por rotas regionais. "Este motor de 6,7 L atende às expectativas de desempenho e velocidade para conduzir tratores-reboques pesados em rodovias interestaduais na Índia", disse Nebergall.

O governo indiano está apoiando o projeto com verbas de subsídios. "O hidrogênio é um combustível com zero carbono, então não há carbono saindo do escapamento do caminhão", disse Nebergall, acrescentando que "a Índia está muito interessada em combustível de hidrogênio para independência energética e redução de carbono".

As informações coletadas do projeto na Índia terão um efeito cascata em todo o mundo. "Estamos nos estágios iniciais, mas esperamos expandir nossos aprendizados para diferentes mercados à medida que esses mercados amadurecem com a infraestrutura de hidrogênio", disse Nebergall.

Especialistas do setor de veículos de passeio consideram o híbrido uma tecnologia de transição para o totalmente elétrico. "Essa transição, na minha perspectiva, está ficando mais longa. Então, mesmo sendo considerada uma tecnologia de transição, ela continuará existindo por muito tempo", disse Boutell, da Toyota.

Seja tecnologia híbrida aplicada a carros muito pequenos ou muito acessíveis, ou tecnologia híbrida combinada com um motor turboalimentado, um motor de combustível flexível ou um motor movido a hidrogênio, "algum tipo de tecnologia híbrida existirá por décadas", previu Boutell.