KERS-¿Qué es el sistema de recuperación y utilización de energía cinética?
El principio básico es: almacenar la energía de frenado de la carrocería del coche a través de medios técnicos y liberarla como energía auxiliar durante la aceleración del coche
¿Por qué la FIA introdujo ¿KERS?
Mucha gente piensa que la introducción del KERS en la F1 es una medida temporal adoptada por la FIA para aumentar las oportunidades de adelantamiento, aumentar el entusiasmo por la competencia, suprimir la investigación y el desarrollo de motores y controlar el aumento de los costos. ¡equivocado!
Hoy en día, la industria del automóvil en todo el mundo se enfrenta a la contradicción entre el desarrollo industrial y la protección del medio ambiente. Las cuestiones energéticas y las emisiones de dióxido de carbono ya no son temas de moda, sino problemas que tenemos ante nosotros y que deben resolverse de inmediato. El año pasado, Alemania introdujo un indicador según el cual las emisiones de dióxido de carbono no deben superar los 120 gramos por kilómetro. Si este indicador se convierte en reglamento, significará que los motores de gran cilindrada ya no tendrán futuro. Al mismo tiempo, algunas ciudades ahora incluso planean permitir el uso de vehículos híbridos solo en el centro de las ciudades, lo que significa que los fabricantes deben asegurarse de que sus modelos puedan equiparse con sistemas híbridos cuando desarrollen productos. A través de estos dos ejemplos, podemos ver cuán urgente es la tecnología respetuosa con el medio ambiente y de alta eficiencia para el desarrollo de la industria del automóvil. En la actualidad, aunque los principales fabricantes nunca han llegado a ningún consenso, básicamente han formado una idea de desarrollo predeterminada: comenzar con energía híbrida y luego hacer la transición a energía de hidrógeno o energía eléctrica pura. Sólo así la industria del automóvil podrá tener futuro.
En este momento, la F1, famosa por su alta tecnología y en la cima de la aguja dorada de los deportes de motor, estará en peligro de ser eliminada si ignora esta tendencia social. El presidente de la FIA, Max Mosley, dijo en 2006: "Las tendencias en el mundo están cambiando y lo más obvio que veremos es la cuestión del calentamiento global. En todas partes del mundo hay movimientos de opinión pública muy destacados. Si no Si no reformamos ahora, perderemos esta tendencia y la F1 se quedará atrás y eventualmente morirá."
Algunas personas pueden pensar que las palabras de Mosley son alarmistas, pero la situación actual de la F1 es la siguiente: El combustible El consumo por cada 100 kilómetros del motor V8 de 2,4 litros alcanza los 49 kg. La velocidad límite de 19.000 rpm no tiene importancia de referencia para los motores civiles. El coste de construcción de un túnel de viento 1:1 supera los 50 millones de euros. costo de operación las 24 horas durante todo el año El valor práctico de un kit aerodinámico integral es cero….
Obviamente, la dirección actual del desarrollo tecnológico de la F1 está completamente fuera de contacto con la sociedad y, a medida que los problemas energéticos y ambientales se intensifican, va en contra de la dirección del desarrollo social. En el pasado, la F1 era conocida como el campo experimental de la industria automotriz y el lugar de nacimiento de la tecnología civil avanzada, pero ahora, con los cambios en las tendencias de desarrollo tecnológico, ¡esta función se ha vuelto cada vez más débil! En tales circunstancias, la reforma es imperativa y no puede retrasarse. ¡Porque ninguna persona socialmente responsable adoraría un movimiento que utiliza tecnología “anticuada”, desperdicia significativamente energía y daña el medio ambiente!
El KERS es el primer paso que da la F1 para cumplir con esta tendencia social y mantener su carácter avanzado. (Para la planificación a largo plazo del sistema de potencia de la F1, haga clic para ver nuestros informes anteriores)
3. Restricciones de las normas de la FIA sobre el KERS
Para fomentar y promover el desarrollo La tecnología KERS ha sido proporcionada por la FIA. Esto le da al equipo un amplio espacio para desempeñarse. En la versión 2009 de las reglas técnicas de F1 publicadas el 11 de julio de este año, la FIA solo estipuló algunos indicadores técnicos del KERS y todos los demás aspectos estaban abiertos. Según Mosley, el desarrollo del KERS casi no tiene límites. Las siguientes son las únicas restricciones en las nuevas reglas:
1. La potencia máxima de salida y entrada del sistema KERS no excederá los 60 KW, y la liberación total de energía por círculo no excederá los 400 KJ. (Reglas originales 5.2.3)
2 Durante la parada en boxes para repostar combustible, el automóvil no puede agregar almacenamiento de energía al sistema KERS. (Reglas originales 5.2.4)
3 El motor de carrera, la caja de cambios, el embrague, el diferencial y el KERS, así como todos los mecanismos de activación relacionados, deben ser controlados por la ECU proporcionada por el proveedor de ECU designado por la FIA. (es decir, ECU estándar Mai proporcionada por Kailun). (Texto original de las reglas 8.2.1)
¡La versión actual de las reglas de 2009 solo limita el KERS!
Cuatro: sistemas KERS con dos principios técnicos y sus ventajas y desventajas (el tema central de este artículo)
Bajo el marco de reglas flexibles de la FIA, actualmente hay dos sistemas KERS bajo desarrollo con principios técnicos entre ellos: sistema de recuperación de energía cinética del volante y sistema de recuperación de energía cinética del motor de batería. A continuación, lo presentaremos en detalle desde cinco aspectos: antecedentes de investigación y desarrollo, principios técnicos, indicadores de parámetros, dificultades técnicas y ventajas y desventajas de la solución. Primero, hablemos del “sistema de recuperación de energía cinética del volante” que se ha lanzado.
A, experiencia en I+D
¡Esta es la solución técnica que adoptará Renault y Williams planea comprarla! A principios de 2007, con el apoyo de Renault Automobile Company, dos ingenieros del equipo Renault F1, Jon Hilton y Doug Cross, abandonaron su sede en Enstone para formar una empresa llamada "Flybrid Systems LLP" en Silverstone.
Aquí, Flybrid es una combinación de dos palabras en inglés flywheel e hybrid. Lo traducimos como "Flywheel Hybrid System Company". Nota: En adelante, nos referiremos a ella como FB Company. La empresa desarrolló un sistema de recuperación de energía cinética del volante altamente eficiente a mediados de 2007 (ver imagen arriba).
El principio del sistema de recuperación de energía cinética del volante es realmente muy sencillo. Los amigos que jugaban con carritos de juguete cuando eran niños saben que cuando hacemos girar las ruedas hacia atrás para permitir que la estructura de almacenamiento de energía (generalmente una estructura de resorte o banda elástica) acumule energía potencial, y luego colocamos el auto en el suelo, el potencial acumulado La energía puede hacer que el auto se mueva rápidamente. Ponte en movimiento. El plan de recuperación de energía cinética de FB Company adopta este principio básico. Nota: Es el principio básico, es decir, el proceso de conversión de energía cinética -> energía potencial -> energía cinética. Pero su proceso de trabajo concreto debe ser mucho más complicado. Debes saber que se trata de un monoplaza de F1 con una velocidad de más de 300 kilómetros por hora. Echemos un vistazo a su estructura real:
Como se muestra en la imagen de arriba: este es el diagrama esquemático del sistema proporcionado por FB Company (la parte inferior derecha es la representación tridimensional CAD). Se compone de: un juego de volantes de alta velocidad, dos juegos de engranajes de relación de transmisión fija, una CVT (transmisión continuamente variable) y un embrague (embrague 2). La transmisión continuamente variable la proporciona el socio técnico Torotrak. éste, y otra empresa, Xtrac, se encarga de fabricar el sistema de transmisión. El proceso de funcionamiento del sistema es el siguiente:
Cuando el automóvil frena, la energía cinética de la carrocería se transmitirá al volante a través de la transmisión continuamente variable. En este momento, el volante está en el. La caja de vacío se acciona y gira a alta velocidad para acumular energía. Cuando el automóvil sale de una curva, la energía acumulada en el volante se libera en la dirección inversa a través de la transmisión continuamente variable. Nota: Aquí la inversión se refiere al flujo de energía, no a la dirección de rotación del volante, y se transmite entre ambos. El extremo de salida de la caja de cambios principal y la potencia del motor después de fusionarse, se transmite al eje trasero como fuerza motriz. Todo el sistema tiene una estructura simple y compacta y está controlado por un programa de soporte escrito en SECU (ECU estándar). En términos de apariencia, se pueden realizar ajustes específicos según las necesidades del usuario. ¡Esto significa que puedes tener diferentes opciones de formas!
C. Dificultades técnicas
Como todos sabemos, cada kilogramo de masa es útil para los coches de carreras de F1. Para lograr la relación de densidad de energía más alta posible (nota: este indicador del sistema de recuperación de energía cinética del volante ya es muy alto) y minimizar el impacto del sistema en el contrapeso del auto de carreras, la solución de recuperación de energía cinética del volante requiere la Cuerpo principal del volante de almacenamiento de energía. Lo más pequeño posible, pero ¿cómo cumple esto con las especificaciones de almacenamiento de energía?
La solución adoptada por FB Company es aumentar la velocidad de rotación. En la actualidad, la velocidad de su volante de prueba ha alcanzado las 64.500 rpm, una cifra casi descabellada. Pero en este momento surgen nuevos problemas, porque la alta velocidad significa que el sistema generará un calor enorme y enfrentará enormes pérdidas de resistencia al viento.
Hilton y Cross finalmente decidieron empaquetar el volante dentro de una caja de vacío que, según la compañía, tiene una presión de aire interna de hasta 1x10-7 Pa. ¿Qué clase de concepto es este? Jon Hilton dijo que esto equivale a que una molécula de gas tenga que viajar 45 kilómetros para encontrarse con otra. Pero si lo piensas bien, tienes que hacerlo. Colocar el volante en una caja de vacío puede resolver los problemas de generación de calor y pérdida de resistencia al viento, pero cómo evitar que la estanqueidad del rodamiento se destruya durante el proceso. ¿Entrada y salida de potencia (al volante)? ¡Nace de nuevo un nuevo problema! Con la tecnología actual, la conversión eléctrica es una opción, pero la pérdida de energía es demasiado grave. Como resultado, los dos ingenieros encontraron una solución: inventaron una innovadora tecnología de sellado de ejes y ahora solicitaron una patente.