- Tehnika i motori
- Parent Category: AMS
- Objava
Formula 1 KERS
[VIDEO] Specijalistička firma za inžinjering u motosportu stoji iza KER sistema (skraćenica sa engleskog Kinetic Energy Recovery system - sistem za obnovu kinetičke energije) koji je jedan od mnogih u Formuli 1, no pošto je bolid sa Mercedes-Benzovim motorom, opremeljen ovim sistemom, zabilježio je pobjedu nedavno na stazi Hungaroring (juli ove godine) koncetrisat ćemo se na Zytecov sistem.
Zytecov KERS omogućava skladištenje dijela od kinetičke energije bolida, koja se transformiše za vrijeme kočenja bolida. Oslobađanje dijela kinetičke energije, koja se uskladištila na niže opisan način, se obavlja pritiskom na dugme volana bolida, kada vozač odluči da je to potrebno ili na dijelu staze u skladu sa taktikom tima.
Šta je kinetička energija?
Svako tijelo koje se kreće posjeduje energiju kretanja koja je proporcionalna kvadratu brzine kretanja tijela i njegove mase. Ukoliko tijelo koje se kreće (u ovom slučaju bolid) treba smanjiti brzinu, znači da je potrebno smanjiti energiju kretanja (kinetička energija), tačnije dio energije kretanja treba transformisati u neki drugi vid energije, jer je energija neuništiva (fizika, osnovna škola energija se može samo transformisati iz jednog oblika u drugi,ali ne i uništiti). Znači da se sa viškom energije kretanja nešto treba uraditi, transformisati je u nešto drugo. Najjednostavniji način, i način koji se koristi na svakom vozilu danas su kočnice na principu trenja, gdje se energija kretanja, tačnije dio energije kretanja bolida pretvara u toplotnu energiju koja se hlađenjem diskova i kočionih obloga predaje u okolini (zraku). Radi ovih stvari je potrebno da se kočnice što bolje hlade,jer na taj način mogu brže usporiti ili zaustaviti vozilo samim tim što su sposobne generisati veću količinu toplotne enegije koju hlađenjem predaju okolini.
Kod običnog automobila, usporavanjem niz veće nizbrdice onstantnim držanjem noge na kočnici znači da će nakon izvjesnog vremena sposobnost kočenja početi da se gubi, jer su kočnice previše zagrijane da bi se mogle dodatno zagrijati kako bi nastavile prezimati energiju kretanja vozila. Ukoliko pogledate prednje točkove kod bolida Formule 1 primijetićete da se posebna pažnja posvećenja aerodinamici i što se tiče usisavanja zraka sa unutrašnje strane točka ali i izlaznih puteva sa bočne strane na felgi, sve u cilju održavanja kočnica što hladnijim i sposobijim za bolje usporavanje bolida.
No to je neka druga tema. Vratimo se KERS-u. Sada, zamislite kada bi se sva ta energija, ili bar dio nje mogao privremeno uskladištiti i ponovo upotrijebiti. Korist bi bila dvostruka, a to upravo radi KER sistem.
Koja je dvostruka korist? Kočince bi morale uzeti manje energije, bile bi hladnije i bolje obavljale svoju funkciju uz jedan takav sistem, a uskladištena energija bi se koristila kako bi se bolid dodatno ubrzao na mjestima gdje je to potrebno i dodatno povećala prosječna brzina prelaska staze. Na stazi Hungaroring, ovo je donijelo bolidu sa MB KERS motorom (oznaka MP4-24) 0,3 do 0,5 sekundi po krugu. Pomnoženo sa brojem krugova (70 na Hungaroringu) dobije se ušteda od 21 sekunde do čak 35 sekundi. Treba li pisati i dočarati šta je pola minute na trci Formule 1?
Nećemo koristiti mjere izražene u J (red veličine je u kJ), nego u jedinicama koje su svima razumljive. Sistem obezbjeđuje bolidu, prema navodima zvaničnika dodatnih 80KS koje mogu pomagati motoru šest do sedam sekundi po jednom krugu. Šta znači dodatnih 60kW (80KS) prilikom preticanja na stazi možemo samo zamišljati.
Nismo slučajno prvo spomenuli performanse i koristi jednog ovakvog sistema, jer je princip fnkcionisanja u potpunosti isti kao sistem primijenjen na drugim tipovima vozila. Naravno nije sve ni dostupno javnosti, no dosta toga i jeste. To što jeste plus inžinjerska logika i pretpostavke znači da se sa 95 postotonom sigurnošću može pretpostaviti rad i dijela sistema nedostupnog u potpunosti javnosti.
Tri su najvažnije komponente jednog ovakvog sistema: elektromotor, upravljačka elektronika sa određenim algoritmom/softwerom i baterija. Specifičnosti postoje i moraju se uvažiti, na kraju krajeva uspjeti zadovoljiti sve specifičnosti koje se postavljaju pred jedan ovakav sistem kada je u pitanju bolid Formule 1, znači i njegov uspjeh ili potpuni neuspjeh. Koje su specifičnosti? Bolid Formule 1 zahtjeva izuzetno brzo kočenje, znači radi se o malim vremenima usporavanja vozila, što znači i malo vrijeme za koje se baterija (baterije, kondenzatori) može nadopunjavati, ali se zato radi o enromnim količinama energije. Ne radi se ovdje o dizanju noge sa gasa i spuštanju niz Bradinu, nego se kočenje mjeri u dijelovima sekunde i sekundama.
To treba iskoristiti, ali kako?
Jedino logično rješenje se nameće u velikom prenosnom odnosu između okretanja točkova i generatora električne energije. Ogroman otpor točkovima se može stvoriti samo ako se za jedan okretaj točka generator okrene desetke (i desetke) puta. Jedino na taj način se može generisati ogroman otpor točku dovoljan da bi se radnja nazvala pomoć kod kočenja, a zauzvrat se generiše ogroman broj okretaja rotora generatora, dakle generisanje iskoristive količine električne energije. Pomaganje kod kočenja znači da se kočnice manje griju, sposobnije su za brzo usporavanje i time se dodatno štedi koja desetinka vremena po kočenju (ili više kočenja). Stavljati generator posebno i elektromotor posebno bi bila glupost, ne štedi se ni težina ni prostor na taj način, stoga je sasvim sigurno oboje objedinjeno u jedno: elektromotor/generator. Veza sa transmisijom može biti i direktno na motoru, ili izvedena na mjenjaču. Na ovaj način se ostavila mogućnost startovanja motora i iz unutrašnjosti bolida, što je još jedna potencijalna dodatna pogodnost.
Kako prenijeti veliku snagu nazad? Opet jedini način je veliki prenosni odnos, to jest ostavljanje mogućnosti velikog broja okretaja elektromotra (koji je, kako smo rekli, ujedno i generator) koji na takav način prenosi veću snagu, jer je snaga proizvod obrtnog momenta i broja obrataja. Veliki broj obrtaja znači i veću snagu za motor konstantnog obrtnog momenta. Prethodno opisani položaj elektromotra/generatora je idealan i za ovu namjenu. Dakle pozicioniranje generatora/elektromotora na način da je veliki prenosni odnos između točka i generatora/elektromotora je savršen i za proizvodnju električne energije (zbog prenosnog odnosa) i oslobađanje uskladištene električne energije.
Baterija bi trebala biti smještena nisko radi nižeg centra gravitacije (težišta), a jedina sposobnost koju treba da ima je brzo skladištenje što veće količine električne energije i njeno oslobađanje po potrebi. Vjerovatno se unaprijed zna kada će se uskladištena energija oslobađati, mislimo na kojem dijelu staze, pa se cijeli krug između električna energija u stvari "sakuplja" u bateriji (baterijama, kondenzatorima). Zbog brzine kojom se skladišti energija, ali i vremena između dva korištenja, nije nemoguće da bi možda i kakav kondenzatorski sklop, mogao da zadovolji ovu ulogu, čak umjesto ali i paralelno sa (li-ionskom) baterijom. zato ipak nećemo u potpunosti isključiti mogućnost da se radi u stvari o kondenzatorima koji sakupljaju energiju i oslobađaju je strahovitom brzinom na zahtjev vozača umjesto baterije. Takvi kondenzatori su poznati kao superkondenzatori ili ultrakondenzatori (više o njima - klikni ovdje).
Ovo je svijet Formule 1, i ovakve stvari ne predstavljaju tehnologiju tipa "pravljenja tetrapaka" pa je mnogo više nepoznanica nego onoga što se zna.
Čini se da su u Zytecu odradili dobar posao, jer inače MB to ne bi koristio na svojem motoru, niti postizao rezultate koje postiže.
Opisali smo KERS Zyteca, no i drugi imaju ove sisteme, svaki sa svojim specifičnostima, no princip funkcionisanja je identičan, a to i jest bio cilj ovog teksta, upoznati vas sa principom. Ovo će se sve češće sretati i kod konvencionalnih vozila, paralelno sa SUS motorom.

Inače Zytec je u svijetu F1 još od 1984. godine kada je elektronski sistem kontrole motora pomagao legendarnom Ayrtonu Senni na njegovom bolidu. Danas je Zytec i vodeća inžinjerska kuća u poznavanju tehnologija hibridnih pogona automobila. Ah, da ne zaboravimo, ove godine na Le mans trci, na pobjednički podijum se popeo i jedan sportista sa hibridnim pogonom, i opet Zytec u imenu vozila: Ginetta-Zytec GZ09HS, i to po prvi put u nekoj trci gdje se trkaju i vozila pogonjena i fosilnim gorivima.
Nedžad Grebović, dipl.ing.maš.
Da se vratimo deceniju nazad i podsjetimo da je McLaren još 1998. godine imao KER sistem gdje se energija kočenja čuvala u vidu pritiska u posebnoj komori, koja bi kasnije po potrebi bila pretvarana u mehanički rad - dodatnu snagu kod kretanja bolida.
I na kraju kao zaključak se nameće da se bolidi koji imaju ovakve sistemu u stvari bolidi sa hibridnim pogonom!
Nedžad Grebović, dipl.ing.maš
Tekst niti dio teksta ne smije se kopirati bez dopuštenja magazina.
Isključiva prava na članak ima AutoMotoSvijet