¿Explicar el KERS en la F1?
Primero, ¿qué es el KERS?
KERS es la abreviatura de Kinetic Energy Recovery System. Su principio básico es almacenar la energía de frenado de la carrocería del automóvil a través de medios técnicos y liberarla como energía auxiliar durante la aceleración del automóvil. Se puede lograr un uso específico imitando las teclas del acelerador de A1.
En segundo lugar, ¿por qué la FIA quiere introducir el KERS?
Mucha gente cree que la introducción del KERS en la F1 es una medida temporal adoptada por la FIA para aumentar las oportunidades de adelantamiento, aumentar la emoción de la competición, frenar la investigación y el desarrollo de motores y controlar los crecientes costes. ¡Esto está completamente mal!
Ahora, 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 un tema de moda, sino un problema que tenemos ante nosotros y que debe resolverse de inmediato. El año pasado, Alemania introdujo un objetivo de no más de 1,20 g de emisiones de dióxido de carbono por kilómetro. Si este objetivo se convierte en un reglamento, significará que los motores de gran cilindrada no tendrán futuro. Al mismo tiempo, algunas ciudades incluso planean permitir automóviles 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 al desarrollar productos. A través de estos dos casos, podemos ver cuán urgentemente es la tecnología eficiente y respetuosa con el medio ambiente para el desarrollo de la industria del automóvil. Aunque los principales fabricantes no han llegado a ningún acuerdo por el momento, básicamente se han formado una idea de desarrollo predeterminada: comenzar con la energía híbrida y luego pasar a la energía del hidrógeno o la electricidad pura. Sólo así la industria del automóvil podrá tener futuro.
En estos momentos, la F1, famosa por su alta tecnología y situada en la cima de la torre dorada de los deportes de motor, corre peligro de ser eliminada si ignora esta tendencia social. El presidente de la FIA, Marcos Mosley, dijo en 2006: "Las tendencias en el mundo están cambiando y lo más obvio que veremos es el calentamiento global. En todas partes del mundo hay movimientos de opinión pública muy destacados. Si no reformamos ahora, perderemos esta tendencia y la F1 retrocederá y eventualmente morirá”.
Algunas personas pueden pensar que las palabras de Mosley son alarmistas, pero la situación actual de la F1 es: 2,4 litros de consumo de combustible por motor V8. 100 kilómetros equivalen a 49 kg y la velocidad límite de 19.000 rpm no tiene ningún significado de referencia para los motores civiles. El coste de construcción de 1 túnel de viento supera los 50 millones de euros.
Obviamente, la dirección del desarrollo tecnológico de la F1 está completamente fuera de contacto con la sociedad y va en contra de la dirección del desarrollo social donde los problemas energéticos y ambientales se están intensificando. La F1 solía ser conocida como el campo de pruebas de la industria automovilística y el lugar de nacimiento de la tecnología civil avanzada. Ahora, con los cambios en las tendencias de desarrollo tecnológico, ¡sus funciones se han vuelto cada vez más débiles! En tales circunstancias, la reforma es imperativa y no puede retrasarse. ¡Porque nadie con sentido de responsabilidad social adorará este tipo de movimiento que utiliza tecnología "anticuada", desperdicia mucho energía y daña el medio ambiente!
KERS es el primer paso para que la F1 cumpla con esta tendencia social y mantenga su carácter avanzado.
En tercer lugar, las reglas y restricciones de la FIA sobre el KERS
Para fomentar y promover el desarrollo de la tecnología KERS, la FIA ha dado a los equipos todo el espacio para desarrollarse. 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 otros enlaces estaban abiertos. Mosley cree que el desarrollo del KERS es casi ilimitado. Las siguientes son las únicas cláusulas vinculantes 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. (Regla 5.2.3)
2 Durante la parada en boxes, el coche no puede agregar almacenamiento de energía al sistema KERS. (Regla 5.2.4)
El motor de carrera, la caja de cambios, el embrague, el diferencial, el KERS y todos los mecanismos de activación relacionados deben ser ECU proporcionadas por el proveedor de ECU designado por la FIA (es decir, ECU estándar proporcionada por McLaren) para control. (Regla original 8.2.1)
¡La versión actual de la Regla 09 solo limita el KERS!
Cuarto: Dos principios técnicos del sistema KERS y sus ventajas y desventajas (el tema central de este artículo).
Según las reglas flexibles de la FIA, se están desarrollando dos tipos de sistemas KERS: el sistema de recuperación de energía cinética del volante y el sistema de recuperación de energía cinética del motor de batería.
A continuación, se presentará 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 ha aparecido.
1. Experiencia en I+D
¡Esta es la solución técnica que adoptará Renault y Williams está interesado en comprarla! A principios de 2007, con el apoyo de Renault Automobile Company, dos ingenieros del equipo Renault F1 Team, Jon Hilton y Doug Cross, abandonaron su sede en Enstone y fundaron una empresa llamada "Flybrid Systems LLP" en Silverstone. Aquí, Flybridge es una combinación de dos palabras en inglés, flywheel e hybrid. Lo traducimos como "Flywheel Hybrid Systems Inc." Nota: En lo sucesivo, FB Company. A mediados de 2007, la empresa desarrolló un eficiente sistema de recuperación de energía cinética del volante (ver arriba).
El principio del sistema de recuperación de energía cinética del volante es realmente muy sencillo. Los amigos que han jugado 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 La energía potencial acumulada puede hacer que el coche conduzca rápidamente. La solución de recuperación de energía cinética de FB se basa en este principio básico. Nota: Es el principio básico, es decir, el proceso de conversión de energía cinética -> energía potencial -> energía cinética. Sin embargo, su proceso de trabajo específico es definitivamente mucho más complicado. Debes saber que se trata de un coche 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 del sistema proporcionado por FB Company (la parte inferior derecha es la representación tridimensional CAD). Siempre consta de un juego de volantes de alta velocidad, dos juegos de engranajes de relación fija, una CVT (transmisión continuamente variable) y un juego de embragues (Embrague 2). La transmisión continuamente variable es proporcionada por el socio tecnológico Torotrak y otra empresa. Xtrac Responsable de la fabricación de sistemas de transmisión. El proceso de funcionamiento de este sistema es el siguiente:
Cuando el coche frena, la energía cinética de la carrocería se transferirá al volante a través de la transmisión continuamente variable. En este momento, el volante de la caja de vacío se acciona y gira a alta velocidad para acumular energía. Cuando el coche sale de una curva, la energía almacenada en el volante se libera en reversa a través de la transmisión continuamente variable. Todo el sistema tiene una estructura simple y compacta y está controlado por un programa de soporte escrito por SECU (ECU estándar). La apariencia se puede ajustar según las necesidades del usuario. ¡Eso significa que puedes tener diferentes formas para elegir!
c. Dificultades técnicas
Como todos sabemos, cada kilogramo de masa es útil para un coche 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 de carrera, cuando se utiliza la solución de recuperación de energía cinética del volante, el volante Debe hacerse lo más grande posible. Pequeño, pero ¿cómo puede cumplir con los indicadores de almacenamiento de energía?
La solución de FB es aumentar la velocidad. En la actualidad, la velocidad del volante de su prototipo ha alcanzado las 64.500 rpm, una cifra casi descabellada. Pero en este momento, aparecieron nuevamente 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 instalar el volante en una caja de vacío. Según la empresa, la presión del aire interna puede alcanzar 1x10-7 Pa. ¿Qué clase de concepto es este? Jon Hilton dijo que esto equivale a que una molécula de gas viaje 45 kilómetros para encontrarse con otra. Pero aún así hazlo. De hecho, colocar el volante en una caja de vacío puede resolver los problemas de generación de calor y pérdida por viento, pero ¿cómo evitar que se destruya la estanqueidad del rodamiento durante la entrada y salida de energía (al volante)? ¡Ha surgido un nuevo problema! En la tecnología existente, la conversión eléctrica es un método alternativo, pero la pérdida de energía es demasiado grave. Como resultado, dos ingenieros encontraron una solución. Inventaron una innovadora tecnología de sellado de ejes que ahora ha sido patentada.
Ahora, el primer producto comercial está en desarrollo y Xtrac ha obtenido la licencia de patente de Torotrak. Utilizará el esquema de transmisión toroidal de este último para desarrollar un dispositivo de transmisión continuamente variable, compacto y eficiente para hacer realidad la idea de recuperación de energía cinética en los autos de carreras de F1. Y podemos prever fácilmente que aparecerá en los vehículos de carretera normales.