آموزش

بازیابی انرژی جنبشی (KERS) به روش William F1

ایدهٔ بازیابی انرژی جنبشی خودروها به هنگام ترمز کردن و کاهش سرعت به بسیار قبل بازمی‌گردد. تلاش‌ها بر روی این مسئله منجر به طراحی سیستمی به نام kers یا kinetic energy recovery system شد که امروزه با توجه به گسترش خودروهای هیبریدی و افزایش توجه خودروسازان و طرفداران خودرو به بازدهی و مصرف سوخت خودروها، رواج زیادی یافته است. به‌طوری‌که در هر سه خودرو معروف هیبریدی مک لارن p1, پورشه ۹۱۸, لافراری و اکثر خودروهای فرمول ۱ می‌توان آن را یافت.

Williams F1
Williams F1
ایدهٔ طراحی این سیستم بسیار ساده است. یک موتور/ژنراتور الکتریکی متصل به سیستم انتقال قدرت در کنار جعبه‌دنده تعبیه شده است. این سیستم در حالت عادی تأثیری بر عملکرد خودرو ندارد تا هنگامی‌که راننده ترمز می‌کند. در هنگام ترمز کردن، سیستم به‌صورت ژنراتوری شروع به کار می‌کند و با کاهش دادن سرعت خودرو، انرژی جنبش خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند که این انرژی در باتری مخصوص سیستم kers ذخیره می‌شود. در هنگام نیاز، راننده با فشار دادن دکمه مخصوص و یا در بعضی خودروها به‌صورت اتوماتیک، سیستم در حالت موتوری قرار می‌گیرد و با استفاده از انرژی‌ای که قبلاً در باتری‌ها ذخیره کرده بود قدرت بیشتری را برای خودرو فراهم می‌کند و انرژی ذخیره شده در باتری را دوباره به انرژی جنبشی خودرو تبدیل می‌کند.

KERS
ورود تکنولوژی KERS به دنیای هایپرکارهای خیابانی
این سیستم در چندین سال اخیر مورد توجه تیم‌های فرمول ۱ قرار گرفت. برای آن‌ها بزرگ‌ترین مشکل عدم توانایی باتری‌های معمول در دریافت انرژی تولید شده هنگام ترمز و بازپس دهی آن به هنگام شتاب گیری در مدت‌زمان کوتاه (ظرفیت توان پایین) بوده است. به‌طور مثال این خودروها در مدت‌زمان کمتر از ۳ ثانیه از سرعت ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت به صفر می‌رسند که باتری‌ها توانایی دریافت این مقدار انرژی را در این مدت‌زمان کم ندارند و از طرفی هنگام شتاب گیری این سیستم کل انرژی خود را باید در مدت‌زمان حداکثر ۶ ثانیه به موتور الکتریکی متصل به جعبه‌دنده تحویل دهد تا خودرو بتواند بیشترین قدرت ممکن را اضافه بر موتور اصلی خود دریافت کند-که این امر مهم‌ترین امتیاز این سیستم برای خودروهای فرمول ۱ است- و این نیز برای باتری‌های معمول ناممکن است.

Williams F1
Williams F1
تیم تحقیقات هیبریدی ویلیامز F1 به دنبال پیدا کردن جایگزینی برای باتری‌ها به سراغ ایدهٔ قدیمی ذخیرهٔ انرژی به‌صورت مکانیکی یعنی فلایویل رفتند و با اعمال تغییراتی که موجب عملکرد بهتر آن شد، استفاده از آن را عملی ساختند.

Williams F1 KERS Technology
Williams F1 KERS Technology
این سیستم مانند سایر سیستم‌های kers از یک موتور/ژنراتور متصل به سیستم انتقال قدرت و یک واحد کنترل الکترونیکی برای مدیریت و زمان‌بندی انتقال انرژی به سیستم تشکیل شده است. تفاوت این سیستم در این است که به‌جای ذخیرهٔ انرژی در یک باتری یا ابرخازن از یک فلایویل چرخان استفاده می‌کند. ایدهٔ عملکرد این سیستم بسیار ساده است، اما ساخت آن به گونه کارآمد خیلی آسان نیست. این سیستم علاوه بر موتور متصل به جعبه‌دنده دارای یک موتور ژنراتور دیگر متصل به فلایویل برای تحویل و بازپس‌گیری انرژی است. برای رسیدن به بهترین بازدهی و عملکردی این فلایویل باید در حد ممکن سبک باشد و در عین حال ظرفیت انرژی آن کاسته نشود که نتیجهٔ آن رساندن سرعت دوران به مقداری بین ۵۰ تا ۱۰۰ هزار دور در دقیقه است. در چنین سرعتی اصطکاک هوا گرمای نامطلوبی را در پی دارد که باعث اتلاف انرژی می‌شود. برای مقابله با این مشکل فلایویل را در محفظه خلأ قرار می‌دهند، اینجاست که سؤال بعدی مطرح می‌شود. چه طور بدون از بین رفتن خلأ محفظه با آن تبادل انرژی داشت. در جواب این مشکل طراحان سازنده تصمیم می‌گیرند تا موتور الکتریکی متصل به آن را نیز در درون محفظه خلأ قرار دهند و در نهایت محفظهٔ خلأ، موتور و فلایویل مانند یک سیستم یکپارچه شوند.

KERS
KERS
KERS
KERS
یک استاتور در لایه خارجی سیستم سوار شده است و توسط روغن خنک می‌شود تا گرماهای تولید شده به علت تلفات جریان گردابی را از بین ببرد. فلایویل نیز از مواد کامپوزیتی مغناطیسی تشکیل شده است. برای تحمل فشارهای وارده به آن در سرعت‌های بالا باید در ساخت آن از فیبرها استفاده شود و با توجه به اینکه برای حرکت دادن موتور، باید دارای خاصیت مغناطیسی باشد در فرآیند ساخت آن به فیبرها ذرات فلزی تزریق شده است که به آن اجازه می‌دهد به یک آهن‌ربای دائمی تبدیل شود. یک‌تکه بودن فلایویل در این سیستم در مقابل فلایویل های دارای تکه‌های جداگانه مزایای زیادی به آن داده است از جمله قابلیت تحمل سرعت‌های دورانی بالاتر و کاهش تلفات eddy هنگام انتقال انرژی. بدنه خارجی آن را، برای هر چه سبک‌تر شدن از آلومینیوم ساخته‌اند و از فایبرگلاس برای تقویت آن استفاده کرده‌اند.

Williams F1
Williams F1
Foley -مهندس و طراح این سیستم برای ویلیامز- سیستم خود را یک جانشین آشکار برای باتری‌ها و ابرخازنها می‌داند که می‌تواند به سادگی باتری‌های kers های معمول نصب شود و مانند آن‌ها در هر قسمتی از خودرو که فضای کافی وجود دارد قرار بگیرد. به نظر او بیشتری کارایی این دستگاه در خودروهای مسابقه است. او می‌گوید باتری‌ها داری ظرفیت انرژی و قدرت خوبی هستند اگر بخواهید در کل روز از خودرو خود استفاده کنید اما در مسابقات که شما نیازمند انتقال انرژی در کمترین زمان ممکن هستید، ظرفیت آن‌ها بسیار ناچیز است. همچنین باتری‌ها عمر مفید کوتاهی دارند و استفادهٔ مداوم از آن‌ها باعث افت بازدهی آن‌ها می‌شود. ابرخازنها ظرفیت قدرت (انتقال انرژی) خوبی دارند اما ظرفیت ذخیرهٔ انرژی آن‌ها ناچیز است. به‌طور مثال معادل ظرفیت ذخیرهٔ انرژی فلایویل که ۴۰ کیلوگرم وزن دارد، سیستمی معادل ۱۵۰ کیلوگرم از خازن‌ها را نیازمند است.


نویسنده: سید محمدحسین سادات رسول

جواد عقیلی

مهندسی پتروشیمی خوندم اما عاشق دنیای خودرو هستم. موسس و سردبیر پدال هستم.

مطالب مشابه

‫۱۱ دیدگاه‌ها

  1. mohsen

    ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
    سوابق: (1063 ديدگاه)

    ممنون جناب سید محمدحسین سادات رسول

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
    1. SARD

      ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
      سوابق: (77 ديدگاه)

      ببری سیستمو بزاری رو پراید !
      دقیقا کسی میدونه چی میشه؟

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
      1. SARD

        ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
        سوابق: (77 ديدگاه)

        خودم میگم.کسی بلد نبود:)
        دقیقا مثل این میمونه که رو فورغون توربو وصل کنی:)

        موافقم ۰
        مخالفم ۰
      2. asa

        ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
        سوابق: (570 ديدگاه)

        خیلی خوب میشه ، چون در این ماشینا توی ۳ ثانیه اونم توی سرعت ۳۰۰ تا نمیتونه انرژی ذخیره کنه ولی به لطف تکنولوژی پیشرفته پراید از سرعت ۱۰۰ هم ترمز بگیری یک دقیقه زمان لازم داره که به ایست برسه ، از اون ور هم موقع شتاب میتونیم از این انرژی زیاد ذخیره شده استفاده کنیم فقط قبلش خودتون پیچو مهره های ماشبنتونو سفت کنین که از هم باز نشه. به این میگن اینده نگری ، زود باشین،سریع یک تخته گیر بیارین محکم بکوبین بهش تا غربتی ها چشممون نکردن.

        موافقم ۰
        مخالفم ۰
        1. SARD

          ۲۸ شهریور ۱۳۹۴
          سوابق: (77 ديدگاه)

          ممنون asa جان!
          ولی بی شوخی واقعا راه کار جالبیه.
          مصرف سوخت رو میاره پایین،قدرت ماشین رو زیاد میکنه مثل no2 و از همه مهم تر این که زود با چند تا ترمز نیرو جمع میکنه

          موافقم ۰
          مخالفم ۰
  2. Erfan

    ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
    سوابق: (246 ديدگاه)

    ما پیر شدیم و پورشه ۹۱۸ و مک پی ۱ و لافراری رو کنار هم بررسی ویدیویی نکردن و یه مسابقه توپ نذاشتن 🙁

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
    1. متین

      ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
      سوابق: (183 ديدگاه)

      وایسا این برنامه جرمی شروع به کار کنه حتما انجامش میدن … تو برنامه تاپ گیر گفته بودن هر ۳ تا کمپانی راضی شدن اما پورشه داره دنبال ۹۱۸ میگرده تا بهشون بده … البته دقیق نمیدونم اما شایعه شده بود که پورشه راضی نیست ولی با این حال یه میلیاردر سنگاپوری گفته من هر سه تا رو دارم خواستین میارم تا باهاشون مسابقه بدین … خیلی جذاب میشه … من که منتظر اون روز میمونم …

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
    2. محمد حسین

      ۲۸ شهریور ۱۳۹۴
      سوابق: (9 ديدگاه)

      چرا زمان گیری مک لارن و لافراری رو توی پیست نوربرگ رینگ انجام نمی دن ؟‌
      مسئولین پیست که گفتن محدودیت ها رو برداشتن !
      بهترین مقایسه اینه که این سه تا ماشین با یک راننده تو این پیست زمان گیری بشن

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
  3. متین

    ۲۷ شهریور ۱۳۹۴
    سوابق: (183 ديدگاه)

    سلام …
    ممنون از آقای سید محمد حسین سادات رسول … اما من یک سوالی از خدمتتون دارم و اینه که طرز کار این سیستم بعد از گرفتن انرژی چیه؟ یعنی باز توی یه باتری ذخیره میشه یا همون طور که داره کار میکنه نیرو رو به جعبه دنده انتقال میده ؟ چون توضیی در این باره من نتونستم پیدا کنم … از دوستان هم اگه کسی میدونه خواهشا یه توضیحی بده …
    شب خوش

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  4. احمد باقری

    ۲۸ شهریور ۱۳۹۴
    سوابق: (4715 ديدگاه)

    نکته اصلی این است که در کمترین زمان ممکن، میتونه انرژی رو ذخیره کنه و در وقت مناسب، در سریعترین حالت، انرژی رو منتقل کنه.

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  5. Salman

    ۳۱ شهریور ۱۳۹۴
    سوابق: (21 ديدگاه)

    BMW i8
    ماشین وارداتی که قیمتش ۱.۵ میلیارد تومن هست!!!
    این ویژگی رو داره
    جالب اینجاست که موتور الکتریکیش از زانتیا ۲.۰L ، قدرت بیشتری تولید میکنه!!!

    موافقم ۱
    مخالفم ۱

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفاً از نوشتن به‌صورت پینگلیش، اجتناب نمایید. نظرات حاوی توهین، عبارات غیراخلاقی، سیاسی، مطالب غیر مرتبط، اسپم، ترول و تبلیغاتی پذیرفته نمی‌شوند. برای تغییر آواتار خود می‌توانید از سایت گراواتار استفاده نمایید.

دکمه بازگشت به بالا