Βολάν ανάκτησης ενέργειας

Το βολάν της Volvo με την ονομασία KERS (Kinetic Energy Recovery Systems), σύστημα ανάκτησης κινητικής ενέργειας, είναι κατασκευασμένο από ανθρακονήματα και περιστρέφεται με ταχύτητα έως και 60.000 στροφές ανά λεπτό σε ένα θάλαμο κενού αέρος.
Το σύστημα φτιάχτηκε για να τοποθετηθεί στο πίσω άξονα ενός συμβατικού αυτοκινήτου με στόχο την βελτίωση της οικονομίας και των επιδόσεων του αυτοκινήτου.

Ενώ πολλοί κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν στραφεί σε υπερτροφοδοτούμενους diesel κινητήρες και υβριδικά – ηλεκτρικά οχήματα τα τελευταία χρόνια, για τη βελτίωση της οικονομίας καυσίμου και εκπομπών ρύπων, πολλές εταιρείες συμπεριλαμβανομένης της Porsche, προσπαθούν να κινηθούν σε ένα διαφορετικό μοντέλο. Παίρνοντας στοιχεία από τη Formula 1 Racing, δοκιμάζουν νέα ηλεκτρομηχανικά συστήματα ανάκτησης κινητικής ενέργειας (KERS), τα οποία αναπτύχθηκαν, για να επιτρέψουν αγωνιστικά, την αποθήκευση ενέργειας πέδησης για μελλοντική χρήση κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης. Σήμερα και η Volvo Car έχει ενταχθεί στην κατηγορία τους.

Οι μηχανικοί της Volvo βλέπουν το βολάν “KERS” ως ένα εύκολο και ενδεχομένως χαμηλού κόστους τρόπο για αύξηση της ιπποδύναμης του οχήματος. Το σύστημα μπορεί να αποδώσει με έναν τετρακύλινδρο κινητήρα, επιτάχυνση σαν ένας εξακύλινδρος κινητήρας βελτιώνοντας παράλληλα την οικονομία καυσίμου έως και 20%. Οι δοκιμές ενός πρωτότυπου συστήματος σε ένα αυτοκίνητο Volvo, σε δημόσιους δρόμους, προγραμματίστηκε να ξεκινήσει το φθινόπωρο.

Κινητήρας KERS της εταιρείας Flybrid με ισχύ 60 kW, βάρος 25 kg και ταχύτητα βολάν 64.500 (R.P.M.) στροφές ανά λεπτό

Το σύστημα, βασίζεται σε ένα κατασκευασμένο από ανθρακονήματα βολάν που περιστρέφεται με ταχύτητα έως και 60.000 στροφές ανά λεπτό, σε έναν θάλαμο κενού αέρος. Με αυτό τον ρυθμό περιστροφής, η στεφάνη του βολάν περιστρέφεται με ταχύτητα Mach 2 (1522 mph), έτσι ο τροχός πρέπει να περιέχεται μέσα σε ένα κενό αέρος ώστε να μειωθεί η τριβή. Η μονάδα του βολάν, που ζυγίζει περίπου 6 kg και έχει διάμετρο περίπου 20 εκατοστά, θα συνδέεται με ένα διαφορικό μέσω ενός συστήματος συνεχούς μεταβαλλόμενου κιβωτίου (CVT).

Όταν το όχημα φρενάρει, η σπατάλη ενέργειας χρησιμοποιείται για να γυρίσει το βολάν. Όταν ο οδηγός πατήσει το γκάζι, το περιστρεφόμενο βολάν μπορεί να συνδεθεί στον πίσω άξονα του αυτοκινήτου για να παρέχει άμεσα μια γρήγορη ώθηση στον κινητήρα.

Η βασική ιδέα της Volvo KERS είναι να απενεργοποιείται ο κινητήρας εσωτερικής καύσης που κινεί τους εμπρός τροχούς την στιγμή που ξεκινάει η πέδηση. Η περιστροφική ενέργεια του βολάν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκκίνηση του οχήματος από κατάσταση στάσης ή να προσθέσει δύναμη (κινητική ενέργεια) τη στιγμή που θα έχει αναπτύξει ταχύτητα.

Σε σύγκριση με τα περισσότερα άλλα αυτοκίνητα με σύστημα ενεργειακής αποθήκευσης, όπως οι ηλεκτροχημικές μπαταρίες, το βολάν προσφέρει λιγότερη πυκνότητα ενέργειας αλλά είναι πολύ περισσότερη η διάρκεια απόδοσής της. Δεδομένου δε, ότι η μετατροπή της ενέργειας δεν είναι απαραίτητη, η αποθηκευμένη ενέργεια παραμένει ως κινητική ενέργεια και το σύστημα μπορεί να την επιστρέψει άμεσα. Αυτή η δυνατότητα κάνει την τεχνολογία αυτή υψηλής απόκρισης.

Η αποθηκευμένη ενέργεια είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει το αυτοκίνητο μόνο για μικρά χρονικά διαστήματα. Αλλά η διαθεσιμότητά της μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στην κατανάλωση καυσίμων. Οι υπολογισμοί των τεχνικών έδειξαν ότι ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να απενεργοποιηθεί για περίπου το ήμισυ του χρόνου της οδήγησης, σύμφωνα με το Νέο Ευρωπαϊκό Κύκλο Οδήγησης.

Κινητήρας KERS της εταιρείας Flybrid με ισχύ 60 kW, βάρος 25 kg και ταχύτητα βολάν 64.500 (R.P.M.) στροφές ανά λεπτό

Η υβριδική τεχνολογία με βάση το βολάν δεν είναι νέα τόσο για τη Volvo όσο και για άλλες εταιρείες. Στη δεκαετία του 1980, οι μηχανικοί της Volvo είχαν δοκιμάσει ένα βολάν κατασκευασμένο από χάλυβα σε ένα Volvo 240. Έτσι ενώ η Volvo δεν είναι η πρώτη αυτοκινητοβιομηχανία στη δοκιμή της τεχνολογίας βολάν, είναι η πρώτη που την έχει εφαρμόσει στον πίσω άξονα αυτοκινήτου, εξοπλισμένου με κινητήρα εσωτερικής καύσης και κίνηση στους εμπρός τροχούς.

Η τεχνολογία είναι ελκυστική, επειδή είναι σχετικά φθηνή σε σύγκριση με ένα plug-in υβριδικό σύστημα και μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύτερο φάσμα συστημάτων στα οχήματα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα οφέλη του βολάν τεχνολογίας ΚΕRS εξακολουθούν να είναι θεωρητικά και υψηλού κινδύνου, αλλά εάν οι δοκιμές και η τεχνική ανάπτυξη πάνε όπως ελπίζει η Volvo, τα αυτοκίνητα με βολάν τεχνολογίας ΚΕRS θα μπορούσαν να φθάσουν στους εκθεσιακούς χώρους των αυτοκινήτων μέσα στα επόμενα χρόνια.

Το κοινόχρηστου κόστους πρόγραμμα, το οποίο περιλαμβάνει και την σουηδική κατασκευάστρια εταιρία ρουλεμάν, SKF, γίνεται εν μέρει με χρηματοδότηση ενός εκατομμυρίου δολαρίων από την Σουηδική Υπηρεσία Ενέργειας. Η SKF προμηθεύει τον εξωτερικό δακτύλιο (κέλυφος) του βολάν, βασισμένο να λειτουργεί με ιδιαίτερο λιπαντικό καθώς και όλο το σημαντικό σύστημα ασφάλισης του κενού αέρος. Δύο επιχειρήσεις με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο έχουν επιμεληθεί της παροχής βασικών τεχνολογιών. Η Flybrid Systems θα παρέχει την τεχνολογία του βολάν, ενώ Torotrak θα παραδώσει την ειδικά σχεδιασμένη τεχνολογία συνεχούς μεταβαλλόμενης μετάδοσης (CVT) η οποία θα συνεργάζεται με τα υπόλοιπα συστήματα.

Κοινός στόχος όλων, μια τεχνολογία που θα συμβάλλει στην βελτιωση της οικονομίας και των επιδόσεων των οχημάτων με ταυτόχρονη σημαντική μείωση των εκπομπών των καυσαερίων