Lendkerekes autók

Az elektromos-lendkerekes rendszer

Bármilyen rettenetesen hangzik is, a lendkerék bizonyos szempontból jobb energiatároló, mint az akkumulátor. Fene se gondolta volna… Tény, hogy a mérnökök az összes szóba jöhető alternatíva közül ezt találták a legalkalmasabbnak a nagy energiájú, nagyon gyors energiafelvétel és -leadás megoldására. A malomkő és a porszívómotor házasságából azonban még nem születik KERS: rengeteg részletkérdést, apróbb-nagyobb technikai akadályt kell még leküzdeni ehhez. A veszteségek és a melegedés csökkentése érdekében kerámia- vagy akár mágneses csapágyakat is alkalmazhatunk, ahol a tengely egy mágneses mezőben, a felületek közvetlen érintkezése (továbbá olajkenés, miegymás) nélkül fut. Ez annál is előnyösebb, mivel az így kialakított csapágyazásnak gyakorlatilag nincs felső fordulatszámhatára. Jól fog ez még jönni, ha megtudjuk, mennyivel is pörög a lendkerék: mivel a benne tárolt energia a fordulatszám négyzetével arányos, sokkal inkább a sebesség, mint a méretek növelésével igyekeznek emelni a "kapacitást". Így fordulhat elő, hogy a malomkő percenként akár 160 000 fordulatot is megtesz teljes feltöltöttség mellett, ami egy turbófeltöltő filigrán forgórészének is becsületére válna.

Ekkora sebességnél egy malom kő persze egyszerűen szétrepülne, ezért ötvözött acélból vagy karbonszálas kompozit anyagból készülnek a lendkerekek. Mivel ilyen magas fordulatszámokon a légellenállás, illetve a légsúrlódás a legjelentősebb veszteség, a forgórész és a masszív ház közti térben vákuumot hoznak létre. Ami megint nem túl egyszerű, ha egy tengellyel ki akarunk hajtani a külvilág felé – vagy mehet a porszívómotor is a vákuumharang alá. Nem egyszerű, na.

A Formula-1-ben a Williams csapat alkalmazza (?) a megoldást, míg a Bosch tavaly ősszel mutatta be moduláris felépítésű fékenergia-visszatápláló rendszerét, mely viszonylag könnyen illeszthető a különböző versenykategóriák igényeihez, szabályaihoz. Így igazán azon sem lepődnénk meg, ha rövidesen a Le Mans-ban köröző Audikban, netán DTM vagy WRC autókban is felbukkanna a lendkerék és a hibrid felirat.

A mechanikus lendkerekes rendszer

Ismerik a történetet az amerikai űrgolyóstollal és az orosz ceruzával? Városi legenda csupán, de remek tanmese annak bemutatására: időnként a mezei, "fatengelyes" megoldás lehet a legcélravezetőbb. Hiszen bármilyen jó is az energiaátalakítás hatásfoka, a villanyos lendkeréknél legalább négyszer kerül rá sor (mozgási/autó » elektromos » mozgási/lendkerék/ » elektromos » mozgási/autó/), és az akkumulátornál sem lenne jobb a helyzet, ha belegondolunk, hogy az elektromos energiát tulajdonképpen újabb átalakítással kémiai energia formájában tároljuk.

Célszerűnek tűnik a felvetés, hogy az autó mozgási energiáját közvetlenül vigyük át a lendkerékre. Forgómozgást forgómozgássá alakítani nem nagy ördöngösség. Az egyetlen probléma, hogy a jármű sebessége a vezető döntésétől függően folyamatosan változik (fékezéskor ráadásul csökken), míg a lendkerék fordulatszáma csak az energiatároló töltöttségétől függ (fékezéskor ráadásul nő). A közvetlen átalakításhoz tehát egy olyan, hihetetlenül rugalmas, fokozatmentes áttételre van szükség, ami terhelés alatt, pontosan és iszonyú gyorsan képes változtatni a ki- és bemenő fordulatszám arányát.

Erre a problémára talált frappáns megoldást a brit Torotrak cég, ahol (a szintén angol Xtrac-kel kooperálva) fejlesztik és szállítják a Flybrid Systemsnek a fokozatmentes váltókat. Az Audi fokozatmentes (CVT) váltójával szemben ebből sikerült száműzni mindenféle láncot vagy ékszíjat. A mindössze húszcentis, ötkilós egységben változtatható szögben forgó görgők viszik át a nyomatékot. Az áttétel a görgők állásának változtatásával állítható be akár néhány századmásodperc alatt. Ehhez az egységhez egy kuplungon és egy bolygóműves áttételen keresztül csatlakozik a szénszálas lendkerék, ami egy bombabiztos házban, szintén vákuumban forog akár 60 000 1/perc sebességgel.

Valahogy csak megoldották a tengelytömítést… Az energiatárolás és -visszanyerés hatásfoka állítólag 70% körüli, ami messze jobb érték az akkumulátoros rendszerek összhatásfokánál. A Formula-1-re jellemző titkolózás sajnos nehezíti a tisztánlátást: ezzel a rendszerrel tavaly ősszel a Hondát hozták hírbe, s egyelőre rejtély, hogy végül helyet kapott-e valamelyik autóban, vagy lemaradt erről a körről, de biztosak lehetünk benne: viszontlátjuk még.

A svájci MFO gyár másik, hasonló elven működő járművéből, a szintén ez idő tájt szolgálatba állt lendkerekes bányamozdonyból sem vált igazi tömegtermék. Az alternatív hajtással a több száz méterrel a föld alatt futó vágatokban megspórolták a dízelfüstöt, illetve a költséges szellőzőberendezés kiépítését. Az egyik utolsó darabot lelkes svájci vasútbarátok mentették meg és újították fel 1994-ben; azóta látogatókat szállít a gonzeni vasércbányában.

Biztonság és környezetvédelem

Az FIA szabályai az idei szezonban körönként 400 kilojoule energia tárolását és maximum 60 kW (82 LE) villamos teljesítmény kivételét engedélyezik. A 400 kJ legföljebb egy lámpától lámpáig gyorsulásra elég a Váci úton, és jóval kevesebb, mint amennyi egy öreg, pislákoló lámpájú 120-as Skoda akksijában elfér. Ehhez képest a benzintankban akár 1 000 000 kJ-nyi kémiai energia is lötyöghet. Nem a tárolt energia mennyisége a gond tehát, hanem a tárolás és az energiaátalakítás szokatlan, kiforratlan módszerei. Ne feledjük: a legtöbb gyártó mindössze másfél-két éve foglalkozik igazán intenzíven a KERS-szel.

Nem a BMW-csapat szerelőjének tavaly nyári balesete volt az első a sorban: hallottunk szétrepült lendkerékről, kigyulladt fékpadról és sajnos halálos kimenetelű balesetről is. A gyártók, a csapatok és az FIA is egyre komolyabban veszi a biztonságot: így kerültek az autókra a KERS meglétét, illetve töltöttségi állapotát jelző eszközök, a speciális, elektromosan szigetelő kesztyűk és cipők, és az atombiztos lendkerékházak, melyek ütközés vagy a kerék törése esetén is megvédenek a súlyos sérüléstől. A szénszálas forgórész alkalmazásának további előnye, hogy túlpörgés, esetleges sérülés esetén nem repeszgránátként darabokra szakadva próbálja átütni a lendkerékház falát, hanem szálaira bomolva, viszonylag kontrolláltan lassul le.

Mindezek tükrében talán érthető az óvatos, fokozatos bevezetés, és remélhetőleg 2013-ra, az energialimit 1600 kJ-ra és a teljesítmény 200 kW-ra történő emelésének évére napi rutinná válik a dolog, s nem jelent majd lényegesen nagyobb rizikót a jól ismert folyékony üzemanyag kezelésénél és tárolásánál.

Az akkumulátorok a rendkívül intenzív igénybevétel miatt néhány verseny alatt elhasználódnak – dacára annak, hogy a Formula-1-ben körönként csak egy töltési ciklus engedélyezett. Cseréjük nemcsak tízmillió forintos nagyságrendű kiadást jelent esetenként a csapatoknak, hanem jelentős környezetszennyezést is. A lendkerekes megoldások vitathatatlan előnye ezzel szemben, hogy nincs szükségük akkumulátorokra. Hátrány, hogy a mechanikai veszteségek miatt viszonylag rövid idő alatt csökken a tárolt energia mennyisége, de két fékezés között, rövid távon (újra) ígéretes megoldásnak tűnik.

A színfalak mögött intenzív kutatások és tárgyalások folynak az autógyárakkal, hiszen ez a technológia elvileg lehetővé tenné a valódi, feltételek nélkül környezetkímélő fékenergia-visszanyerést a szériaautókban is. Addig persze sok víznek le kell még lefolynia a Dunán, hiszen a költségek mellett arra is választ kell kapjunk, hogyan viselkedik a percenként sok tízezret forgó lendkerék tíz év vagy százezer kilométer futásteljesítmény után, és pontosan mi történik velük valós baleseti helyzetekben.

De nem kizárt, hogy tíz év múlva ugyanolyan természetes lesz a lendkerekes autó az utakon, mint ma a versenypályán. Ekkor pedig beteljesedhet minden férfi titkos álma, hogy mint régen Májkül Knájt, maga is benyomhassa a Turbo Boost gombot a műszerfalon.