Lendkerekes autók

2009.05.12. 01:32
Kinetic Energy Recuperation System. A Formula-1 világa éppen csak ismerkedik a titokzatos kütyüvel. Pedig legalább ötvenéves.

Fékezni bűn.

A bűnös, aki a fékre lép, valahol elszámolta magát: túl gyorsan megy, s ezért keményen megfizet. Megfizeti egyrészt a féktárcsa és a fékbetét kopását. Másrészt megfizeti azt az üzemanyagot, amivel fölöslegesen gyorsította fel az autót. A benzin kémiai energiája először mozgási energiává alakul, majd a jármű mozgási energiája a féktárcsákon hővé. A fékezés végeredménye tehát közel ugyanaz, mintha szépen alágyújtanánk a féktárcsának: a benzin fogy, a féktárcsa melegszik. Többek között ez az oka a városi forgalomban a magasabb fogyasztásnak.

Aki spórolni akar, minél kevesebbet fékezzen. Időnként viszont tényleg muszáj: a piros lámpa, a stoptábla, a macisajt és a jobbkezes utca is komoly érv amellett, hogy a fékpedálra lépjünk. Ha egy jó tündér ilyenkor az autó mozgási energiáját hő helyett valami mássá alakítaná, s pár (másod)perc múlva visszaadná, szinte mindenki jól járna – az olajmultik és a fékbetét-forgalmazók kivételével. A fékezéskor eddig veszendőbe ment energiát ugyanis tárolás után újra fel lehetne használni a jármű gyorsítására, így ennyivel több maradna a tankban.

A versenypályán tojnak ugyan a fékbetétkopásra, a fogyasztás azonban már nem olyan mindegy, és ha a lassításkor betárolt energiából a megfelelő pillanatban néhány plusz lóerőt lehet csiholni, az értékes (tized)másodperceket vagy egy-egy sikeres előzést jelenthet.

Az utcán és a versenypályán is ugyanaz a cél tehát:
1. Mozgási energia átalakítása (lassítás)
2. Energia tárolása
3. Mozgási energia visszanyerése (gyorsítás)

Mindez lehetőség szerint jó tündér nélkül, ipari méretekben, megbízhatóan működjön.

A jó hír: működik. A korszerű villanymozdonyok, metrószerelvények, villamosok fékezéskor generátoros üzemben használják a hajtómotorokat, s így energiát táplálnak vissza a felsővezetékbe, amit valaki más – például egy másik, éppen gyorsító szerelvény – felhasználhat.

De mi a teendő, ha nincs felsővezeték? Vagy a dodzsem lenne a jövő autója?

A tisztán elektromos rendszer

A XXI. század mérnökei szeretnek minden problémára digitális, de legalábbis elektronikus megoldást találni – ha kell, ha nem. Gondoljunk csak az elektromos késre vagy a motoros mérőszalagra . A KERS építéséhez is a legegyszerűbbnek tűnik a villanyászbolt felé venni az irányt: egy motor, egy teljesítményelektronika és egy akkumulátor lesz, elvitelre. Izéé… a múltkor a hibrid autóhoz nem pont ugyanezeket vittük, főnök? Tényleg: csodálkozom is, hogy a sajtó és a csapatok píárosai még nem ordítják kórusban, hogy de hát ezek hibrid autók, és most majd a Formula-1 menti meg a Földet.

Bár az arányok kicsit mások, a lényeg itt is ugyanaz, mint mondjuk a Priusban: fékezéskor a villanymotor generátorként működik és feltölti az akksit. Gyorsításkor pedig az így eltárolt energiával hajtják a villanymotort, ami plusz lóerőket tesz a benzinmotor mellé. Nemcsak a hajtáslánc, a problémák is hasonlóak. A villany-KERS-ben az akkumulátor a leggyengébb láncszem, éppúgy, mint az utcai hibridekben és elektromos autókban. Durva gyorstöltéssel bő negyed óra alatt feltölthető egy akksi, de ez még mindig elképesztő hosszú idő ahhoz képest, hogy egy-egy fékezés mindössze néhány másodpercig tart.

A Formula-1 szabályai szerinti alkalmazáshoz a ma ismert megoldások közül a lítium-ionos akkumulátor az egyetlen szóba jöhető energiatároló, bár elvileg a szuperkondenzátorok bevetése sem kizárt. Az utcai változatoknál pedig úgy oldják meg a problémát, hogy több száz kilónyi akksi között "terítik szét" a fékezéskor visszanyert energiát, de a nagy áramerősséggel végzett töltés és kisütés így is az élettartam (és a hatásfok) rovására megy.

A BMW és a McLaren saját fejlesztésű akkumulátoros rendszert használ, míg a Ferrari és a Renault az olasz Marellitől szerzi be a cuccot. Eközben a Toyota fölényesnek szánt, de kissé talán kényszeredett mosollyal állítja: a 2009-es szabályok szerint olyan primitívek a hibridrendszerek a Formula-1-ben, amilyet ők nem is bírnak gyártani, mert nincs már meg a pauszpapír, amin anno, sok-sok éve lerajzolták az elsőt.

Tegyük hozzá: a Supra HV-R-ben használt hibridrendszer, amivel a tokachi 24 órás futamon 2007-ben tizenkilenc kört vertek a másodikra, jóval több műszaki csemegét tartogatott: mivel a fékenergia döntő része az első kerekeken jelentkezik, a hátsó tengelyt hajtó 150 kW-os főmotor mellett az első kerekekbe is applikáltak egy-egy 10a kW-os agymotort, s a lassításkor visszanyert energiát szuperkondenzátorokban tárolták. Hasonló csemegékre az Ecclestone-cirkuszban még legalább négy évig várni kell.

De lehet-e energiát tárolni másban, mint akkumulátorban?

Már hogyne lehetne. Ott van például a rugó: gondoljunk egy megfeszített íjra, vagy egy ókori római katapultra. Harmincon felül esetleg a hátrahúzós autóra. (Kinek volt utoljára ilyen a kezében?) A rugóerő járműhajtási célra való felhasználására a játékon kívül nem találtam példát, bár gyakorlatilag veszteségmentesen, hosszú ideig képes tárolni az energiát, ami – mint látni fogjuk – komoly előny. Valószínűleg az elérhető energiasűrűség, azaz az egy kiló (egy köbméter?) rugóban tárolható energia mennyisége miatt hanyagolják a kutatók.

Aztán ott a kémiai energia. Ugyan mozgási energiából benzint előállítani legföljebb a jó tündér képes, de a hidrogén nem tűnik teljesen reménytelen esetnek: ha a hajtásláncba kapcsolt generátor által termelt árammal vizet bontunk, majd felfogjuk és tároljuk a hidrogéngázt, már meg is oldottuk a feladatot.

Németországban az elmúlt napokban került sor az első hasonló elven működő "hibrid hajtású" erőmű alapkőletételére. A szélturbinákkal megtermelt elektromos energiával szeles időben vizet bontanak, majd szélcsendben a tárolt hidrogénnel hajtott generátorokkal táplálnak energiát a hálózatba. Már csak az egész cuccot le kéne kicsinyíteni úgy, hogy elférjen egy aktatáskányi helyen, és képes legyen tizedmásodpercek alatt alkalmazkodni a teljesítményugrásokhoz (fékezés/gyorsítás). Érzésem szerint erre még jó pár évet várni kell…

És ott van ugye a lendkerék, amit eddig szintén leginkább játékautókban láthattunk energiatárolóként. Ha valaki a 80-as évek elején azt állította volna, hogy nemsokára százmilliók bámulják a tévében, amint lendkerekes autók vívnak ádáz csatát a versenypályán, rokonai és barátai jelentőségteljesen hümmögve néztek volna össze a háta mögött, egyértelmű kézjelekkel utalva az illető elmeállapotára. Vigasztaljon minket, hogy hasonló reakciót kapott volna, ha az egy főre eső hordozható telefonok számát, netán hazánk NATO-tagságát illetően bocsátkozott volna jóslásokba. Változnak az idők.

De hogyan működik a lendkerekes versenyautó? Lapozzon, és kiderül!