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Approfondimenti Tecnici

Il KERS Meccanico ed Elettronico

Approfondimenti Tecnici - Motorsport
Scritto da Administrator   
Sabato 27 Dicembre 2008 23:00

Il KERS, acronimo di Kinetic Energy Recovery System (ossia Sistema Cinetico di Recupero dell’Energia), è un sistema ibrido che recupera l’energia termica che altrimenti verrebbe dissipata durante la fase di decelerazione e frenata e la trasforma in energia meccanica, garantendo così prestazioni del motore più elevate ed un minor consumo di carburante, con la conseguente diminuzione di produzione di anidride carbonica.

Il KERS è un innovativo dispositivo meccanico e/o elettronico compatto ed efficiente.

Vediamo come è fatto il KERS MECCANICO.

E' un dispositivo "relativamente" semplice e consiste di una sorta di volano connesso al sistema di trazione da una trasmissione a rapporto variabile che sfrutta dei comuni ingranaggi.

Il volano è costituito da fibre di carbonio avvolte attorno ad una struttura in acciaio del peso di circa 5 kg.

Se si sposta il rapporto verso valori alti, allora il sistema accumulerà energia, per valori di rapporto di trasmissione bassi invece l’energia accumulata verrà rilasciata.

Sarà introdotta anche una frizione con lo scopo di separare/ "sganciare" il sistema di trasmissione dal dispositivo nel caso in cui vengano superati i limiti imposti dal regolamento o in caso di avaria.

Visto dall’interno, il KERS è costituito da due dischi, uno utilizzato per l’ingresso dell’energia da recuperare (di input) ed uno utilizzato per rilasciare l’energia accumulata (di output).

Ciascun disco è di forma toroidale (a ciambella) all’interno dei quali passano due o tre "cilindri", posizionati in modo tale che il bordo più esterno di ciascuno di essi sia in contatto con la cavità dei dischi di input ed output.
Quando il disco di input gira, il movimento viene trasferito - attraverso i cilindri - al disco di output, così questo inizia a ruotare con direzione opposta al disco di input.

Il trasferimento di coppia, e di conseguenza della potenza, è affidato ad un sottile film di uno specifico liquido di trazione - ad elevato "peso" molecolare - sviluppato appositamente per lo scopo.

Il "liquido" è costituito da molecole "molto lunghe" che, durante il funzionamento dell’apparato, si distendono completamente.
Il liquido viene posto tra la superficie interna dei dischi ed i cilindri e su tutte le superfici di contatto tra i cilindri.

Lo scopo del liquido di trazione è esattamente l’opposto di quello di un lubrificante: il liquido di trazione deve mantenere “incollati” gli organi, cilindri e dischi, in modo da favorire la trasmissione della maggior quantità possibile di energia cinetica.

I due dischi sono inoltre fissati insieme e la pressione che mantiene assieme questi due organi può essere variata: all’aumentare della pressione aumenta la viscosità del fluido di trasmissiome, migliorando ulteriormente l’efficienza dell’apparato.


Limitazioni imposte da Regolamento Tecnico Fia:

1) a sistema "carico", si può ulteriormente "stoccare" energia fino a un massimo di 300 kJ (Kilo Joule).

2) la potenza massima dell'impianto non può superare i 60 kW .

3) l'energia "liberata" dal sistema non potrà superare i 400 kJ per giro su decisione autonoma del pilota o del motormanagement dell' ECU ma, cosa che trovo interessante e giusta, NON da remoto (comando dal box indipendentemente dalle volontà del pilota).


Ovviamente si presume che il sistema sarà utilizzato per dare un "plus" di spinta in fase di sorpasso o a immediato ridosso della partenza
(sarà prevista infatti una modalità definibile "After start-up")

Sarebbe proficuo approfondire ulteriormente perchè il sistema coinvolge diversi aspetti tecnici interessanti e, presto o tardi, probabilmente, verrà impiegato nella produzione di serie per contribuire alle riduzione dei consumi e delle emissioni (anche se, con qualche variante più o meno significativa, esistono già delle applicazioni "pronte" per essere impiegate su alcune vetture di serie e attualmente in fase di "alfa" testing).

Per i più curiosi, potete leggere le nuove specifiche tecniche Fia per l'anno 2009 qui, dove troverete davvero moltissime cose praticamente semi sconosciute ai "non addetti ai lavori":

http://www.fia.com/resources/documents/ ... ATIONS.pdf

Alla luce delle prove che la maggior parte delle Scuderie hanno eseguito -in vista dell'adozione finale del KERS nel prossimo Campionato-, prende sempre maggiore corpo l'ipotesi di utilizzo di un "KERS elettronico", anche se, non è escluso, che qualche altra Scuderia possa adottare un sistema meccanico "evoluto" rispetto al KERS che ho descritto nel post precedente.

In sostanza lo scenario dell'impiego del KERS è così riassumibile:

• Sistema Elettronico
• Sistema Meccanio o "misto" Elettro-Meccanico



KERS ELETTRONICO.

Cosa si conosce sin'ora del KERS Elettronico ?

Il "KERS Elettronico", rispetto a quello meccanico, è più semplice come schema
, anche se, come gestione/logistica/pesi ed altro, risulta molto più complesso.

Il sistema è "relativamente" semplice: si compone di un motore/alternatore e una serie di batterie (al litio).

Quando si rilascia l’acceleratore e si premono i freni, il motore elettrico collegato alla trasmissione agisce come generatore, trasformando energia cinetica in energia elettrica che viene immagazzinata dalla batterie. L'effetto frenante è significativo: vi ricordate lo sforzo nel pedalare la bicicletta quando si "attivava" la dinamo sulla ruota anteriore per far funzionare le luci ?? 
Quando invece "serve attivare un plus di spinta" il generatore collegato alla trasmissione si trasforma in "motore elettrico" utilizzando l’energia elettrica accumulata in precedenza nelle batterie per "aiutare" il tradizionale motore nella "spinta" di trazione.
Il KERS elettronico rispetto al KERS meccanico è più pesante ma offre l'enorme vantaggio di essere "modulabile", avendo un ventaglio di attivazioni gestite da software e settabili a secondo della bisogna.

Una prima soluzione sembra essere il motore direttamente collegato alla coppia conica della trasmissione ed il pacco batterie a lato del motore, oppure, una seconda soluzione adottabile è quella del motore/alternatore "a monte".

Dagli ultimi "rumors" il KERS Elettronico sarà quello che la maggior parte delle Scuderie utilizzerà anche se, probabilmente, non mancheranno sorprese con Squadre che potrebbero adottare quello meccanico.

Lo sviluppo del KERS sta sottraendo molte "energie progettuali" e molte risorse economiche alle Scuderie. Quelle più "blasonate" stanno progettando due monoposto: una che utilizza il KERS ed una senza KERS: "piazzare" circa 35 kg su monoposto che nascono "sottopeso" per essere zavorrate nei punti più strategici non è una banalità da nulla !!

I Team "Clienti" (come Force India) hanno rinegoziato i propri contratti perchè vogliono tassativamente che sia fornito anche il KERS e la trasmissione oltre al propulsore.

Poi ci sono Team come la Honda che stà provando sia il KERS meccanico sia quello elettronico, anche se, tutti dicono, che la soluzione meccanica sarà scartata.

Squadre come Ferrari – Renault – Toyota si sono affidate all’ esperienza di una grande Azienda Italiana -la "nostra" Magneti Marelli- anche se al proprio interno, ogni Scuderia ha un gruppo di lavoro per lo sviluppo "ad hoc" del KERS sulla propria monoposto.

Le ultime notizie -vedi specifico post nel Forum- danno la Ferrari in netto ritardo: il KERS -probabilmente- non sarà adottato dalla Ferrari nelle prime gare.

La maggioranza delle Scuderie, se non tutte, adotteranno il KERS elettronico anche se pesa una decina di kg in più rispetto a quello meccanico. Inoltre quello elettronico recupera solo il 40 % di energia in frenata rispetto al 70% di quello meccanico e risulta più pericoloso (c'è stato un "incidente" ad un meccanico della BMW che spingendo la monoposto nel box ha preso una bella "scossa" elettrica).

La moderna Formula 1 è anche questo: “niente azzardi” meglio un sistema simile all’avversario, che prendere rischi;  segno tangibile che uomini come il grande e compianto Carlo Chiti non ce ne sono più.



 


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