Napjainkban egyre inkább előtérbe kerülnek az olyan fogalmak, mint a környezettudatosság és az energiatakarékosság. Ezen témakörök azonban nemcsak a hétköznapi ember mindennapjaiba kezdenek egyre inkább beépülni, hiszen aki figyelemmel kíséri a Formula-1 eseményeit, és az FIA által évről-évre eszközölt technikai szabálymódosításait, észreveheti, hogy az ezirányú törekvések bizony már jelen vannak a száguldó cirkuszban is.

A környezettudatosság és az üzemanyag-felhasználás optimalizálása érdekében került bevezetésre az F1-ben a Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer, amelynek feladata nem más, mint a versenyautó fékezése során keletkező mozgási energia eltárolása, amelyet a megfelelő pillanatban a pilóta fel tud használni az autó sebességének, illetve teljesítményének növelésére.

A Formula-1 számára azonban nemcsak az autósportot kedvelők szórakoztatásának kielégítése az egyedüli küldetés, hiszen az itt sikeresen alkalmazott technológiák előbb-utóbb valamilyen formában megjelennek a közutakon is. Ezúttal a Williams F1 ezirányú szerepvállalásáról lehet beszámolni, miután az általuk kifejlesztett és gyártott KERS rendszerek jelentős szerepet kapnak a londoni tömegközlekedésben.

Még mielőtt azonban sor kerülne az F1-es technológia legújabb térhódításának ismertetésére, nézzük meg, mit is jelent a Formula-1-ben alkalmazott hibrid hajtás.

A londoni autóbuszok üzemanyag-fogyasztása akár 30%-kal is csökkenthető a Williams F1 KERS rendszerével.

Alternatív hajtástechnológia az F1-ben

A Formula-1 2009-es idénye jó néhány technikai szabálymódosítást hozott magával. A versenyautókon elsősorban a legszembetűnőbb változásokat az aerodinamikai elemekre vonatkozó reguláknak megfelelő új külső, valamint a korábbi években már megszokottá vált barázdált futófelületű gumiabroncsokat leváltó sima, vagy ahogyan a legtöbben ismerik, a „slick” abroncsok jelentették. A látványosabb futamok megrendezésének reményében eszközölt módosítások mellett azonban a szabályalkotók a költséghatékonyságra és a környezetbarát technológiákra is egyre nagyobb hangsúlyt fektettek, melynek úttörőjeként bevezetésre került a KERS, a Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer.

Ez a négybetűs mozaikszóval illetett berendezés nem más, mint egy az F1-es versenyautókban alkalmazott segédeszköz, amellyel a fékezések alkalmával keletkezett energia egy részét – amely a korábban használt megoldások révén hővé alakult – eltárolják, hogy végül a kellő pillanatban újra fel tudják azt használni az autó mozgatására.

Az új rendszer bevezetését követően igen eltérő vélemények hangoztak el a KERS-et illetően, hiszen voltak olyanok, akik veszélyesnek, vagy éppen túlzottan is primitívnek nevezték azt. Az új technológia F1-es alkalmazásának egyik oka, hogy a Formula-1-ben használt V8-as motorok az üzemanyag által biztosított energiamennyiségnek nagyjából csak az egyharmadát hasznosítják az autó mozgatására, és a fennmaradó rész pedig kipufogógáz, valamint hő formájában elvész. Az FIA a KERS-sel kapcsolatban mindössze csak annyit ír elő, hogy segítségével maximálisan 60kW teljesítményt, és egy kör megtétele alatt legfeljebb 400kJ energiát lehet biztosítani, amely nagyságrendileg 6.67 másodpernyi időtartamra extra 80 lóerőt jelent.

A KERS által nyert extra teljesítménytöbblet használatával kapcsolatban a pilóta dönthet, hogy az adott kör alatt mikor hasznosítja, miközben a még rendelkezésére álló teljesítményt százalékos formában egy kijelző mutatja a számára. A 6.67 másodperces időlimitet a kormánykeréken lévő gomb megnyomásával természetesen a versenyző nem tudja túllépni, hiszen a szabályzó elektronika ezt megakadályozza.

A berendezés kialakításának technikai oldalát érintően azonban nem rendelkezik a fáma, melynek hatására a mérnöki találékonyságnak köszönhetően kétféle módszert alkottak meg: a versenyautó fékezésénél felszabaduló energiát egy lendkerekes rendszerben mozgási energiaként, egy másik elv alapján összeállított egységgel pedig elektromos energia formájában lehet eltárolni. A tökéletes szisztéma kidolgozása azonban nem bizonyult olyan könnyűnek, hiszen az előbbi rendszer egyszerű kialakítása ellenére csak rövid ideig képes feladatát ellátni, míg az elektromos változatnál az akkumulátorok jelentik a legnagyobb nehézséget.

A hibrid megoldások alkalmazása már nem ismeretlen az autóipar számára. Jóllehet ugyan, hogy a Formula-1-es autók hibrid eszközeként használandó KERS ezeknél jóval egyszerűbb, hiszen a csapatok keze meg van kötve az alkalmazandó egységes elektronikai rendszer miatt. Ennek ellenére viszont egyes komponensei, mint például az akkumulátor és a generátor szinte biztosra vehető, hogy a közúti hibridekben alkalmazott megoldásoknál sokkal fejlettebbek lesznek.

A Flybrid Systems által gyártott lendkerekes elven működő F1-es Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer.

Mint ismeretes, a Formula-1-es autók minden egyes alkotóelemét igyekeznek a legkisebb súlyban és méretben elkészíteni úgy, hogy ez természetesen ne rontsa a teljesítmény- és a megbízhatósági mutatókat. Ez a KERS esetében sincs másként. A sport technikai kódexe előírja, hogy az egységet a SECU-nak (Szabványos Motorvezérlő Rendszer) kell vezérelnie. De akad itt egy kis probléma. Az F1-es versenyautóknál a fékerőelosztás nagyobb százalékban az első kerekekre irányul, tehát a legtöbb mozgási energiához is ott lehetne hozzájutni. Mivel azonban az összkerekes hajtás nem megengedett ebben a kategóriában, ezért az eltárolt energiát csakis a hátsó futóműveknél lehet újrahasznosítani.

A KERS tehát egyértelmű segítséget jelent az előzések alkalmával, de ez az előny az általa képviselt plusz súly és az akár rosszabb ballaszthatás miatt könnyen kompenzálódhat. A versenyautók megépítése során figyelembe kell venni a KERS súlyát, hiszen az autó megfelelő súlypontja kritikus annak menetteljesítményének tekintetében. Az utcai helyszíneken lebonyolított futamok esetében például a csapatok általában rövidebb tengelytávot részesítenek előnyben, ami a KERS elhelyezését és a szükséges ballasztok alkalmazásának módját tekintve további tervezői kihívásokat jelent a mérnökök számára.

A Williams F1 KERS rendszere a londoni utcákon

Az üzemanyag-takarékosság és az ezzel együtt járó károsanyag-kibocsátás csökkentésének érdekében a londoni Go-Ahead irányítása alá tartozó, buszjáratokat koordináló tömegközlekedési vállalat jó néhány járműve hibrid hajtástechnológiát kap, illetve kapott már, amelyben a Williams F1 leányvállalatának is nevezhető Williams Hybrid Power által kifejlesztett KERS rendszer jelentős szerepet kapott. Az oxfordshire-i központtal rendelkező alakulat által készített szénszálas kompozit anyag felhasználásával legyártott lendkerekes rendszer segítségével az autóbuszok üzemanyag-felhasználását akár 30%-kal is lehet csökkenteni, amely már önmagában véve is figyelemre méltó számadatnak mondható. A Go-Ahead által kiadott közlemény szerint a vállalat hosszútávú tervei között szerepel, ha a Williams F1 hibrid hajtása megfelelő hatékonysággal lesz alkalmazható a közutakon, akkor nem kizárt, hogy a teljes, közel 4.000db autóbuszt számláló járműflotta minden egyes tagja megkapja majd az F1-es technológiát.

A Williams Hybrid Power által készített lendkerekes rendszer az elmúlt években jelentős fejlődésen ment keresztül. Az autóbuszokba szánt példányok jelenlegi változatai jóval kisebb súllyal rendelkeznek (kb. 50kg) elődeiknél, míg a kisebb súlyérték mellett is sikerül teljesíteni a közel 40.000-es percenkénti fordulatszámot is. A lendkerekes elven működő KERS alkalmazásának további előnyeként említhető, hogy ezen hajtási rendszerek beépítése nem igényel különösebb bánásmódot, vagyis az autóbuszok szervizelésével foglalkozó társaság mindennemű gond nélkül el tudja végezni az egyes munkafolyamatokat.

Ezzel szemben viszont az elektronikus elven működő hibrid hajtási rendszerek esetében alkalmazandó speciális akkumulátorok beépítése más irányú szakértelmet igényel, és ezen energiatároló cellákat már a gyártás során installálni kell.

Látható tehát, hogy a Formula-1-ben alkalmazott Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer, illetve az általa képviselt technológia nemcsak a versenypályákon, hanem azon kívül is egyre nagyobb teret hódít. A civil szférát érintő változások ismertetését követően azonban kanyarodjunk vissza ismét az F1-hez. Természetesen nem lehet előre tudni mit hoz majd a jövő, de a Nemzetközi Automobil Szövetség a hibrid technológiát több lépcsőben kívánja implementálni az F1-be, amelyet az FIA által összeállított 2014-es technikai szabálykönyv is hűen igazol.

Merre is tart a KERS a Formula-1-ben?

Ahogyan az a korábbiakban is említésre került, a Formula-1 számára 2009-ben megismertetett Kinetikai Energia Visszanyerő Rendszer jelenleg 60kW teljesítménytöbbletet képes produkálni, körönként 400kJ extra energia felhasználása mellett. A 2014-es évre elfogadott szabálymódosításnak megfelelően az új motorok esetében mindez úgy módosul, hogy az immáron ERS-nek (Energia Visszanyerő Rendszer) nevezett hibrid hajtás teljesítményét megduplázták 120kW-ra (ami 160LE többletet jelent), de ami még ennél is drasztikusabb változás, hogy körönként 4MJ energia felhasználására lesz majd lehetősége a versenyzőknek.

Egy kör teljesítése során az MGUK (Kinetikai Motor Generátor Egység) által biztosított energia mennyisége nem haladhatja meg a 2MJ-os limitet, míg az ES (Energiatároló) maximum 4MJ-t adhat az MGUK számára körönként. Az ES által leadott legkisebb és legnagyobb extra energia értéke közötti különbség sem haladhatja meg a 4MJ-os szintet.

A KERS akkumulátorainak (sárga szimbólum) elhelyezése az RB7-es versenyautóban.

Az ERS által visszanyerhető energiát külső forrásból nem lehet biztosítani, csakis az autóban elhelyezett MGUK és/vagy az MGUH („Izzító” Motor Generátor Egység) által. Az MGUK által visszatáplált energia leadása mechanikai összeköttetések révén valósul meg a versenyautó hajtásláncán keresztül, megfelelő áttételi arányok alkalmazása révén.

A kipufogórendszer nyomásszabályzó rendszerével és az ERS-sel megfelelő áttételi aránnyal mechanikai kapcsolatban álló MGUH működtetéséhez sem lehet külső forrást alkalmazni.

Az ERS-nek a tengelykapcsoló előtt a hátsó kerék hajtásláncához kell csatlakoznia.

Minden egyes versenyautóban lennie kell egy jelzőfénynek, amely az ERS üzemállapotát mutatja a pilóta számára:

A teljes versenyhétvége alatt üzemelnie kell, még abban az esetben is, ha a hidraulikai rendszer, a pneumatikus rendszer, vagy akár az elektromos rendszer valamilyen okból kifolyólag meghibásodik
Csakis abban az esetben világíthat zöld színnel, ha a rendszer ki van kapcsolva és a villamos berendezések megfelelően működnek
A motor leállítását követően legalább 15 percig biztosítani kell az energiaellátást
A nagyfeszültségre utaló szimbólum elhelyezése kötelező
Az energiatárolásra szolgáló ES rendszer súlya (a rögzítő elemekkel, az akkumulátorcellákkal, az elektromos csatlakozókkal, stb együtt) nem lehet kevesebb 20kg-nál, de nem haladhatja meg a 25kg-os felső határértéket.

A technika fejlődése tehát megállíthatatlan a Formula-1-ben, amelynek az ellenkezője igencsak szokatlan lenne az autóversenyzés elit kategóriájának is nevezett ízig-vérig technikai sportban. Legyen az a fejlődés a technikai szabályzat által kötelezően előírt, vagy az autók hatékonyságának és teljesítményének szüntelen javításán fáradozó mérnökök munkájának eredménye, ez teszi igazán érdekessé és izgalmassá a Formula-1-es futamokat.