The KERS system was trialled in a vehicle from ­Volvo’s S60 range.

Förlorad energi kan återvinnas

Volvo Personvagnar utforskar möjligheterna att använda kinetisk energiåtervinning i sina bilar. En nyligen genomförd pilotstudie i samarbete med SKF har gett lovande resultat som kan leda till nya produkter.

Text Brian Owens Foto Christer Ehrling, Volvo Cars

Bilar Kemi, bränslen och petroleumprodukter Maskiner och inventarier Övriga produkter och tjänster Forskning & teori

Fakta

Volvo Personvagnar

Historia: Första massproducerade Volvobilen tillverkades i Göteborg 1927.

Största marknaderna: USA, Sverige, Kina, Tyskland och Storbritannien.

Ägs av: Zhejiang Geely Holding (Geely Holding), Kina.

Kontor: Huvudkontor i Göteborg, kontor i Shanghai och Chengdu, Kina, sedan 2011.

www.volvocars.com

Relaterade länkar

Volvo

Försäljning och råd

Jorgen Bokmark, Jorgen.Bokmark@skf.com

När föraren trampar på bromsen i en vanlig personbil omvandlas en stor del av energin från fordonets inbromsning till värme och går förlorad.

Det är slöseri med värdefull energi som i första hand motorn har byggt upp. Nu undersöker den globala biltillverkaren Volvo Personvagnar olika sätt att återvinna en del av den energi som frigörs vid inbromsning, så att den kan återanvändas när den bäst behövs.

På Volvo Personvagnars avdelning för forskning och utveckling inom Transmission Engineering i Göteborg, står Tomas Hannebäck bredvid en blänkande prototyp av systemet som Volvo har utvecklat  ett system för energiåtervinning, Kinetic Energy Recovery System (KERS).

Redan i dag används olika former av KERS-teknik i Formel 1-bilar, men Volvo är först med att utveckla en framhjulsdriven bil med förbränningsmotor som har ett KERS-svänghjul monterat på bakaxeln.

– Vi utforskar för närvarande flera olika alternativ med potentiella leverantörer, för att industrialisera konceptet för Volvos bilar, säger Tomas Hannebäck, chef för avdelningen Transmission Engineering.

Teamet i Göteborg har med framgång anpassat systemet till en Volvo S60 T5, som byggdes om särskilt för projektet. Fordonets konventionella och okonventionella kraftkälla har placerats separat. Bensinmotorn driver framhjulen, medan KERS-enheten driver bakhjulen.

Stommen i projektet är KERS-sväng – hjulet. Det väger sex kilo och roterar upp till 60 000 varv i minuten i en vakuumförseglad behållare. Under körning fångar svänghjulet upp energin som genereras av inbromsningen och lagrar den i upp till 30 minuter. Den här energin kan sedan frigöras – när den behövs – för att förbättra accelerationen. Kraften överförs från bromsarna till svänghjulet via kontinuerligt varierbar utväxling (CVT), som överför kraften till bakaxeln när bilen accelererar.

KERS-tekniken kan effektivt tillföra upp till 60 kilowatt, vilket motsvarar ytterligare två cylindrar hos en fyrcylindrig motor.

Tekniken bidrar till minskad energianvändning. Volvo förväntar sig att KERS ska hjälpa bolaget att nå EUs utsläppsmål om 95 gram koldioxid per kilometer (g/km) år 2020 för en genomsnittlig bil (att jämföra med 158,7 g/km för en genomsnittlig bil 2007).

KERS-svänghjulet har utvecklats i ett intensivt tvärfunktionellt arbete, där i stort sett samtliga avdelningar inom Volvo har deltagit – från elektronik och säkerhet till motor och chassi. Pilotprojektet avslutades i oktober 2012 efter två års arbete. Volvo tog hjälp av externa partner som Flybrid Automotive Ltd och Torotrak för att utveckla en rad viktiga delar till konceptet, bland annat kolfibersvänghjulet och CVT. Dessa delar anpassades sedan till kraven för Volvo S60 T5.

Den totala kostnaden för projektet uppgick till 20 miljoner kronor. Volvo Personvagnar sköt till cirka 11 miljoner kronor, och återstoden kom från den svenska innovationsmyndigheten Vinnova, SKF samt Volvo Lastvagnar. SKFs roll i projektet var att utvärdera kostnaderna för att producera Volvos KERS-svänghjul i industriell skala (se faktaruta).

Idén med mekaniska svänghjul är inte helt ny för Volvo. Koncernen utvecklade ett fullt driftsmässigt svänghjul redan 1979 som användes i flera tester. Det roterade knappt 12 000 varv i minuten, och vikten på 128 kilo innebar att det blev klumpigt och tenderade att göra bilen instabil.

Enligt Mathias Jörgensson, en av chefsingenjörerna vid utvecklingen av prototypen, har mycket stora framsteg gjorts sedan dess. Komponenterna har blivit betydligt bättre och det finns nya material att tillgå. Sådana innovationer gör det möjligt för det nya, lätta kolfibersvänghjulet att rotera i hög hastighet utan att man offrar energikapacitet eller förlorar kontrollen över gyrokrafterna.

En av de största utmaningarna för Mathias Jörgensson och hans team var att integrera svänghjulet och CVT med samtliga system för Volvo S60 T5, som bromsar, växlar, koppling och kraftöverföring. Utväxlingen måste vara koordinerad med parametrarna för svänghjulet. Vid övergångar från stillastående, samt vid acceleration under körning i högre hastigheter, var det också viktigt att säkerställa att man verkligen uppnådde maximal verkningsgrad vid utväxling och minsta möjliga bränsleförbrukning.

– Vi var tvungna att synkronisera alla system för att skapa mjuka övergångar, säger Mathias Jörgensson.

En annan utmaning visade sig vara att hitta en lämplig plats för svänghjulet. För att inte inkräkta på bagageutrymmet bestämde sig ingenjörerna först för att placera det i bakluckan där reservhjulet ligger. Sedan hittades ett annat utrymme under golvet i baksätet, där svänghjulet kan placeras utan att vara i vägen för vare sig bagage eller reservhjul.

 

SKF utvärderar produktionskostnader
Volvo Personvagnar kontaktade SKF i början av 2011 och bad om en utvärdering av kostnaderna för att producera KERS-svänghjulssystemet i industriell skala. Uppdraget utfördes av SKF Automotive Development Centre i Nieuwegein i Nederländerna, och omfattade en utvärdering av var och en av de 90 komponenter som används i systemet.

Varje berörd enhet inom SKF tillhandahöll kostnadsförslag för de delar som potentiellt kunde tillverkas av företaget. SKF Aerospace tillhandahöll exempelvis en uppskattning av kostnaden för fälgen till kolfibersvänghjulet. För sådana delar där tillverkningen sannolikt skulle läggas ut på entreprenad, exempelvis hydraulik, begärde SKF in offerter från olika leverantörer.

Det slutgiltiga kostnadsförslaget omfattade tillverkning av komponenterna, inköp, montering samt tester. Projektledaren Mark Verbakel berättar att resultatet av studien presenterades för Volvo i april 2012 och att reaktionerna var positiva.

Volvo grundades 1926 som ett dotterbolag inom SKF-koncernen. Volvo avknoppades från SKF redan 1935, men SKF har länge varit leverantör till fordonsbolaget.

 

 

Relaterat innehåll