Когда водитель нажимает на тормоз, большая часть энергии инерции автомобиля превращается в тепло и теряется.

В настоящее время мировой производитель автомобилей Volvo Cars ищет пути сохранения этой энергии для её последующего использования в автомобиле.

В отделе НИОКР подразделения трансмиссий Volvo Cars, который располагается неподалёку от Гётеборга, Швеция, Томас Ханнебек демонстрирует разработанный компанией образец системы рекуперации кинетической энергии (KERS).

Хотя различные варианты систем KERS в настоящее время используются в гоночных автомобилях Формулы 1, Ханнебек, директор подразделения Volvo Cars по разработке трансмиссий, поясняет, что Volvo Cars – первый автопроизводитель, разработавший переднеприводный легковой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, в котором система KERS установлена на заднем мосту.

«Сейчас мы исследуем варианты внедрения этой идеи в серийное производство», – рассказывает он.

Инженеры, работающие в Гётеборге, успешно установили эту систему на автомобиль Volvo S60 T5, который был специально модернизирован для этого проекта. Традиционные и альтернативные источники энергии автомобиля размещаются отдельно друг от друга. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение передние колёса, а блок KERS – задние.

Ключевой элемент проекта – маховик системы KERS. Он весит 6 кг и вращается со скоростью до 60 000 об/мин в герметичной вакуумной камере. Во время движения автомобиля маховик «собирает» энергию, вырабатываемую при торможении, и сохраняет её до 30 мин. При необходимости эта энергия может быть использована для ускорения.

Энергия передается с помощью бесступенчатой трансмиссии (CVT) от тормозов на маховик и дальше на задний мост при ускорении.

Технология KERS может фактически добавить до 60 кВт, что эквивалентно добавлению двух цилиндров к четырёхцилиндровому двигателю.

С точки зрения энергоэффективности ожидается, что технология KERS поможет достичь целевого показателя ЕС по уровню выбросов CO₂ легковыми автомобилями 95 г/км к 2020 г., что представляет собой существенное снижение по сравнению со средним уровнем 2007 г., составлявшим 158,7 г/км.

Для разработки ряда элементов системы, включая маховик из углеродного волокна и бесступенчатую трансмиссию (CVT), были привлечены компании-партнёры Flybrid Automotive Ltd. и Torotrak. В дальнейшем, поставленные ими компоненты были доработаны для установки на Volvo S60 T5.

Общая стоимость проекта составила 20 млн шведских крон (2,2 млн евро). Volvo Cars выделила около 11 млн шведских крон (1,2 млн евро), а остальные расходы были покрыты шведским агентством инновационных систем Vinnova, компаниями SKF и Volvo Trucks. Роль SKF в данном проекте заключалась в оценке стоимости производства системы KERS с маховиком в промышленном масштабе (см. информационную врезку к данной статье).

Идея использования механических маховиков не является чем-то новым для Volvo Cars. В 1979 г. компания разработала образец маховика, который проходил несколько испытаний. Частота его вращения составляла всего 12 000 об/мин, и эффективность была невысока. Его вес, 128 кг, означал, что маховик слишком громоздкий и способен создать угрозу для устойчивости автомобиля.

Матиас Йоргенссон, ведущий инженер по разработке опытного образца, рассказывает, что с тех пор конструкции элементов существенно улучшились и появились новые материалы. Это позволило создать новый, лёгкий маховик из углеродного волокна, работающий с высокой частотой вращения без потери контроля над гироскопическими силами.

Главная сложность для Йоргенссона и его коллег заключалась в интеграции этого маховика и бесступенчатой трансмиссии со всеми системами автомобиля Volvo S60 T5, включая тормозную систему, коробку передач, сцепление и трансмиссию.

Это было необходимо для того, чтобы обеспечить максимальную экономию топлива и наиболее эффективное переключение передач во время трогания с места и ускорения на высоких скоростях.

«Мы должны были синхронизировать работу всех этих систем, чтобы обеспечить плавность хода», – рассказывает Йоргенссон.

Найти свободное место для маховика также было нелегко. В конце концов, инженеры предложили разместить его в отсеке для запасного колеса в багажнике.

«Нам не хотелось занимать свободное пространство в багажника », – говорит Йоргенссон.

Оценка, проведённая SKF
Корпорация Volvo обратилась к SKF в начале 2011 г. с просьбой провести оценку расходов на производство системы KERS с маховиком в промышленных масштабах.

Работа по оценке была проведена Центром разработки изделий для автомобильной промышленности SKF в Ньювегейне, Нидерланды, и включала в себя оценку каждого из 90 элементов, используемых в системе.

Подразделение SKF Aerospace предоставило оценку стоимости обода маховика из углеродного волокна. По деталям, которые поставлялись бы сторонними поставщиками, например, по компонентам гидравлической системы, SKF запросила данные у своих поставщиков.

Окончательная оценка стоимости системы включала в себя затраты на изготовление элементов, закупку, сборку и проведение испытаний.

Менеджер проекта Марк Вербакель говорит, что результаты работы были представлены Volvo в апреле 2012 г.

Компания Volvo была основана в 1926 г. как дочерняя автомобилестроительная компания в составе SKF Group. Несмотря на то, что Volvo обрела полную независимость в 1935 г., SKF долгое время являлась поставщиком этого автопроизводителя.