Setrvačník, inovativní řešení pro hybridní a elektrická vozidla, 1. díl

Jan Plomer - 20 Prosinec 2010

Jedním z efektivních způsobů krátkodobého uložení ve vozidlech by se v budoucnosti mohl stát . Tato velmi stará myšlenka uložení energie do rotující hmoty se stává v posledních letech znovu aktuální, zejména v souvislosti s plánovaným rostoucím podílem a na automobilovém trhu.   
Porsche - hybrid - KERS

Jsou to právě a u kterých je třeba zajistit uložení dostatečného množství energie pro pohon vozidla. Probíhající naznačuje, že lidstvo ještě nevyužilo skutečný potenciál setrvačníku. Při vysokých otáčkách se setrvačník stává zásobníkem velkého množství kinetické energie, který může být uložen a později znovu využit.

PROFIL AUTORA
Jan Plomer, specialista v oblasti alternativních pohonůautoři Jan Prolmer * nar. 1978. Vystudoval ČVUT Praha, Strojní fakultu, obor motorová vozidla. Jeho diplomová práce se zabývala vývojem automatické převodovky pro Škoda Auto. V současné době dokončuje doktorské studium tamtéž, zabývá se především hybridními pohony. Pracoval ve společnostech Mercedes-Benz Engineering, Škoda Auto nebo německé vývojářské centrále ZF Getriebe GmbH na vývoji inovativní automatické převodovky ZF 8HP.

V současné době nelze s určitostí říct, jaký druh pohonu bude dominantní v budoucnosti. Dostupné informace ale nasvědčují tomu, že se jím stane právě . Velké omezení představuje ale v současné době akumulace dostatečného množství energie pro pohon vozidla.

A zde se právě setrvačník jeví jako velmi slibné řešení. Mohl by se stát nedílnou součástí , u kterých má především za úkol vyrobit s pomocí generátoru dostatečné množství . Tuto elektrickou energii lze velmi efektivně krátkodobě akumulovat v setrvačníku, umístěném přímo ve vozidle.

Princip uložení energie v setrvačníku je velmi jednoduchý. Množství uložené energie je přímo úměrné hmotnosti a úhlové rychlosti rotujícího kola okolo osy procházející těžištěm. Tento způsob je známý již několik tisíc let. Jako příklad bychom mohli uvést hrnčířský kruh. Ve století páry pomáhal akumulovanou kinetickou energií překonávat mrtvé body klikového mechanismu parních strojů a v současné době je setrvačník nedílnou součástí každého spalovacího motoru, kde vyrovnává nerovnoměrný chod.

setrvačník - Gyrobus Yverdon

V minulosti byl v praxi využit setrvačník např. ve , , Kongu, nebo ke stavbě gyrobusů. Na každé zastávce se připojil sběrač gyrobusu k napájecímu stožáru a proud ze sítě během výměny dopravovaných osob urychlil setrvačník tak, že akumuloval dostatečné množství energie.

Ta vystačila gyrobusu se staženým sběračem k ujetí několika kilometrů k další zastávce s nabíječkou. Těžké setrvačníky musely být z důvodů působení jejich gyroskopického momentu umísťovány tak, aby osa jejich rotace byla svislá a jízdní vlastnosti tím byly ovlivněny minimálně.

Samostatně konstruovaný setrvačník jako jediný kinetické energie se neosvědčil a je považován za přežitý způsob. Jeho hlavní problém spočíval v nízkém akčním rádiusu vozidla (cca 2 km) a tím nezbytné připoutání k síti stanic pro doplnění energie.

Kromě toho trpěl dalšími nedostatky jako vysoká hmotnost, vysoký mechanický i aerodynamický odpor, nízká , vysoký gyroskopický moment ovlivňující jízdní vlastnosti atd. Tyto nedostatky jsou však více přičítány nižší úrovni znalostí v oboru a nevyspělými . Mnoho z nich je v současnosti odstraněno.

Konstrukce z padesátých let minulého století trpěly mnoha nedostatky, a tak dříve nebo později byl jejich provoz ukončen. Myšlenka snadného využití kinetické energie setrvačníku však nedává spát ani současným konstruktérům. Jako příklad může sloužit APTS Phileas z roku 2004.

Tento nízkopodlažní tříčlánkový hybridně kombinuje spalovací motor, a setrvačník 300 kW/4 kWh. Ten akumuluje energii získanou výhradně rekuperací při deceleraci. Akumulovaná energie postačí vozidlu k dojezdu přibližně 3 km a v hybridní soustavě proti konvenčním pohonům představuje asi 30 %, přičemž samotnému setrvačníku je odhadem přičítáno asi 10 %.

setrvačník - KERS Formule 1 2009

Velmi perspektivní se v poslední době jeví tzv. elektromechanická baterie. Jde v podstatě o kombinaci elektro a gyropohonu. Při tomto způsobu je kinetická energie vozidla při rekuperaci ukládána do setrvačníku a později znovu využita při akceleraci.

Tento systém se objevil v sezóně 2009 v závodech pod zkratkou (Kinetic Energy Recovery Systém) a konstrukčně velmi podobné řešení v nedávné době představila automobilka v závodním speciálu 911 GT3 R Hybrid pro vytrvalostní závody (24h Nürburgring apod.). K této zajímavé konstrukci hybridního pohonu se setrvačníkem se budeme podrobněji věnovat v některém z dalších dílů.

setrvačník - Porsche 911 GT3 R Hybrid

Zpět na HybridPřidat komentář
Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Zajímalo by mě,kolik energie lze do setrvačníku akumulovat (kwh/kg,kwh/dm3).Na internetu jsem viděl hodnotu až 1kwh/kg.Gyroskopický moment lze eliminovat použitím dvou protiběžných setrvačníků (viz 2 protiběžné rotory vrtulníků kamov).

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Tu je orientacny prehlad:

//en.wikipedia.org/wiki/Flywheel#Examples_of_energy_stored

Dve vrtule na vrtulniku nie su z dvovodu vyrusenia gyroskopickeho momentu, ale kvoli vyruseniu bezneho krutiaceho momentu. (Je to zakon akcie a reakcie-tym istym momentom, ktorym posobi vrtulnik na vrtulu, posobi aj vrtula na vrtulnik, teda vrtulnik by sa zacal otacat okolo svojej osy, keby nemal druhu vrtulu).

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Fyzikálne okienko:
"Množství uložené energie je přímo úměrné hmotnosti a úhlové rychlosti rotujícího kola okolo osy procházející těžištěm." Toto je mierne nepresné ba až zavádzajúce tvrdenie. Množstvo energie je KVADRATICKY závislé na uhlovej rýchlosti zotrvačníka. Vzorec je totiž E=1/2*I*w*w Znamená to, že ak teleso má pri danej uhlovej rýchlosti energiu E, tak zdvojnásobením tejto rýchlosti nebude mať dvojnásobné množstvo enrgie ale táto energia bude ŠTVORNÁSOBNÁ. Opravte ma ak sa mýlim.

Inak nápad sa mi vidí fajn, len by som sa obával o spoľahlivosť takéhoto prvku v automobile. (keď si predstavím aké problémy sú s vysokootáčkovými turbami ....) Stále mám pocit, že v jednoduchosti je krása.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Dobrý den, děkuji za zajímavou reakci na článek. Množství uložené energie je skutečně přímo úměrné hmotnosti a úhlové rychlosti rotujícího setrvačníku. Jinými slovy se zvyšující se hmotností a úhlovou rychlostí se zvyšujě množství uložené energie. Tato definice ale již neříká, jaká je závislost mezi veličinami - tedy zda lineární, kvadratická apod. Vzorec jste napsal naprosto správně. Z něj je patrné, že převažující závislost množství energie je na úhlové rychlosti. V současné době jsou ve vývoji setrvačníky s úhlovými rychlostmi 40-80.000 1/min. Z toho plynou velké požadavky na konstrukci setrvačníku. Cílem je tedy udržet nízkou hmotnost setrvačníku - např. 10-20kg. Tomu se bude věnovat další článek.

Vidím, že mi neveríte. To často robím aj ja ;) A vhľadom na tom, že na svojom názore trváte aj v pokračovaní inak zaujímavého seriálu, tak to poviem na rovinu. Priama úmera má presnú definíciu a pre túto situáciu sa nehodí.

„prostá úměrnost, tj. nikoliv přímá úměrnost “

Někdy se také za přímou úměrnost chybně považuje i situace, kdy se nejedná o přísně přímou úměrnost. Jedná se o případy, kdy hodnota obou veličin stoupá, ale ne stejně „rychle“. Příkladem může být délka strany čtverce a jeho obsah. Jestliže se délka strany čtverce dvakrát zvětší, obsah čtverce se zvětší čtyřikrát. Pak se ale jedná o prostou úměrnost.

Zdroj wiki: http://cs.wikipedia.org/wiki/Nep%C5%99%C3%ADm%C3%A1_%C3%BAm%C4%9Brnost
Definícia priamej úmernosti: http://cs.wikipedia.org/wiki/P%C5%99%C3%ADm%C3%A1_%C3%BAm%C4%9Brnost

Pre pozorných, v uvedenom citáte som opravil jeden preklep.

Takže matematicky vzaté. Energia je priamo úmerná len momentu zotrvačnosti a len pri konštantnej uhlovej rýchlosti. Ako náhle do úvahy zoberieme aj uhlovú rýchlosť, tak by malo byť "prosto úměrná", čo však mimoriadne "sprosto" znie :D Sám veru neviem ako by sa z tohto dalo elegantne vykľučkovať. Možno nejaký fyzik alebo matematik by sa mohol vyjadriť, ako sa vyhnúť „ubližovaniu vede“ a zachovať pri tom „malebnosť jazyka“. Možno najjednoduchšie by bolo vypustiť slovo „přímo“.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Také by se dalo říci, že příslušná závislost je rostoucí funkcí, nebo že jedna veličina na druhé závisí monotonně.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Velmi zaujimavy clanok. Problem zotrvacnika je ale v tom, ze brani zmene smeru jazdy. Ak je ulozeny vodorovne, tak brani zatacaniu, ak je ulozeny zvisle, tak brani jazde do kopca, alebo z kopca. Preto sa vyuziva/l hlavne vo vlakoch.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Tomu se dá zabránit použitím dvou setrvačníků, které se budou otáčet opačně. Tím se jejich účinky při změně směru navzájem vyruší. Předpokladem je ovšem téměř shodná úhlová rychlost obou setrvačníků. Toho lze dosáhnout střídavým doplňováním jejich energie.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Nemyslim, ze by to tak fungovalo.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Eeeeee, ale chcel som tym povedat, ze pouzit sa da, musel by byt ale ulzeny na nejakom vykyvnom klbe, ktory by umoznoval udrziavanie jeho stalej plohy, aj ked auto meni smer. Nie je to nemozne, ale bola by to velka vyzva nieco take zrealizovat.


Nabíječky elektromobilů CircontrolAutonabíjení.cz - vše pro Váš elektromobil