Czym jest KERS w Formule 1?

Czym jest KERS w Formule 1?
Autor Ignacy Nowak
Ignacy Nowak21.09.2023 | 8 min.

System KERS (Kinetic Energy Recovery System) od kilku lat stanowi nieodłączny element wyścigowych bolidów Formuły 1. Choć technologia ta nadal ewoluuje i jest udoskonalana, już teraz przynosi kierowcom i zespołom wymierną korzyść w postaci szybszego przyspieszenia na torze. Jak działa KERS i jakie niesie ze sobą zalety oraz wady? O tym właśnie w niniejszym artykule.

Zasada działania systemu KERS

System KERS, w wolnym tłumaczeniu Kinetyczny System Odzyskiwania Energii, bazuje na magazynowaniu energii kinetycznej wytwarzanej podczas hamowania bolidu. W trakcie wytracania prędkości, na przykład przy wjeździe w zakręt, silnik elektryczny zamienia kinetyczną energię ruchu na energię elektryczną i zapisuje ją w akumulatorze. Zgromadzona w ten sposób energia może zostać ponownie wykorzystana przez kierowcę do chwilowego zwiększenia mocy silnika spalinowego poprzez uruchomienie silnika elektrycznego pracującego teraz w trybie motoru.

W praktyce po naciśnięciu przycisku aktywacji przez kierowcę, silnik elektryczny KERS przekazuje dodatkową moc (zwykle około 60-120 KM) bezpośrednio na wał napędowy. Powoduje to gwałtowny wzrost siły pociągowej na kołach nawet o 10%, co przekłada się na szybsze przyspieszenie na prostych odcinkach toru lub przy wyjściu z zakrętu. Dodatkową zaletą jest możliwość odzyskania energii, która w konwencjonalnym układzie hamulcowym zostałaby utracona w postaci ciepła.

Odzyskiwanie energii hamowania

Podstawową funkcją systemu KERS jest odzyskiwanie energii kinetycznej powstałej podczas hamowania bolida. Zamiast rozpraszać ją w postaci ciepła w układzie hamulcowym, specjalny silnik-generator wykorzystuje ją do ładowania akumulatora. Im większa jest siła hamowania, tym więcej energii można w ten sposób "zebrać" i wykorzystać później do przyspieszenia. Nowoczesne systemy KERS pozwalają odzyskać nawet do 40% energii kinetycznej.

Zwiększenie mocy

Drugą kluczowa funkcją KERS jest możliwość chwilowego zwiększenia mocy dostępnej dla kierowcy. Wciśnięcie przycisku powoduje wykorzystanie zgromadzonej w akumulatorze energii elektrycznej do zasilenia silnika elektrycznego, który przekazuje dodatkowy moment obrotowy bezpośrednio na wał napędowy. Tylko na kilka sekund kierowca ma do dyspozycji znacznie większą moc, co pozwala na szybszy start lub wyjście z zakrętu.

Poprawa osiągów

Łączny efekt odzyskiwania energii hamowania i jej późniejszego wykorzystania do zwiększenia mocy przekłada się na realną poprawę osiągów bolidu. Szacuje się, że system KERS może skrócić czas okrążenia toru nawet o 0,3 sekundy, co przy dzisiejszych zażartych pojedynkach daje kierowcy ogromną przewagę. Ponadto pozwala on zaoszczędzić do 3% paliwa w trakcie wyścigu, co także ma znaczenie strategiczne.

Zastosowanie KERS w bolidadch Formuły 1

Choć idea odzyskiwania energii kinetycznej jest znana od dawna, dopiero w 2009 roku system KERS pojawił się w Formule 1 za sprawą zespołów Ferrari i BMW. Od sezonu 2011 FIA dopuściła stosowanie tej technologii przez wszystkie zespoły, jednak nie było to obligatoryjne. Obecnie jednak każdy bolid musi być wyposażony w system KERS. Najczęściej spotyka się dwa główne typy konstrukcji.

KERS elektro-mechaniczny

W tej koncepcji do magazynowania energii służy kondensator lub akumulator elektrochemiczny, a do przekazania mocy na wał napędowy - silnik elektryczny. Taki układ cechuje się prostotą i niezawodnością, jednak masa magazynu energii jest dość duża. Pojemność kondensatorów wynosi najczęściej do 400 kJ.

KERS hydrauliczno-mechaniczny

Wykorzystuje zbiornik ciśnieniowy ze sprężonym gazem (najczęściej azot lub powietrze) jako magazyn energii. Specjalny siłownik hydrauliczny przekazuje energię kinetyczną na wał napędowy. Takie rozwiązanie cechuje się mniejszą masą, ale konstrukcja jest bardziej skomplikowana. Pojemność zbiornika wynosi zwykle do 700 kJ.

Inne systemy i technologie

Testowane są również zaawansowane technologicznie układy KERS z superkondensatorami, akumulatorami litowo-jonowymi oraz przekładniami magnetycznymi. Poszukuje się rozwiązań o jak najmniejszej masie i objętości przy zachowaniu odpowiedniej mocy i pojemności. Trwają prace nad zwiększeniem energii dostarczanej przez system KERS do 400 kJ.

Korzyści ze stosowania KERS

Zastosowanie systemu KERS niesie ze sobą szereg konkretnych i wymierne korzyści zarówno dla kierowcy, jak i całego zespołu. Oprócz poprawy osiągów bolidu, pozwala także na realne oszczędności paliwa oraz zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko.

Szybsze przyspieszenie

Główną i najbardziej bezpośrednią korzyścią jest możliwość uzyskania wyraźnie lepszego przyspieszenia na ograniczony czas. Kierowca może skrócić czas startu lub wyjścia z zakrętu nawet o 0,5 sekundy, zyskując przewagę nad rywalami. Przekłada się to bezpośrednio na wynik końcowy i szanse na zwycięstwo.

Oszczędność paliwa

Energia elektryczna dostarczana przez KERS oznacza mniejsze zapotrzebowanie na paliwo w silniku spalinowym. Szacuje się, że system pozwala zaoszczędzić średnio około 3% benzyny podczas wyścigu. Przy dzisiejszych różnicach liczonych w setnych sekund, jest to znacząca zaleta.

Większa ekologia

Mniejsze zużycie paliwa to także mniejsza emisja spalin, a więc bardziej ekologiczny profil silnika. Ponadto energia elektryczna w KERS może pochodzić z systemów odzysku ciepła, co dodatkowo minimalizuje ślad węglowy. Zespoły Formuły 1 coraz mocniej akcentują ekologiczny wydźwięk swoich technologii.

Wady i zagrożenia systemu KERS

Czym jest KERS w Formule 1?

Pomimo licznych zalet, system KERS ma także pewne wady i związane z nim zagrożenia. Do najpoważniejszych należą zwiększona masa i objętość bolidu, ryzyko przegrzania oraz większe koszty dla zespołów.

Dodatkowa masa i objętość

Magazyn energii, przewody i silnik elektryczny zwiększają masę i objętość bolidu. Szacuje się, że KERS dodaje od 25 do 50 kg, a także zajmuje cenną przestrzeń w i tak obładowanym elektroniką nadwoziu. Zespoły nieustannie pracują nad odchudzaniem systemu bez utraty osiągów.

Ryzyko przegrzania

Intensywne ładowanie i rozładowywanie akumulatorów oraz praca silnika elektrycznego na maksimum mocy generują znaczne ilości ciepła. Jeśli układ chłodzenia zawiedzie, może dojść do gwałtownego wzrostu temperatury i uszkodzenia elementów KERS. Grozi to poważną awarią lub pożarem bolidu.

Większe koszty

Zaawansowana technologia wiąże się z dużymi nakładami finansowymi na badania, rozwój i wdrożenie. Szacuje się, że pełny system KERS kosztuje 3-4 miliony dolarów. Przy ograniczonym limicie budżetowym zespołów, stanowi to poważne obciążenie finansowe wpływające na konkurencyjność.

Historia i rozwój technologii KERS

Choć w Formule 1 system KERS pojawił się stosunkowo niedawno, koncepcja odzysku energii kinetycznej jest znana od dekad. Jej ewolucja to długi proces pełen prób i testów. Obecnie trwają prace nad dalszym udoskonaleniem i upowszechnieniem tej technologii.

Początki i pierwsze zastosowania

Już w latach 50 XX wieku inżynierowie eksperymentowali z kinetycznymi akumulatorami ciśnienia w samochodach. Pierwszymi seryjnymi pojazdami wyposażonymi w KERS były autobusy miejskie w latach 70. Później zaczęto stosować go w sportach motorowych - najpierw w rajdach, a od 2009 roku w Formule 1.

Ewolucja i ulepszenia systemów

Obecne systemy KERS to efekt wieloletnich prac badawczych nad coraz lżejszymi i wydajniejszymi akumulatorami oraz silnikami elektrycznymi. Opracowano zaawansowane strategie odzysku energii dostosowane do torów wyścigowych. Dzisiejsze rozwiązania są o 50% lżejsze i dają 2-krotnie więcej mocy niż dekadę temu.

Przyszłość i dalszy rozwój

Wciąż trwają badania nad innowacyjnymi materiałami i zaawansowaną elektroniką dla KERS. Celem jest zwiększenie magazynowanej energii do 400 kJ przy radykalnym odchudzeniu całego układu. Spodziewane jest upowszechnienie tej technologii także w samochodach sportowych i elektrycznych pojazdach produkcyjnych.

Produkcja i dostawcy systemów KERS

Choć pierwotnie każdy zespół Formuły 1 opracowywał własny system KERS, obecnie może korzystać z gotowych rozwiązań renomowanych dostawców. Za produkcję i serwis odpowiadają wyspecjalizowane firmy, które konkurują ze sobą innowacjami.

Najwięksi producenci

Do liderów na tym polu należą Magneti Marelli, Zytek Automotive i Xtrac. Dostarczają one kompletne systemy KERS, które stanowią połączenie własnych osiągnięć z wymaganiami konkretnych zespołów. Mają bogate doświadczenie w Formule 1 i motorsportach.

Wiodące zespoły i dostawcy

Czoł

Podsumowanie

System KERS od niemal 15 lat stanowi nieodłączny element nowoczesnych bolidów Formuły 1. Choć początkowo nie wszystkie zespoły decydowały się na jego stosowanie, dziś jest obowiązkowym wyposażeniem każdego samochodu. I słusznie, bo korzyści w postaci lepszych osiągów, oszczędności paliwa i bardziej ekologicznej charakterystyki zdecydowanie przeważają nad wadami takimi jak większa masa czy koszt. System KERS na stałe wpisał się w technologiczny pejzaż Formuły 1 i niewątpliwie będzie dalej rozwijany oraz udoskonalany. Jego zastosowanie bez wątpienia przyczyniło się do wzrostu prestiżu i popularności tych niezwykle emocjonujących zawodów.

Najczęstsze pytania

KERS działa na zasadzie odzyskiwania energii kinetycznej powstałej podczas hamowania bolidu. Specjalny silnik-generator zamienia ją na energię elektryczną magazynowaną w akumulatorach. Następnie może zostać wykorzystana przez kierowcę do chwilowego zwiększenia mocy silnika.

Najpopularniejsze są układy elektro-mechaniczne z akumulatorami oraz hydrauliczno-mechaniczne z gazowymi zbiornikami ciśnieniowymi. Testuje się także zaawansowane rozwiązania z superkondensatorami i magnesami.

Główne zalety to szybsze przyspieszenie na ograniczony czas, oszczędność paliwa rzędu 3% oraz bardziej ekologiczna praca silnika dzięki energii elektrycznej.

Do największych wad należy zwiększona masa i objętość bolidu, ryzyko przegrzania oraz wysokie koszty opracowania i wdrożenia systemu.

Oprócz Formuły 1 technologia KERS znajduje zastosowanie m.in. w sportowych samochodach rajdowych, a także w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.

5 Podobnych Artykułów

  1. Jakie silniki napędzają bolidy F1? Odkrywamy tajniki
  2. Williams przerażony decyzją organizatorów Grand Prix w Miami
  3. F1 zatwierdziła nowy harmonogram weekendów sprinterskich
  4. Formuła 1 a nowe technologie: Elektryczne bolidy w przyszłości?
  5. Czy Formuła 1 jest naprawdę sportem ekstremalnym?
tagTagi
shareUdostępnij artykuł
Autor Ignacy Nowak
Ignacy Nowak

Jestem blogerem z pasją do Formuły 1. Na blogu dzielę się obszerną wiedzą o wyścigach, kierowcach i technologii. Relacjonuję każdy Grand Prix, analizuję tajniki strategii teamów i dostarczam najnowsze wieści ze świata F1. Znajdziesz u mnie emocje, które towarzyszą mi podczas każdej rundy sezonu!

Oceń artykuł
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

Komentarze(0)

email
email

Polecane artykuły