Mechanical Hybrid VS Electronics Hybrid ในรถยนต์ตอนที่ 2

ต่อจาก Mechanical Hybrid VS Electronics Hybrid ในรถยนต์ตอนที่ 1

การแข่งขัน F1 ในปีนี้อนุญาติให้นำเทคโนโลยีดึงพลังงานจากการลดความเร็วมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งมีชื่อเรียกว่า KERS หรือ Kinetic Energy Recovery system ระบบนี้ได้รับอนุญาติให้ใช้ในฤดูกาล 2009 แต่ไม่ได้บังคับให้ทุกทีมต้องใช้ พื้นฐานของ KERS คือ การทำงานด้วยกลไกของ Flywheel ร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้า

โดยปกติการเก็บพลังงานจากการลดความเร็ว Regenerating Braking ถูกใช้ใน Toyota Prius และ Honda Insight มาแล้ว (รวมไปถึงรถไฟฟ้า BTS และ MRT ด้วย แต่ทั้งสองอันคืนไฟฟ้าให้ระบบไม่ได้เก็บไว้ ) ส่วนรถแข่ง F1 จะถูกเก็บเป็นรูปพลังงานการหมุนไว้ที่ Fly Wheel ( Raw Kinetic Energy ) ที่จะเป็นแหล่งเก็บพลังงานนอกเหนือจาก Battery ตามกฎได้ระบุให้ระบบ KERS สามารถเก็บพลังงานสำรองในระบบขับเคลื่อนได้ไม่เกิน 400 kilojoules ต่อรอบซึ่งจะแปลว่ารถจะมีกำลังสำรองอีกถึง 80 แรงม้าในช่วงเวลาอีก 6.5 วินาที

flybrid diagram ลด<strong>พลังงานสูญเสีย</strong>จากการเบรคโดยส่งผ่านเกียร์ไป flywheel” title=”flybrid-diagram” width=”476″ height=”248″ class=”size-full wp-image-268″ /><figcaption class=flybrid diagram ลดพลังงานสูญเสียจากการเบรคโดยส่งผ่านเกียร์ไป flywheel

ระบบ Flybrid System ที่คิดค้นโดย Jon Hill และ Doug Cross อดีตวิศวกรเครื่องยนต์ F1 ของ Renault คือระบบที่พัฒนาขึ้นจากหลักการของ KERS แบบกลไกที่มีน้ำหนัก 25 กก. ทำงานร่วมกับฟลายวีลหนัก 5 กก ที่หมุนถึง 64,500 รอบต่อนาที ! พลังงานจะถูกส่งออก และนำเข้าไปเก็บที่ฟลายวีลผ่านเกียร์ Torotrak Toroidal CVT และคลัชท์ที่อาศัยแรงหนีศูนย์กลาง ระบบ Torotrak Toroidal CVT จะทำงานโดยจับแรงบิดที่แตกต่างของความเร็วของเกียร์และฟลายวีล หลังจากนั้นจึงเลือกอัตราทดที่เหมาะสมโดยพยายามไม่ให้เกิดอาการกระตุก นอกจากนี้ยังช่วยให้คลัชท์สามารถจับเข้ากับฟรายวีลได้อย่างนุ่มนวลเพื่อป้องกันความเสียหายในกรณีนักแข่งปล่อยคลัชท์และเหยียบคันเร่งอย่างรุนแรง ระบบนี้ค่อนข้างกระทัดรัด และแบบใช้กับรถถนนจะหนักเพียง 35 กก เพิ่มจากรถแข่ง 10 กก.

หน้าตาระบบ flywheel ที่ติดตั้งในรถยนต์ flywheel สีดำที่ทำจาก carbon fiber  นั้นจะหมุนเก็บพลังงานอยู่ภายในกล่องเหล็กสูญญากาศ
หน้าตาระบบ flywheel ที่ติดตั้งในรถยนต์ flywheel สีดำที่ทำจาก carbon fiber นั้นจะหมุนเก็บพลังงานอยู่ภายในกล่องเหล็กสูญญากาศ

ระบบ Williams Hybrid Power (WHP) ที่เป็นเจ้าของร่วมของทีม F1 มีพื้นฐานมาจากระบบไฟฟ้า โดยพัฒนาให้ฟลายวีลทำงานแทนแบตเตอรี่และทำงานแทนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ( Flywheel Motor Generator ) โดยระบบฟรายวีลไฟฟ้านี้จะเก็บพลังงานจลล์จากการหมุนไว้เหมือนฟรายวีลปกติ ในขณะเดียวกันก็จะไปหมุนมอเตอร์ไฟฟ้าที่ผนวกเอาไว้กับระบบส่งกำลัง เนื่องจากมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะใช้แม่เหล็กเชื่อมต่อการทำงานและการทำงานที่ความเร็วสูงมากอาจทำให้เกิดความผิดพลาดของแรงเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ดังนั้นที่ฟลายวีลของระบบ WHP จึงนำเอา Magnetic Load Composit ซึ่งเป็นผลแม่เหล็กผสมกับเรซินมาติดเอาไว้ที่ฟลายวีลเพื่อทำให้คาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก ถ้าเปรียบเทียบกับแกนของฟรายวีลในรถใหม่ๆจะเห็นเหล็กที่หุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ แต่ที่ทีม Williams ใช้จะทำมาจากคาร์บอนไฟเบอร์ทั้บงชิ้นแทน น้ำหนักที่เบาลงหมายถึงแรงเหวี่ยงนอกระนาบ ( Gyroscopic Force ) มีน้อยจึงไม่ส่งแรงรบกวนการควบคุมรถ

ในรถ F1 ปั๊มขนาดใหญ่ด้านนอกจะดูดอากาศภายในเสื้อ Flywheel และเก็บเอาไว้ตลอดการแข่งขันเพื่อลดแรงเสียดทานอากาศ ส่วนในรถทั่วไป ระบบ Flybird จะใช้ปั๊มขนาดเล็กดูดอากาศออกมาหมดในเวลา 20 วินาที Jon Hilton หัวหน้าโครงการ Flybrid บอกว่า “เราพิจารณาหลายวิธีเพื่อหาทางเก็บพลังงานและเอาพลังงานมาใช้ใหม่ แม้กระทั่งการใช้ยางหนังสต๊ิกก็เคยคิด” ตอนนี้ถึงมันจะไม่ใช่รถแข่ง F1 พลังยางหนังสต๊ิก แต่ก็เกือบไปแล้ว

อนิเมชั่นแสดงการเก็บพลังงานไปไว้ที่ Flywheel ขณะลดความเร็ว (ระบบเชิงกลล้วน)

อันนี้เป็นการแสดงการเก็บพลังงานไปไว้ที่ Battery ขณะลดความเร็ว (ระบบไฟฟ้า)

สัมภาษณ์ Business Manager ของบริษัท Torotrak

การถ่ายโอนเทคโนโลยี Flywheel Hybrid สู่รถถนน

Flywheel แบบนี้มีแนวโน้มที่จะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ทั่วไปด้วย ต้องขอบคุณกลไกขนาดกระทัดรัดที่ไม่ซับซ้อนและต้นทุนต่ำของมัน Prodrive กำลังจะนำ Flywheel Hybrid มาใช้กับรถระดับ Premium หลังจากได้รับการสนับสนุนเงินทุนบางส่วนจาก Technology Strategy Board ของรัฐบาล โดยจะมี Jaguar, Flybrid System,Ford,Ricardo,Torotrak และ Xtrac เป็นหนึ่งในผู้ร่วมทุน เทคโนโลบีหลักจะมาจาก F1 แต่จะใช้วัสดุที่หาง่ายขึ้น

David Hemmings หัวหน้าแผนกวิศวกรรมของ Prodrive บอกว่า “ถ้าจะให้แบ็ตเตอรี่มีพลังงานเท่ากับ Flywheel จะต้องใช้แบ็ตเตอรี่ขนาดมหึมา” อีกปัญหาของแบตเตอรี่ก็คือเมื่อถูกใช้งานใน Deep Cycle (ช่วงเวลาที่ใช้ไฟจากแบ็ตอย่างเดียว) ไฟจะหมดอย่างรวดเร็ว วิธีแก้ง่ายๆคือทำให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ขึ้น แต่รถก็จะหนักขึ้นโดยไม่จำเป็น ในทางกลับกันฟลายวีลจะเป็นกลไกที่ไม่ซับซ้อน ไม่ต้องการการบำรุงรักษา และอายุการใช้งานก็นานเท่าอายุของรถยนต์ มันให้กำลังสูง น้ำหนักเบา ติดจั้งสะดวก ข้อเสียมีอย่างเดียวคือเราสามารถเก็บพลังงานเอาไว้ได้จำกัด ดังนั้นฟลายวีลคือสิ่งที่รถไฮบริดเกือบทั้งหมดต้องการ นั่นคือพลังเสริมเพียงชั่วคราวที่ไม่ใช่พลังงานหลักในการขับเคลื่อนตัวรถ Prodrive นั้นตั้งเป้าว่าจะทำให้รถพรีเมี่ยมในยุโรปอย่าง Jaguar XF ประหยัดน้ำมันเพิ่มขึ้นอีกถึง 20% ระบบกลไก Flywheel นั้นก็สามารถงานร่วมกับระบบไฟฟ้าของรถไฮบริดหรือรถที่ใช้น้ำมันตามปกติได้ ทำให้ผู้ผลิตหลายรายได้เริ่มให้ความสนใจระบบนี้แล้ว

Jon Hilton แห่ง Flybrid บอกว่าได้เริ่มพัฒนาระบบนี้ในรถปกติมากกว่า 5 โครงการแล้วนอกจากรถแข่ง และได้ถูกติดตั้งในรถรุ่นหนึ่งเพื่อทดสอบแล้ว แต่ไม่ได้บอกว่าเป็นรุ่นใดครับ

จากหนังสือ Car Magazine Issue 57 คัดมาโดยพัชร