Primeiro protótipo de módulo de transmissão KERS desenvolvido para os carros de passeio modelo Volvo S60

Primeiro protótipo de módulo de transmissão KERS desenvolvido para os carros de passeio modelo Volvo S60

por Sérgio Faria – 25/09/2013

Desde a invenção da roda, nós descobrimos um bom número de formas de mover um veículo montado com vários deles. De longe, o maior sucesso comercial é o motor de combustão interna, mas a ciência continua a nos dizer que poderia ser suplantada um dia. Se a sua motivação é o ar puro, o pico do petróleo, ou a segurança nacional, todo mundo tem um motivo para estar interessado em novas tecnologias de sistemas de transmissão. Com isso em mente, temos conduzido um potencial pretendente da Volvo que é na verdade a culminação de décadas de trabalho de um número de fontes.

KERS não é um nome - é a sigla de Kinetic Energy Recovering System (sistema de recuperação de energia cinética). Apesar de ser chamado de sistema, o KERS é na verdade um conceito. Diferentes sistemas podem ser usados para cumprir o objetivo do KERS, que é acumular energia gerada nas frenagens, que seria desperdiçada para ser usada quando o carro precisa acelerar.

A aplicação mais conhecida – categoria automobilística da F1

O KERS foi incluído no regulamento da F-1 para 2009, inicialmente como opcional. As regras permitiam que as equipes desenvolvessem seu próprio sistema ou comprassem de terceiros, sem obrigá-las a usar o equipamento.

A potência fornecida pelo KERS representa cerca de 10% da potência máxima de um motor de F-1 e deverá ser particularmente útil em ultrapassagens. Pelo regulamento, a cada volta o KERS poderá liberar no máximo 400 kJ, e nunca mais de 60 kW (1 kW = 1 kJ/s) num determinado instante, o que na prática significa que o piloto terá por 6,7 segundos toda a potência adicional (são cerca de 81,5 cv).
Os pilotos precisam o tempo todo ter controle sobre o KERS - não podendo haver sistemas automáticos para ligá-lo nem desligá-lo. O mais provável é que o piloto use um botão no painel do carro.

O protótipo da Volvo

A Volvo tem jogado com a ideia de vez em quando, desde 1979, quando ele usou um volante de 284 quilos girando a 12.000 rpm de potência, em um protótipo. O problema com um volante tão grande, além da questão óbvia de enclausulamento do protótipo, é que as forças criadas por tanto peso e alta rotação seria suficiente para fazer o carro mudar de direção involuntariamente, sem a ação do condutor.

O modelo atualmente desenvolvido é mais compacto. A unidade inteira, incluindo uma embreagem úmida, conjunto de engrenagens planetárias, CVT, volante e eletrônica e hidráulica relacionados, é mais ou menos do tamanho de um motor de três cilindros e pesa apenas 59,4 kg, aproximadamente o peso de uma transmissão manual. O volante de transmissão é feito de compósito de carbono-enrolado em torno de um cubo de aço que gira no vácuo a 60.000 rpm. Toda a unidade é montada no mesmo berço suspensão traseira usada na produção V60 PHEV e montado quase perfeitamente no porta-malas.

A figura a seguir mostra o protótipo.

O modelo Volvo S60, ao contrário da maioria híbridos no mercado hoje, possui os módulos, motores de transmisão separados. Neste carro, um motor a gasolina de quatro cilindros turbo de produção acciona as rodas dianteiras, enquanto a unidade KERS aciona as rodas traseiras. A operação é bastante simples. Na frenagem, a embreagem fecha o KERS arraste das rodas traseiras e giro do volante. Ao mover-se novamente, a embreagem se fecha e move mecanicamente o giro do volante de volta para as rodas traseiras, impulsionando o carro para frente. Embora não seja atualmente concebido para fazê-lo, a Volvo diz que os KERS tem energia para mover o carro a partir do repouso e mantida a velocidade conforme aceleração. São programados dois modos de funcionamento do veículo, um modo híbrido padrão e um modo Performance.

O primeiro utiliza leve travagem regenerativa para girar o volante e propiciar a potência do KERS na maximização da economia de combustível e redução moderada da carga sobre o motor à gasolina.

Quando conduzido corretamente, o consumo de combustível é reduzido em 25% ainda que considerado um motor turbo de quatro cilindros. A versão reduzida pesaria cerca de 44 kg a menos e não teria um modo Performance, mas poderia reduzir o consumo de combustível até 30%.

No modo Performance, o computador mantém o KERS em um mínimo de 50% de potência para uma resposta imediata. No Full Tilt, a Volvo diz que pode adicionar um impulso de até 80 cv de potência e reduzir em 1.5s o alcance da velocidade de 0 a 100 km/h no modelo S60 turbo de quatro cilindros, tornando-se tão rápido como modelo de seis cilindros turbo da Volvo. Ao todo, o impulso dura cerca de cinco a seis segundos com força total, ou caso não seja utilizado para mover o veículo da condição estacionária e utilizado em velocidade máxima pode chegar a 30 minutos de duração.

O leiaute e a dirigibilidade do Volvo S60 não é muito diferente de dirigir qualquer outro híbrido. A melhor prática é a frenagem prévia e moderada, o suficiente para se obter uma boa carga, mas não é tão difícil como se envolver com firmeza os freios regulares. É sabido que ao contrário de uma bateria, não se pode armazenar a energia por muito tempo. Quanto mais tempo sem utilizá-lo, mais energia é perdida, então a vontade e necessidade de usá-lo de novo imediatamente, para não perdê-lo. Uma vez que o sistema gira rapidamente, não há nenhuma necessidade real para tentar conservar energia ou preocupação se estará disponível quando desejado.

A sensação real não é muito diferente do que um híbrido tradicional, mas há uma resistência óbvia, quando se pisa no pedal de freio e se ativa a travagem regenerativa. Ao acelerar, há um impulso suave, mas firme por trás, um sentimento de entrega de potência mais suave e constante, como um motor elétrico. A única estranheza real é a diferença na forma como os dois motores entregam a potência. Os KERS reage imediatamente com forte potência, enquanto o motor a gasolina leva tempo maior para resposta. Quando se pisa no acelerador, se recebe um suave empurrão da parte traseira do carro e em seguida, um segundo depois, um puxão pela frente, como se o motor a gasolina acordasse e dominasse o KERS. Os engenheiros da Volvo dizem que estão felizes com a atual entrega de potência, mas poderiam programá-lo para fazer os dois reagem em sincronia caso os clientes preferissem.

O Volvo S60 equipado com modo de potência e desempenho 50% maior é um pouco mais a sua caro, porém o KERS age não somente na frenagem, mas como se houvesse um ligeiro arraste da parte traseira, como no reboque de trailer e em estradas sinuosas, onde a frenagem é mais constante, a entrega e explosão de energia é notada no arranque, quantas vezes forem necessárias.

Não é nenhuma surpresa ao saber, então, que esta mesma tecnologia foi testada na Fórmula 1 há alguns anos atrás. Como se observa, o carro com KERS é apenas um protótipo, mas muito próximo do nível de refinamento necessário para a produção. O problema mais óbvio é o ruído produzido, como um spool de turbina à jato em seu tronco. O outro problema é afinar a duas velocidades, conjunto de engrenagens planetárias, já que apenas o equipamento de alta velocidade (acima de 40 km/h) foi trabalhado durante a demonstração.

Então, é claro, existem análises de custo / benefício e estudos de viabilidade que precisam ser feitas, mas as potenciais vantagens são óbvias. É auto-suficiente e pequeno o suficiente se comparado com um sistema híbrido da bateria que pesa cerca de 300 kg, além do custo significativamente inferior, considerando todas aquelas pilhas, cabos e motores elétricos.

Ele também aumenta tecnicamente a dirigibilidade do veículo aumentando desempenho e as possibilidades de segurança. Por enquanto, porém, a Volvo diz que o carro é apenas um experimento. Sobreviveu a inúmeros testes de bancada mas ainda há muito a ser feito. Ainda assim, os engenheiros da Volvo dizem que o padrão das  novas arquiteturas de plataforma e suspensão traseira dos novos modelos da Volvo serão projetadas de modo que seja possível a instalação da unidade KERS, uma vez que a tecnologia demostra ser promissora.

Fontes: How Stuff Works, Motor Trend, HIS Global Spec

Assista na sequência uma animação do sietema desenvolvido pela Volvo....