سیستم بازیابی انرژی (ERS) در خودروهای فرمول یک چگونه عمل می‌کند؟
فیا چندی پیش قوانین به روز شده موتورهای فرمول یک را برای سال ۲۰۲۱ اعلام کرد. یکی از مهم‌ترین تغییرات در قوانین جدید به سیستم بازیابی انرژی باز می‌گردد. سیستم بازیابی انرژی حرارتی اگزوز (MGU-H) که جزئی از سیستم بازیابی انرژی (ERS) محسوب می‌شود طبق قوانین جدید حذف خواهد شد. اما ERS در خودروهای فرمول یک چگونه عمل می‌کند و از چه بخش‌هایی تشکیل شده است؟
در خودروهای فرمول یک موتور ۱.۶ لیتری V6 وظیفه تولید نیرو را بر عهده دارد. در چنین موتوری بهینه بودن عملکرد و استفاده حداکثری از تمام منابع موجود اهمیت فراوانی دارد. بنابراین مهندسان با استفاده از سیستم بازیابی انرژی، سعی می‌کنند که تلفات انرژی کاهش پیدا کند، عملکرد موتور بهینه‌تر شده و درنهایت اسب‌بخاری بیش‌تری از آن گرفته شود.
برای درک بهتر اهمیت بسیار زیاد ERS کافیست مقایسه‌ای بین موتور ۱.۶ لیتری حال حاضر و موتور ۲.۴ لیتری V8 سال‌های ۲۰۰۶ تا ۲۰۱۳ داشته باشیم. موتور توروبوشارژر جدید می‌تواند حدود ۷۰۰ اسب بخار تولید کند که ERS به میزان ۱۶۰ اسب‌بخار به این مقدار اضافه می‌کند. مجموع این قدرت تقریبا برابر با موتور قبلی است؛ در شرایطی که موتور جدید ۳۵ درصد مصرف سوخت کمتری دارد.
اما در کنار موتور ۲.۴ لیتری نیز از یک سیستم بازیابی انرژی جنبشی موسوم به KERS نیز استفاده می‌شد. مهندسان با استفاده از KERS توانستند که انرژی تلف شده هنگام ترمزگیری را ذخیره سازی کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. در نتیجه استفاده از این سیستم که در سال ۲۰۰۹ معرفی شد، نیروی خروجی موتورها حدود ۸۰ اسب بخار افزایش پیدا کرد.
برخلاف KERS، در ERS از دو بخش مختلف (MGU-H و MGU-K) استفاده می‌شود. این دو مولد انرژی می‌توانند هم انرژی مکانیکی و هم گرما را به برق تبدیل کنند. در کنار این دو نیز یک سیستم ذخیره انرژی و کنترل الکتریکی نیز قرار می‌گیرند تا سیستم ERS تکمیل شود.
MGU-K
این مولد تقریبا نسخه بهبود شده همان سیستم KERS محسوب می‌شود. در تعدادی از خودروهای هیبرید عادی نیز از سیستم مشابهی برای افزایش کارایی استفاده شده است.
این سیستم انرژی جنبشی تولید شده به هنگام ترمزگیری را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به سیستم ذخیره انرژی (ES) می‌فرستد. البته برای استفاده از انرژی تولید شده در MGU-K محدودیتی وضع شده است؛ به طوری که در هر دور می‌توان از ۲ مگاژول انرژی بازیابی شده ترمز‌ها استفاده کرد.
همچنین به دلیل آنکه این مولد به میل‌لنگ متصل می‌شود، می‌تواند در هنگام شتاب‌گیری نقش یک موتور را نیز عمل کند و قدرت اضافه ۱۶۰ اسب‌بخاری را به راننده ارائه دهد. البته در هر دور، تنها می‌توان برای ۳۳ ثانیه از این قدرت اضافی استفاده کرد.
MGU-H
برخلاف MGU-K، این سیستم تکنولوژی پیشرفته‌تری دارد و آن را کمتر می‌توان در خودروهای عادی دید. MGU-H در توربوشارژر موتور و در جایی میان کمپرسور و توربین قرار دارد و انرژی گرمایی را از گازهای خروجی موتور می‌گیرد و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
این قطعه وظیفه کنترل توربوشارژر را نیز بر عهده دارد و با توجه به نیاز راننده می‌تواند سرعت آن را زیاد یا کم کند. استفاده از چنین سیستمی موجب شده است که تاخیر توربو (توربو لگ) ماشین‌های فرمول یک تقریبا صفر باشد.
انرژی تولید شده توسط MGU-H در MGU-K استفاده می‌شود. این قطعه پیشرفته توانایی بالایی در بازیابی انرژی دارد به طوری که می‌تواند تا ۴ مگاژول را تولید کند. این مقدار تقریبا ده برابر انرژی است که مهندسان می‌توانستند با KERS بازیابی کنند. اما از طرفی MGU-H یکی از پیچیده‌ترین و گران قیمت‌ترین قسمت‌های یک ماشین فرمول یک نیز محسوب می‌شود.
مهم‌ترین مسئله در این سیستم‌ها، محدودیت استفاده از آن‌ها در طول یک فصل است. به طور کلی شش قسمت مختلف وظیفه قدرت رسانی به ماشین را برعهده دارند: موتور، توربوشارژر، MGU-K، MGU-H، ES و.CE. در طول یک فصل هر راننده تنها می‌تواند از چهار عدد از هر یک از این سیستم‌ها استفاده کند .
در صورتی در طول یک فصل، راننده بیش‌تر از چهارتا سیستم را استفاده کند، پنالتی ۱۰ رتبه‌ای برای او درنظر گرفته می‌شود و اگر در مسابقه این موضوع دوباره تکرار شود، یک پنالتی ۵ رتبه‌ای دیگر نیز برای او درپی دارد.
سیستمی با قابلیت شخصی سازی
رانندگان می‌توانند میزان انرژی بازیابی شده در ERS را به دلخواه خود تغییر دهند و نحوه استفاده از سیستم‌های بازیابی را در طول مسابقه از روی فرمان خود تعیین کنند. در این صورت آن‌ها می‌توانند چندین دور را با ذخیره انرژی سپری کرده و سپس در مواقع مورد نیاز از حداکثر انرژی خودروی خود برای ثبت زمان بهتری بهره ببرند.
