Всяко тяло, което се движи, притежава кинетична енергия. Промяната в стойността на кинетичната енергия е величина, която се нарича работа, а работата за определено време – мощност. Така подредени, термините се сработват много добре за формирането на идеята за KERS технологията. Да разгледаме какво точно е предназначението на това инженерно решение.

Когато едно тяло (в случая болид от Формула 1) се движи с някаква скорост, то притежава дадена кинетична енергия. В момента, когато болидът намали скоростта си, то тази енергия също се намалява. Кинетичната енергия е правопропорционална на масата на тялото и също така пропорционална на квадрата на скоростта. От това следва, че намалявайки два пъти скоростта – кинетичната енергия спада четири пъти. Обръщам внимание на тази разлика и ще обясня защо тя е важна. Колкото по-голяма е разликата в енергиите, толкова работата, извършена от силите, е по-голяма. Т.е., когато караме с висока скорост, например 150 км/ч и намалим до 100 км/ч, работата, която се извършва от силите, които карат колата ни да спира, е по-малка от тази, която същите сили ще извършат, за да намалим до 50 км/ч. Тук не е от значение времето, за което ефектът ще се постигне.

Идва моментът, в който ще обясним и последното понятие: ако вземем въпросната работа и отчетем времето, за което е извършена, ще намерим мощността на силите. Т.е. ако намалим от 150 км/ч до 100 км/ч за 5 секунди, ще отделим по-голяма мощност, отколкото, ако го направим за 10 секунди. С внедряването на системата KERS, енергията, отделена при спирането, ще се използва като допълнителна мощност при изпреварвания. За една обиколка болид от Формула 1 ще натрупва разлика от 400kJ (кило-джаула) енергия, която ще се трансформира в двигателна мощност от около 80 к.с. за приблизително 6 секунди.

„KERS ще осигури по-голяма мощност във важни моменти от хода на състезанието, за сметка на така или иначе отиващата на вятъра енергия при спиране”.  Достоверността на подобно кредо, обаче, лесно би била поставена под въпрос, имайки предвид принуденото добавяне на тегло към болидите, вследствие на тежките батерии и съоръжения, обслужващи системата. В областите на техническите науки е въведена количествената мярка ‘Коефициент на полезно действие (КПД)’, който служи за добиване на представа за отношението между вложената енергия и тази получена след трансформирането й от един, в друг вид.

Разглеждайки само двигателите на болидите и новата система, въпросният коефициент неминуемо се увеличава, но когато обърнем внимание на автомобила като цяло, като фактор се появява и теглото му. Увеличаването му, разбира се, води и до намаляване на КПД на болида, но тук идва въпросът до колко това се случва. Работата на инженерите е свързана главно с това, теглото на болидите да се редуцира до минимум след внедряването на системата.

Всеизвестно е, че в състезателните автомобили от Формула 1 има баласт, който се поставя на определени места и в определени количества. Целите за поставянето на тази допълнителна тежест са следните:

1. Да се постигне необходимото тегло, което е дефинирано в правилника на ФИА. Всички болиди имат еднакви собствени маси (без горивото и пилота).
2. Да се измести центърът на тежестта по-ниско, поставяйки баласта в долната част на шасито.
3. Да се променят характеристиките на стабилността, разполагайки баласта на определени места по шасито.

Има две направления, в които компаниите Torotrak, Xtrac и Flybrid Systems, разработващи системата, все още работят. В основата на едното е идеята за трансформирането на енергията в електрическа и акумулирането й. В модерното автомобилостроене технологиите свързани с хибридното задвижване се срещат все повече и повече. Те предоставят по-стабилна графика на ускорението от скоростта. Тук, обаче, има сериозни технически ограничения на бързината на акумулиране на електрическа енергия, като влияние оказва и увеличаването на теглото на болидите. За това се работи и в друго направление, където енергията се натрупва по механичен начин. В сравнение със системите, в които има огромни, тежки батерии, в този случай модулите са далеч по-компактни, ефективни, леки и екологични.

Говори се за типа скоростни кутии „Continuously variable transmissions (CVT)” (Безстъпални скоростни кутии), които представляват скоростни кутии с плавно изменящи се предавателни числа. Докато при обикновените предавателни кутии има фиксирани предавки, с точно определено предавателно число, тук то се изменя плавно от една стойност до друга. След CVT вариатора се поставя маховик. Това е колело/диск с голям инерчен момент, който служи за акумулиране на механичната енергия. (виж снимка 2)

Ето и малко разяснения, относно принципа на действие на системата, дадени от Джон Хилтън от „Flybrid”, Айдриън Мур от „Xtrac” и Дик Елзи от „Torotrak” : Всеки вариатор включва входен диск и разположен срещу него изходен диск. Всеки диск е оформен така, че кухината, създадена от дисковете, е с формата на „поничка”, т.е. тороидалните повърхности на всеки диск образуват тороидална кухина. Две или три ролки се поставят във всяка кухина, като се ориентират така, че външният ръб на всяка ролка да е в контакт с тороидалните повърхности на входния и на изходния диск.

Когато входният диск се върти, мощността се предава през ролките на изходния диск, като го завъртат в обратната посока спрямо входния диск. Ъгълът на ролките определя предавателното число на вариатора и по този начин промяната на ъгъла на ролката влияе на промяната на предавателното число. И така, с ролката, при малък радиус (близо до центъра) на входния диск и при голям радиус (по-близо до периферията) на изходния диск, вариоаторът ще произведе малко предавателно число, подобно на това при „първа скорост”. Премествайки ролката обратно към големия радиус на входния диск и съответстващия малък радиус на изходния диск, предавателното число се увеличава, което осигурява пълна скорост по плавен, безстепенен начин.

Предаването на мощността през контактните повърхности на дисковете и ролките става чрез микроскопичния филм от специално разработен флуид, на база сцепление на молекули с дълга верига. Този флуид отделя повърхностите на ролките от дисковете и самите ролки в контактните (допирните) им точки. Входният и изходният диск се притискат заедно във всеки отделен вариатор. Флуидът за сцепление в контактните точки между дисковете и ролките става с висок вискозитет при това налягане на притискане,  увеличавайки  неговата лепливост (вискозитет) и създава ефективен механизъм за предаване на мощност между въртящи се дискове и ролки.

Така енергията, която се извлича от предаващата движението система, се улавя от вариоатора, когато автомобилът намалява скоростта си и се връща обратно в същата система при ускоряването му.

Тази система съвсем не е  нова в автомобилостроенето. Подобни разработки са използвани в тежкотоварни превозни средства, но за леките автомобили е новост. Именно на най-развития пазар необходимостта от тази новост е налице. В зависимост от решението за конкретното й използване в серийното производство и на леките автомобили, тя ще е голям плюс-било то в иконимията на гориво, един ценен природен ресурс, който ще става все по-търсен за в бъдеще, или пък системата ще рефлектира върху сигурността на автомобилите – резултат от по-добрите показатели при ускоряването във важни ситуации.

В моторните спортове ще допринесе за атрактивността, а конкретно във Формула 1 ще бъде шанс за по-малките отбори, тъй като процесът на внедряване е строго индивидуален за всеки тип.
При всяко положение ще бъде много интересно за всеки почитател и ще се следи всяко инженерно решение. Всяка новост ще бъде изследвана и коментирана.

Използвайки многократно бъдещото време, няма да крия, че наистина нямам търпение да видя реализирана системата, както в състезателните болиди, така и на пазара на леките автомобили. Сигурен съм, че това нетърпение се таи и се споделя от много автомобилисти, както и от хората, които пряко, или непряко са свързани с автомобилната индустрия. Тази иновация ще направи сезон 2009 на Формула 1 по-вълнуващ. С интерес ще наблюдаваме и другите промени, които ще допринесат още повече това да се случи.