Perinteiset jarrut ja niin kutsuttu menetetty energia
Jarrutekniikka ei ole muuttunut kokonaan viimeisen sadan vuoden aikana, mutta regeneratiivinen jarrutus edustaa merimuutosta tavalla, josta ajattelemme jarrutusta. Ensiaskeleet ovat olleet pitkälti iteratiivisia eikä innovatiivisia, kuten siirtyminen rumpujarrusta disk jarruihin. Fysikaalisissa materiaaleissa on myös tapahtunut merkittäviä edistysaskeleita jarrupalojen valmistuksesta, mikä on johtanut kitkamateriaaleihin, jotka kestävät pidempään, aiheuttavat vähemmän pölyä ja aiheuttavat vähemmän melua. Teknologiat, kuten lukkiutumattomat jarrut, ovat myös tehneet jarrutekniikan turvallisemmaksi, mutta kineettisen energian lämpöön siirtymisen periaate on pysynyt muuttumattomana.
Perinteiset jarrut toimivat hyvin, mutta ne ovat erittäin tuhlaavia. Joka kerta, kun painat jarrupoljinta alaspäin, tehokkaasti puristat pyörääsi tuhansilla painoilla hydraulipainetta. Tarkka mekanismi käsittää levyjen muotoiset metalli-roottorit, jotka on sijoitettu kunkin rengas- ja pyörännavan väliin, puristetaan orgaanisten, metallisten tai keraamisten jarrupalojen välillä. Vanhemmissa ajoneuvoissa käytetään vähemmän tehokkaita rumpuja ja jarrukenkiä. Kummassakin tapauksessa ajoneuvo hidastuu johtuen valtavasta kitkasta, joka syntyy tyynyjen ja levyjen tai kenkien ja rummuten välillä. Tämä kitka lähinnä muuttaa kineettistä energiaa lämpöenergiaksi (ja joskus paljon melua), ja autosi hidastuu seurauksena.
Perinteisiin jarruihin liittyvä ongelma on se, että moottorisi oli kulutettava paljon polttoainetta, jotta tämä liike-energia syntyisi, ja se on olennaisesti hukkaan, kun jarrut muuttavat sen lämpöksi. Järjestelmällisen jarrutuksen perusajatuksena on se, että erilaisilla tekniikoilla voidaan ottaa osaa tästä kineettisestä energiasta, muuntaa se sähköksi ja käyttää sitä uudelleen.
Miten regeneratiiviset jarrut toimivat?
Jäähdytystekniikan yleisin muoto muodostaa sähkömoottorin generaattorina, minkä vuoksi regeneratiiviset jarrut löytyvät usein hybridi- ja sähköajoneuvoista. Normaalikäytössä sähkömoottori vetää virtaa akusta ja käyttää sitä ajoneuvon liikuttamiseen. Kun jarrupoljinta painetaan, sähkömoottori pystyy kääntämään tämän prosessin ja syöttämään sähköä takaisin akkuun. Tämä voi auttaa pitämään akun latautumisen ilman sähköauton kytkemistä tai hybridin virrankytkimen käyttämistä, mikä lisää tehokkuutta.
Koska regeneratiiviset jarrut kääntävät tehokkaasti kineettistä energiaa sähköksi, he pystyvät hidastamaan ajoneuvon alaspäin. Jälleen regeneratiivisen jarrujärjestelmän tehokkuuteen on kuitenkin rajoituksia. Yksi tärkeimmistä seikoista on se, että regeneratiiviset jarrut eivät toimi hyvin matalilla nopeuksilla kuin suurilla nopeuksilla. Järjestelmän jarrujen ominaisrajoituksen takia useimmilla ajoneuvoilla on myös täydentävä perinteinen jarrujärjestelmä.
Regeneratiivisten jarrujen rajoitukset
Jäähdytystehokkuuden luonnollisen pudotuksen lisäksi matalilla nopeuksilla tekniikka kärsii myös muista rajoituksista. Joitakin merkittävimpiä ovat:
- Jälleenkytkentäinen jarrutus toimii vain "vetopyörillä".
- Regeneratiiviset jarrut eivät yleensä tarjoa tarpeeksi jarrutusvoimaa paniikkien pysäytysolosuhteissa.
- Regeneratiivisen järjestelmän tehokkuutta rajoittavat tekijät, kuten energian varastointijärjestelmän kapasiteetti ja sähkömoottorin teho.
- Perinteiset regeneratiiviset järjestelmät ovat ristiriidassa ei-sähköisten, ei-hybridiajoneuvojen kanssa.
- Jotkut regeneratiiviset järjestelmät pakotetaan käyttämään täydentävää "dynaamista jarrutusta", joka ei säilytä regeneroitua kineettistä energiaa.
Kapasitiiviset jarrut ja perinteiset polttomoottorit
Koska regeneratiiviset jarrujärjestelmät ovat tyypillisesti riippuvaisia sähkömoottoreistaan sähkön tuottamiseksi, ne ovat luontaisesti yhteensopimattomia polttomoottoreita käyttävien ajoneuvojen kanssa. On kuitenkin olemassa joitain vaihtoehtoisia regenerointitekniikoita, joita voidaan soveltaa perinteisiin polttomoottoreihin. Eräs tällainen järjestelmä käyttää suuria kondensaattoreita nopeasti varastoimaan ja vapauttamaan sähköä, joka sitten kulkee asteen muuntajan läpi. Tämän jälkeen 12 V: n ulostulo syötetään ajoneuvon sähköjärjestelmään, joka kuormittaa moottoria. Tällä tekniikalla pystytään parantamaan polttoainetehokkuutta jopa 10 prosentilla, vaikka se on vielä alkuvaiheessa.
Mitä autot käyttävät regeneratiivisia jarruja?
Useimmat hybridit ja sähköautot käyttävät jonkinlaista regeneratiivista jarrujärjestelmää. OEM-valmistajat, kuten Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota ja Tesla, olivat kaikki mukana varhaisessa vaiheessa regeneratiivisella jarrutustekniikalla hybridi- ja sähköajoneuvoissaan. Ei-hybridiautot, jotka käyttävät jonkinlaista regeneratiivista jarrutusta, ovat huomattavasti harvinaisempia, mutta BMW ja Mazda olivat molemmat tekniikan varhaisia käyttöönottimia tietyissä malleissa.