運動エネルギー回収システム

運動エネルギー回生システム（KERS ）は、ブレーキをかけた走行中の車両の運動エネルギーを回収する自動車システムです。回収されたエネルギーは、加速時に使用するためにリザーバー（フライホイールや高電圧バッテリーなど）に蓄えられます。例としては、F1レースで使用されているZytek、Flybrid、^[1] Torotrak ^{[2] [3]} Xtracなどの複雑なハイエンドシステムや、ケンブリッジ乗用車/商用車運動エネルギー回生システム（CPC-KERS）などのシンプルで製造と統合が容易な差動ベースのシステムがあります。

Xtrac と Flybrid はどちらも Torotrak の技術のライセンシーであり、無段変速機(CVT)を組み込んだ小型で高度な補助ギアボックスを採用しています。CPC-KERS も同様で、ドライブライン アセンブリの一部を形成します。ただし、フライホイールを含むメカニズム全体が車両のハブ内に完全に収まっています (ドラム ブレーキのように見えます)。CPC-KERS では、差動装置が CVT に取って代わり、フライホイール、駆動輪、ロード ホイールの間でトルクを伝達します。

最初に発表されたシステムはフライブリッドでした。^[4]このシステムの重量は24kg（53ポンド）で、内部損失を考慮した後のエネルギー容量は400kJです。最大出力ブーストは6.67秒間で60kW（81.6PS  、 80.4HP）です。直径240mm（9.4インチ）のフライホイールの重量は5.0kg（11ポンド）で、最大64,500rpmで回転します。フライホイールの最大トルクは18Nm（13.3フィートポンド）で、ギアボックス接続部のトルクは速度の変化に応じて高くなります。このシステムの容積は13リットルです。^[4]

すでに 2006 年には、EPFL (ローザンヌ連邦工科大学) で「Formula S2000」の開発の一環として、スーパーキャパシタに基づく最初の KERS システムが研究されていました。180kJ のシステムは、他の研究機関と共同で開発されました (レースカー アプリケーション向けハイブリッド推進システムのマルチフィジックス モデリング、A. Rufer、P. Barrade、M. Correvon、J.-F. Weber、iamf EET-2008: European Ele-Drive Conference、International Advanced Mobility Forum、ジュネーブ、スイス、2008 年 3 月 11 ～ 13 日)。

2008年にさまざまなKERSシステムのテスト中に2件の小さな事故が報告された。1件目はレッドブル・レーシングチームが7月に初めてKERSバッテリーをテストした際に発生した。バッテリーが故障して火災の恐れがあり、チームの工場から避難する事態となった。^[5] 2件目はそれから1週間も経たないうちに、BMWザウバーのメカニックがヘレス・サーキットでのテスト中にクリスチャン・クリエンのKERS搭載車に触れて感電した。^[6]

F1は世界の環境問題に対する責任ある解決策を支持すると表明しており、^[7] FIAは2009年のF1シーズンの規則で60kW（82PS、80bhp）のKERSの使用を許可した。^[8]チームは2008年にシステムのテストを開始した。エネルギーは機械的エネルギー（フライホイールなど）または電気エネルギー（バッテリーまたはスーパーキャパシタなど）として貯蔵することができる。^[9]

2009年シーズンにKERSが導入されたが、シーズンのある時点でそれを使用していたのは、フェラーリ、ルノー、BMW、マクラーレンの4チームのみだった。結局、シーズン中にルノーとBMWはこのシステムの使用を中止した。ニック・ハイドフェルドは、マレーシアグランプリでKERS搭載車で表彰台を獲得した最初のドライバーとなった。マクラーレン・メルセデスは、 2009年7月26日のハンガリーグランプリでルイス・ハミルトンが優勝し、KERS搭載車でF1 GPに勝利した最初のチームとなった。彼らの2台目のKERS搭載車は5位でフィニッシュした。次のレースで、ルイス・ハミルトンはKERS車でポールポジションを獲得した最初のドライバーとなり、チームメイトのヘイキ・コバライネンは予選2位となった。これは、KERS車がフロントローを占めた最初の例でもあった。KERSがレース勝利に直接貢献したのはこれが初めてであり、2位のジャンカルロ・フィジケラは「実際、僕はキミよりも速かった。彼が僕を追い抜いたのは、序盤にKERSがあったからだけだ」と主張した。^[10]

2010年シーズンのF1ではKERSはまだ合法であったが、すべてのチームがそれを使用しないことに同意していた。^[11] 2011年F1シーズンの新ルールでは、車両とドライバーの最小重量制限が20kg引き上げられて640kgとなり、^[12] FOTAチームが再びKERSデバイスの使用に同意したため、KERSは2011年シーズンに復活した。^[13] KERSの使用は2009年シーズンと同様に任意であり、2011年シーズンの開始時に3チームがそれを使用しないことを選択した。^[14]

ウィリアムズF1は独自のフライホイールベースのKERSシステムを開発したが、パッケージングの問題からF1マシンには採用しないことを決定し、代わりに独自の電気KERSシステムを開発した。しかし、彼らは自社の開発を販売するためにウィリアムズハイブリッドパワーを設立した。2012年に、アウディルマンR18ハイブリッドカーがウィリアムズハイブリッドパワーを採用すると発表された。^[15]

2014年以降、KERSユニットの出力容量は60キロワット（80馬力）から120キロワット（160馬力）に増加した。これは、2.4リッターV8エンジンから1.6リッターV6ターボエンジンへの移行のバランスを取るために導入された。^[16]

ボッシュ・モータースポーツ・サービスは、モーターレースで使用するためのKERSを開発しています。ハイブリッドおよびエンジン機能用のこれらの電力貯蔵システムには、スケーラブルな容量またはフライホイールを備えたリチウムイオン電池、4～8キログラムの電気モーター（最大出力レベル60kW（81馬力））、および電力とバッテリー管理用のKERSコントローラーが含まれています。ボッシュは、商用および軽量用途向けのさまざまな電気ハイブリッドシステムも提供しています。^[17]

いくつかの自動車メーカーがKERSシステムをテストしている。^[18] 2008年のシルバーストーン1000kmレースで、プジョー・スポールはディーゼル908のハイブリッド電気バージョンでKERSを搭載したプジョー908 HYを発表した。プジョーは2009年のル・マン・シリーズシーズンにこの車で参戦する予定だったが、チャンピオンシップポイントを獲得することはできなかった。^[19]

マクラーレンは2009年のF1シーズンに備えて2008年9月にヘレスでKERSシステムのテストを開始したが、その時点では電気システムと機械システムのどちらを運用するかはまだわかっていなかった。^{[20] 2008年11月、}フリースケール・セミコンダクタがマクラーレン・エレクトロニック・システムズと提携し、 2010年以降マクラーレンのF1カー向けのKERSをさらに開発すると発表された。両者は、この提携によりマクラーレンのKERSシステムが改善され、その技術をロードカーに移植するのに役立つと信じていた。^[21]

トヨタは、 2007年7月に十勝24時間耐久レースで優勝したスープラHV-Rハイブリッドレースカーに回生用のスーパーキャパシタを採用した。このスープラは、モータースポーツ史上初めてこのようなレースで優勝したハイブリッド車となった。^[22]

2011年のNAIASで、ポルシェはポルシェ918コンセプトカーのRSRバージョンを発表しました。これは、フライホイールベースのKERSを使用しており、助手席側の運転席に設置され、前輪を駆動するデュアル電気モーターと後輪を駆動する565 BHPのV8ガソリンエンジンを合計767 BHPの出力にブーストします。このシステムには、フライホイールによって車両に生じる不均衡など、多くの問題があります。ポルシェは現在、電気貯蔵システムを開発しています。^[23]

マツダは2011年に、減速時に可変電圧オルタネーターを使用して運動エネルギーを電力に変換するシステムであるi-ELOOPを発表しました。二重層コンデンサに蓄えられたエネルギーは、車両の電気システムに必要な電力を供給するために使用されます。マツダのスタートストップシステムであるi-Stopと併用すると、最大10％の燃料節約が可能になると主張しています。^[24]

ボッシュとPSAプジョー・シトロエンは、圧縮窒素タンクとの間でエネルギーを伝達する方法として油圧を使用するハイブリッドシステムを開発した。プジョー208のようなコンパクトなフレームの場合、 NEDCサイクルで2.9 L/100 km（81 mpg、69 g CO ₂ /km）に相当する最大45％の燃料消費量削減が主張されている。このシステムは、競合する電気システムやフライホイールシステムよりもはるかに手頃な価格であると主張されており、2016年までに公​​道車に搭載されると予想されていたが、2015年に断念された。^{[25] [26]}

2020年、フィアットはKERS技術を搭載したフィアットパンダマイルドハイブリッドシリーズを発売した。 ^[27]

KTMのレーシング責任者ハラルド・バルトルは、 2008年のバレンシア州モーターサイクルグランプリの125ccレースで、小山知良のバイクに秘密の運動エネルギー回生システムを取り付けてレースをしたことを明らかにした。小山は7位でフィニッシュした。^[28]このシステムは後に違法と判断され、禁止された。^[要出典] Lit C-1電動バイクも回生ブレーキシステムとしてKERSを使用する予定である。^[29]

KERSは自転車でも使用可能です。EPAはミシガン大学の学生と協力して、油圧回生ブレーキ発進アシスト（RBLA）を開発しました^[30]

これは、自転車のフレームにフライホイールを取り付け、CVTで後輪に接続することでも実証されています。ギアをシフトすることで、運動エネルギーの20％をフライホイールに蓄えることができ、ギアを再シフトすることで加速を高めることができます。^[31]

ル・マン24時間レースとル・マン・シリーズの主催者であるフランス西部自動車クラブは、 2000年代後半からLMP1クラスでの運動エネルギー回生システムの使用を推進してきた。 ^[32]プジョーは、 2008年にシルバーストーンで開催されたオートスポーツ1000kmレースで、908 HYという完全に機能するLMP1カーを発表した最初のメーカーとなった。 ^[33]

2011年のル・マン 24 時間レースでは、Hope Racing がフライブリッド システムズの機械式 KERS で参戦し、ハイブリッド車でこのイベントに出場する初の車となりました。このシステムは、車両との間でトルクを伝達する高速スリッピング クラッチと、60,000 rpm のフライホイールで構成されています。^{[引用が必要]}

アウディとトヨタは、2012年と2013年のル・マン24時間レースに向けて、運動エネルギー回生システムを搭載したLMP1カーを開発しました。アウディR18 e-tron quattroはフライホイールベースのシステムを使用し、トヨタTS030ハイブリッドはスーパーキャパシタベースのシステムを使用しています。ポルシェは2014年にル・マンへの復帰を発表した際に、運動エネルギー回生システムを搭載したLMP1カーも発表しました。 2014年に発表されたポルシェ919ハイブリッドは、フライホイールシステムを使用していた以前のポルシェ911 GT3 Rハイブリッドとは対照的に、バッテリーシステムを使用しています。

カーボンファイバー製フライホイールを使用したKERSは、もともとウィリアムズF1レーシングチーム向けに開発されたもので、既存のロンドンの 2階建てバスに後付けできるように改良されている。2014年から2016年にかけてゴーアヘッドグループのバス500台にこの技術が搭載され、燃費が約20％向上すると見込まれている。^[34]この技術を開発したチームは、 2015年にロイヤルオートモービルクラブのデュワートロフィーを受賞した。 ^[35]

パリー・ピープルムーバー鉄道車両は、小型エンジンと大型フライホイールを使用して走行します。このシステムは回生ブレーキもサポートしています。^[36]

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