O KERS na Fórmula 1 é um dispositivo de recuperação cinética que aproveita a energia das freadas para usá-la mais tarde para melhorar o desempenho do carro. Há dois sistemas usados na Fórmula 1, o que transforma essa energia cinética armazenada em um volante cinético em eletricidade que é armazenada em uma bateria que já foi mostrado superficialmente no Porsche 911 GT3 R Hybrid (aqui), e outro que a Volvo pretende instalar em seus carros híbridos, que é somente o uso do volante cinético (em inglês, flywheel ou "roda voadora"), como em carrinhos de fricção combinado com um câmbio CVT toroidal.
Antes de voltar ao volante cinético, "estrela" desse post, vale dar uma explicada sobre o que é um câmbio CVT de polia e toroidal. O CVT que tinha no old Fit e que atualmente está disponível no Nissan Sentra e no Fluence é de correia e polias de largura variável. Quem teve Mobilete ou outro tipo de ciclomotor deve estar familiarizado com isso, já que a maioria absoluta utiliza esse tipo de transmissão. Vamos pegar como exemplo uma bicicleta dessas de 18 marchas, e sabemos que o número de pedaladas que daremos para andar o mesmo percurso varia de acordo com combinação da marcha na coroa (que costuma ser três em mountain bikes e duas em bicicletas de velocidade) e da marcha do pinhão. Se usarmos uma "marcha" maior no volante e uma menor no pinhão daremos menos pedaladas, mas teríamos que usar mais força para tirar a bicicleta da imobilidade. Mas se usarmos a coroa menor e o pinhão maior teremos que dar um número maior de pedaladas, mas usando menos força. O CVT de polia e correia usa o mesmo princípio, com a diferença que as polias não tem tamanho fixo, isto é, elas variam de tamanho e com isso não há troca de marchas. O motor acelera até certo ponto e quando atinge o melhor giro que concilia a maior potência disponível com maior torque, as polias começam a variar de tamanho continuando a aumentar a velocidade. É como se fosse uma coroa e pinhão sem dentes em que a corrente transmitiria a força sem ter que ficar pulando de marcha em marcha, de modo contínuo. Por isso que há relação a chamada relação de marchas "fixas" em um câmbio CVT, para simular a "troca" de marchas, quando na verdade a polia só aumenta e diminui a sua largura alterando a relação de câmbio entre a "coroa" e o "pinhão". O CVT toroidal usa o mesmo princípio do CVT de polias, mas com a diferença que em vez de correias, o que transmite a força são rolamentos de formato de toroide, por isso o nome desse câmbio. Com o desenvolvimento de um tipo de fluido que se cristaliza sobre altas pressões e depois volta ao estado líquido, esse câmbio pôde finalmente ser oferecido em carros de grande porte, por suportarem um torque maior, uma desvantagem dos CVT´s de polia. E é esse tipo de câmbio que a Torotrak pretende conjulgar ao volante cinético.
Voltando ao volante cinético, o que a Volvo, a SKF e a Torotrak, fabricante do câmbio toroidal, financiadas pelo governo sueco, pretendem é reduzir o preço final do veículo e aumentar a eficiência do motor ao reduzir os desperdícios de energia. Em um sistema de recuperação de energia comum, o motor elétrico de um carro híbrido funciona como um dínamo (gerador de energia) quando o carro está freando, e como propulsor quando o carro está acelerando. Mas a energia é convertida em eletricidade que vai para as baterias do veículo, gerando aí perdas pela transformação da energia cinética para elétrica. Depois essa energia elétrica é novamente convertida em mecânica gerando novas perdas. No caso do sistema que as sócias estão desenvolvendo, é usando um volante cinético que gira a até 60 mil rotações por minutos que "armazena" a energia cinética como em um carrinho de fricção quando o motor está acelerando. Para diminuir as perdas por atrito, o volante fica em um compartimento à vácuo e quando solicitado, transfere a energia cinética armazenada para o câmbio toroidal, ajudando a melhorar o torque do motor em baixas rotações e até auxiliando na partida caso se tenha motores com sistema start&stop, quando o motor é desligado durante uma parada prolongada como um semáforo, ou durante as frenagens por exemplo. Com isso é possível utilizar motores menores para fazer o "mesmo serviço" de um motor maior, mantendo o mesmo desempenho e otimizando a economia e as emissões de poluentes, e com uma vantagem: é mais barato que os sistemas híbridos atuais e com a mesma eficiência.
O presidente-executivo da Torotrak, Dick Elsy afirma: "Sentimos uma verdadeira dinâmica no crescimento rápido do mercado para dispositivos que aumentem a eficiência na redução de emissões de CO². A indústria precisa de soluções híbridas com custo-benefício e usando uma unidade de transmissão variável Torotrak em conjugação com um volante de inércia mecânico, tem-se demonstrado capacidade de melhoria na economia de combustível de dois dígitos. "
Derek Crabb, vice-presidente VCC Powertrain Engenharia, completa: "Se os testes e o desenvolvimento tecnológico forem como o planejado, esperamos que os carros com tecnologia de volante cinético possam chegar aos concessionários dentro de poucos anos. A tecnologia de volante cinético é relativamente barata. Pode ser utilizado em maior volume e em muitos dos nossos carros de topo de linha tecnológica, como o plug-in híbrido. Isto significa que ele tem potencial para desempenhar um papel importante em nosso corte de emissões na estratégia "DRIVe Towards Zero".
Nessa ilustração, da esquerda para a direita, o volante cinético acima e abaixo a caixa CVT toroidal acoplada diretamente, no centro o motor de partida e à direita o diferencial que transmite a potência para as rodas.
Ilustração em corte mostra o volante cinético, um "pneu" de fibra de carbono montado em um aro de aço dentro de um compartimento selado à vácuo. Com isso ele pode girar a até 60 mil vezes por segundo para armazenar energia.
Em azul escuro o volante cinético, em bronze a caixa toroidal e em lilás e cinza-azulado o sistema de partida e diferencial que transmitem a força para o semi-eixo em cinza escuro. Em verde claro os pistões hidráulicos do sistema.
