En un
artículo anterior sobre un sistema de enfriamiento de frenos de fluido, describí la situación actual hoy. Si consideramos este sistema en el marco del ICE clásico, entonces el desarrollo aquí es muy limitado, pero con el advenimiento de una potencia de frenado adicional en el automóvil: recuperación en híbridos y automóviles eléctricos, la situación puede cambiar.
La recuperación realiza la mayor parte del trabajo de los mecanismos de frenado a cargas bajas y medias. No es ningún secreto que el recurso de las pastillas de freno en los vehículos eléctricos es casi dos veces mayor según las normas de servicio.
Parecería, ¿por qué entonces a un vehículo eléctrico de refrigeración líquida? ¡Esto es sobrepeso y el riesgo de fuga de líquido! Tales deficiencias, en general, determinaron el destino de este sistema en el pasado para la producción en masa de automóviles, pero en el caso de un automóvil híbrido eléctrico, aparecen factores adicionales.
El primero, y probablemente el principal , es la posibilidad de generar calor durante el frenado y usarlo para calentar la cabina (sin inútil disiparlo al medio ambiente).
Por supuesto, esto no resolverá el problema de calentar la cabina por completo, pero reducirá los costos de energía de la fuente de energía principal. Incluso en vehículos híbridos, la posibilidad de generar calor adicional permitirá ahorrar combustible. Los motores híbridos durante el funcionamiento intermitente tienen tiempo para "enfriarse" durante el funcionamiento del motor eléctrico; como resultado, se gasta combustible adicional para alcanzar la temperatura de funcionamiento.
No es casualidad que BMW esté utilizando métodos cada vez más sofisticados para preservar el calor del motor, y las "cortinas" ajustables de las entradas de aire delanteras pronto serán seguidas por recubrimientos que convertirán el motor en una especie de termo. La disminución en el desplazamiento del motor cambia el problema de "¿Cómo enfriar el motor?" en "¿Cómo mantenerse caliente?"
Una opción prometedora para la conservación de energía son los acumuladores de calor. El problema aquí es principalmente en la intensidad energética del disco y su masa. Si hay una fuente adicional de energía para "cargar" esta batería, se puede ampliar el rango de uso de dichos dispositivos.
En un automóvil eléctrico, dicho dispositivo de almacenamiento de calor es más necesario que en un híbrido, y lo más importante, hay más espacio para la colocación en un automóvil eléctrico que en un híbrido.
El maletero delantero está bien adaptado para acomodar el "termo" térmico. Dicha colocación tendrá ventajas adicionales, de las que hablaremos más adelante.
El segundo factor es exactamente lo contrario: el uso de calefacción al frenar el estacionamiento (cuando está conectado a la red), para reducir los costos de energía al comienzo del movimiento. En primer lugar, para mantener la temperatura óptima de los cojinetes de las ruedas. En el camino, esto resolverá el problema de congelar almohadillas en algunas máquinas.
Los híbridos PHEV ahora le permiten calentar el automóvil cuando está conectado a la red. Calentar el interior es ciertamente bueno, pero calentar el interior de la suspensión y la transmisión será una solución aún mejor para la confiabilidad y durabilidad del automóvil.
¿Recuerdan con qué frecuencia en las recomendaciones sobre el inicio del movimiento en clima helado hablan de "calentar los elementos de suspensión"? Los híbridos tienen la oportunidad de calentar la suspensión, pero en un automóvil eléctrico no existe tal fuente en principio. ¿Es lógico ahora asumir que el fracaso de la suspensión en el invierno en un automóvil eléctrico no siempre es el mérito de componentes de baja calidad y el "síndrome del propietario de un automóvil eléctrico"?
El tercer factor es la capacidad de usar frenos de tambor en un automóvil. Esto eliminará el exceso de fricción de las pastillas contra el disco de freno, ya que en los frenos de tambor siempre hay un espacio entre la superficie del freno y la zapata. La ecología de la abrasión de las almohadillas también estará en la parte superior, ya que los productos de abrasión pueden capturarse parcialmente en el tambor, lo que es fundamentalmente imposible en los frenos de disco.
¿Probablemente muchos pensaron que yo era demasiado quisquilloso con el tema ambiental? ¿Las almohadillas afectan el medio ambiente y los neumáticos?
Aquí la respuesta será simple: los neumáticos son el inevitable "mal", sin el cual, en principio, el movimiento es imposible. Las condiciones de trabajo son diferentes, como es el resultado. Aunque vale la pena reconocer que la composición de muchos neumáticos ya se ha "vuelto verde" (lo que realmente ha afectado su durabilidad).
Es decir la temperatura de la abrasión de las almohadillas en el disco simplemente no deja la posibilidad de la formación de componentes "ecológicos", incluso si tenemos en cuenta el hecho de que son "verdes" (no basados en el asbesto).
Otra característica útil cuando se usan frenos de tambor es la conservación de la energía térmica dentro del tambor. La principal desventaja será una ventaja para el sistema líquido. En general, el "enfriamiento líquido" en los frenos de disco en automóviles del artículo anterior no es completamente líquido. Más bien, es un factor de enfriamiento adicional para un disco de freno bien desinflado. Si se usan frenos de tambor, el proceso de enfriamiento será más fluido.
El cuarto factor : en presencia de frenos de tambor, esta es la aerodinámica "ideal" del disco. No es necesario ventilar los frenos: ¡puede cerrar la rueda con una tapa aislante de calor continua! En este caso, el "calor adicional" no será superfluo para un sistema de enfriamiento líquido: calefacción.
Un factor adicional para facilitar tales discos será la ausencia de la necesidad de contar los orificios de ventilación en la rueda, que son puntos de resistencia reducida y, por lo tanto, afectan el peso final del producto.
Una rueda monolítica siempre es más resistente que una "con fugas", por lo tanto, puede estar hecha de materiales menos duraderos, con un margen similar de rigidez estructural. En este caso, sugiero varios tipos de plásticos y compuestos reforzados con fibra de carbono (ya existen en nuestro tiempo, pero la carga en la rueda no permite que sean lo suficientemente baratos debido a la forma compleja en la producción).
El quinto factor es el uso de termopares. Dado que el calor crea una diferencia de temperatura significativa, puede recuperar algo de energía lenta pero seguramente convirtiendo el calor en electricidad.
Un ejemplo simple de cómo funciona un generador de calor.
Hasta ahora, en la práctica, el uso de la diferencia de temperatura ha sido probado por BMW.
Para la prueba, se colocó un generador termoeléctrico basado en teluro de bismuto, que convierte la diferencia de temperatura del refrigerante y los gases de escape en corriente, junto al tubo de escape. Con unas dimensiones de 300x100 mm, produce unos 600 vatios. La desventaja es cierta en las condiciones necesarias para tal potencia: la velocidad es de 60 km / h (más baja debido a una caída en la diferencia de temperatura, la salida es casi cero).
La conversión de calor en electricidad también se puede hacer sin temperaturas tan altas. Por ejemplo, usando
vapor y agua fría.El sexto factor es el uso de una "bomba de calor" basada en el procesamiento del calor del sistema de enfriamiento del freno. Esto resolverá el problema de limitar la temperatura exterior durante el funcionamiento (en los vehículos eléctricos Nissan Leaf, así como en muchos acondicionadores de aire, el sistema se apaga automáticamente cuando hay una temperatura baja bajo cero para protección contra las heladas).
El séptimo factor es la solución al problema de recuperación con una batería llena de un automóvil eléctrico, debido al uso de esta energía para calentar la cabina, el maletero delantero, etc. Dado que el proceso con un exceso de energía de frenado se llevará a cabo de acuerdo con el esquema de conversión de energía "largo", terminaremos con una carga menor en el sistema de frenos y un flujo de calor más controlado. Este caso de uso es necesario para descender de las montañas, donde la cantidad de energía del frenado superará las necesidades del automóvil. Ahora, a veces incluso ponen un freno de montaña especial en un equipo especial, además del sistema de freno y el freno de mano habituales, por lo que esto resolverá no solo el problema térmico, sino también el freno.
Y ahora pongámoslo todo junto.
El diseño resultante parece más complicado de lo habitual, pero no veo ninguna otra opción para devolver la energía perdida. Hasta que se logre una recuperación de energía del 100%, esta opción será relevante.
Parcialmente, el problema del aumento de la masa de las ruedas también se puede resolver repitiendo el diseño de los mecanismos de freno Citroen 2CV y Alfa Romeo 75-90.
El "francés" no tenía mecanismos de freno en el centro.
Para 2CV, los frenos delanteros (1.) se ubicaron en la caja de la caja de engranajes, en los ejes del eje, lo que redujo la masa no suspendida y suavizó la marcha.
El mismo esquema, solo en la versión limitada de tracción trasera, se utilizó en el Alfa Romeo 75-90.
Por lo tanto, es posible para las ruedas traseras y no es necesario instalar un sistema de enfriamiento en el cubo ...
A primera vista, las tuberías adicionales del sistema de enfriamiento solo aumentarán el número de unidades hidráulicas, pero aquí también son posibles las opciones de salida.
Para frenar en el estacionamiento con un freno de mano, ya se está utilizando un accionamiento eléctrico en algunos modelos de automóviles.
En el futuro, es posible utilizar un freno de cuña electrónico (Electronic Wedge Brake).
Este mecanismo de frenado se desarrolló en el centro aeroespacial alemán y luego se desarrolló en Siemens VDO. El diseño del freno tiene la posibilidad de autoamplificación durante la operación y puede funcionar con un voltaje estándar en el automóvil (12 voltios).
Estructuralmente, tales mecanismos de frenado están adaptados para su uso en frenos de disco, pero el
principio de autorrefuerzo también se encuentra en algunos mecanismos de tambor.
Por lo tanto, crear un freno de tambor electrónico, sujeto a indicadores estables de temperatura dentro del tambor, es bastante realista.
PD: las consecuencias de reducir la temperatura máxima en la rueda pueden afectar a otros elementos de suspensión.