Як працює гібридна технологія Nissan e-Power зі змінною компресією ДВЗ
Гібриди мають різні технічні рішення. Компанія Nissan обрала дуже індивідуальний підхід і розробила для цього трициліндровий двигун зі змінним ступенем стиснення.
Кілька років тому компанія Nissan розробила дволітровий двигун VCT (VCT = Variable Compression Turbo) зі змінною компресією. Автомобілі Infiniti з таким двигуном успішно продаються в США, Японії та Китаї. В Європі складна концепція була забута після того, як Infiniti пішла з ринку. Однак зараз двигун, 1,5-літровий трициліндровий, повернувся з позначенням e-Power Hybrid.
Система e-Power від Nissan працює дещо інакше, ніж звичайні гібриди. Бензиновий двигун з турбонаддувом не має прямого наскрізного приводу на колеса, а також відсутня звичайна коробка передач.
Подібні конструкції були в BMW i3 або Opel Ampera, але в обох випадках бензиновий двигун слугував подовжувачем ходу. Qashqai відрізняється від них. Відносно невелика літій-іонна батарея вагою 58 кг має ємність лише 2,1 кВт-год, складається з 96 елементів і може забезпечити до 66 кВт у короткостроковій перспективі. Тому довші поїздки виключно на електротязі неможливі; Nissan вказує, що запас ходу на електротязі становить від 3 до 4 кілометрів.
Чому так мало? Nissan розглядає систему e-Power як проміжну технологію, яка має свої переваги, особливо в міських умовах. Не секрет, що більшість водіїв плагін-гібридів рідко підключають свій автомобіль до електромережі; чимало з них їздять виключно на двигуні внутрішнього згоряння. Це означає, що переваги плагін-гібрида не можуть бути використані, а вплив на навколишнє середовище не зменшується, а навпаки, збільшується.
Технічна версія Qashqai тепер виглядає так: трициліндровий бензиновий двигун видає 115 кВт/156 к.с. і 250 Нм., синхронний електродвигун Bosch видає 330 Нм і 140 кВт/190 к.с. Бензиновий двигун виробляє електроенергію за допомогою генератора, яка або подається в акумулятор через інвертор, або приводить в рух передні колеса безпосередньо через електродвигун, або і те, і інше одночасно.
Вирішальним фактором тут є відповідна ситуація на дорозі. Це управління повністю автоматичне. У всіх випадках привід виключно електричний; немає ніякого механічного проміжного приводу від двигуна до приводних валів. За даними WLTP, витрата бензину Qashqai вагою майже 1,7 тонни становить 5,3 л/100 км. Дизель був би дещо економнішим, але він вже не користується попитом у Європі з політично вмотивованих причин. Для порівняння Qashqai з виключно бензиновим двигуном потужністю 116 кВт витрачає 6,4 л/100 км по циклу WLTP.
Значні відмінності в циклі WLTP можна інтерпретувати на основі профілю водіння. Хоча батарея Qashqai відносно невелика, частка електроприводу в міському русі становить 79%, 65% на дорозі (< 100 км/год) і 29% на автомагістралі (> 100 км/год). Це дає Nissan перевагу в споживанні палива приблизно на 7,5 відсотка порівняно з м’якими гібридами конкурентів. До речі, можливий запас ходу Qashqai VCT становить понад 1000 км завдяки великому 55-літровому баку.
1,5-літровий зі змінною компресією (VCT)
Функція важільної системи не одразу очевидна. Центральним елементом двигуна є багатоланкова система, яка дозволяє безперервно змінювати ступінь стиснення двигуна. Це досягається за допомогою проміжного валу, який за допомогою серводвигуна з’єднаний з багатоланковою системою на колінчастому валу, а там – з основою шатуна за допомогою двох плечей важеля.
Таким чином регулюється висота ходу поршня. Залежно від відповідних умов руху та команд керування блок керування може безперервно регулювати оптимальний ступінь стиснення в діапазоні від 8 : 1 (для високої потужності) до 14 : 1 (для високої економічності). Низький ступінь стиснення забезпечує вищі оберти двигуна і, відповідно, більшу потужність. Однак у діапазоні часткових навантажень, коли впорскується невелика кількість палива, важлива максимальна ефективність. Регулювання можна здійснювати безперервно. Nissan оцінює ККД двигуна на рівні близько 40%, що значно вище, ніж у звичайних трициліндрових бензинових двигунів з прямим впорскуванням, і лише трохи нижче найкращих показників для дизельних двигунів легкових автомобілів.
Система працює наступним чином: електродвигун з’єднаний з редуктором гармонічного приводу (Harmonic Drive) за допомогою важеля управління. кут повороту Harmonic Drive визначає відповідний ступінь стиснення. Змінний кут налаштування передається на вал управління за допомогою короткого важеля. Він, у свою чергу, через інший важіль впливає на багатоланковий механізм, який розташований безпосередньо на колінчастому валу. Висота верхньої мертвої точки окремих поршнів регулюється шляхом зміни кута нахилу багатоланкового важеля – це і є фактична зміна ступеня стиснення. Зміщений важіль управління змінює положення ходу поршня в усіх циліндрах одночасно.
Завдяки спеціальній геометрії багатоланкової системи шатуни під час циклу згоряння знаходяться майже вертикально, замість того, щоб продовжувати рухатися вбік. Це зменшує бічне зусилля поршневих кілець на гільзу циліндра, що знижує тертя в двигуні. Хоча багатоланкова система зменшує бічну силу поршнів і, відповідно, тертя, складність багатоланкової системи з численними точками опори значно збільшує її.
Так зване дзеркальне покриття стінок циліндра зменшує тертя приблизно на 40 відсотків. У процесі виготовлення стінки циліндра напилюються спеціальним плазмовим струменем. Потім покриття загартовується і тонко шліфується. Це робить стінку циліндра особливо гладкою з мікропористою шорсткістю для стабільної масляної плівки, а двигун працює ще плавніше. Блок двигуна і циліндр нового приводу виготовлені з легких алюмінієвих сплавів, а багатоланкові компоненти – з твердого сталевого сплаву.
Завдяки спеціальній конструкції багатоланкового механізму двигун VCT працює значно тихіше, ніж звичайні рядні двигуни. Він виробляє менше 50 відсотків вібрацій від звичайного триланкового двигуна і не потребує балансирних валів. Крім того, бортова акустична система відтворює в салоні цілеспрямовані звуки, щоб згладити частотні піки від приводу і таким чином знизити рівень шуму. Мікрофони в обшивці стелі вимірюють поточний рівень шуму.
Режим руху
Все і вся в приводі e-Power – це система керування. Головне тут – максимально ефективна робота двигуна, який працює на постійній і низькій частоті обертання якомога більше часу. Поточна швидкість завжди повинна відповідати прискоренню, так само, як клієнт звик до «звичайних» транспортних засобів. Як згадувалося вище, двигун внутрішнього згоряння не приводить в рух колеса безпосередньо, а приводить в рух електродвигун, який виконує роль генератора і передає енергію через інвертор на ведучі колеса.
Робоче вікно двигуна лежить в діапазоні від 1500 до 5800 об/хв. Коли потреба в енергії низька, ступінь стиснення знаходиться у верхньому діапазоні до 14:1, що зменшує споживання та викиди, але збільшує ефективність. При високому навантаженні система безперервно знижує ступінь стиснення до 8:1. З точки зору управління, для Nissan важливо, щоб швидкість і тяга відповідали один одному, а не були роз’єднані, як у трансмісії CVT, що призводить до руйнівних наслідків. Тому Nissan збільшує або зменшує частоту обертання двигуна поступово.
Створення потужності Qashqai більше нагадує електромобіль. Коли ви натискаєте на газ, ви можете відчути спонтанну передачу потужності 330 Нм електродвигуна. З 0 до 100 км/год він розганяється за 7,9 секунди. При такому повному навантаженні крутний момент передається від двигуна внутрішнього згоряння безпосередньо через інвертор на електродвигун, а звідти – на приводні вали. Гальмування – 0,2 g можливе за допомогою функції однієї педалі – працює система рекуперації та заряджання акумулятора. Рівенб рекуперації можна встановити вручну за допомогою кнопки e-pedal або за допомогою режиму B на важелі перемикача передач. До речі, Nissan також пропонує варіанти приводу без гібридної складової. У Nissan X-Trail 1.5 VCT цей двигун працює в парі з трансмісією CVT. Основні дані: 120 кВт/163 к.с. і 300 Нм. За даними WLTP, майже 1,7-тонний X-Trail споживає 7,1 літра, а з приводом e-Power – лише 5,7 літра. Втім, дизельний двигун з обертовим моментом 340 Нм, який, на жаль, вже не випускається, був набагато кращим, витрачаючи близько 5,5 л.
Коментарі