Samochody o napędzie hybrydowym są stale rozwijane i udoskonalane. Kolejne modele samochodów poszczególnych producentów wyposażane są w różnorodne rozwiązania, mające pomóc wykorzystać połączenie silnika spalinowego i elektrycznego. Opracowany przez Nissana napęd e-POWER to przykład takiego pomysłu. Czym wyróżnia się ten napęd na tle innych aut hybrydowych? Jak zbudowany jest ten napęd i jakie niesie ze sobą korzyści? Poznaj nowinkę od japońskiej firmy, która może Cię zaskoczyć!
Chociaż pionierem współczesnych napędów hybrydowych w samochodach jest Toyota, która już ponad 20 lat temu wprowadziła do sprzedaży model Prius, to jak większość rozwiązań motoryzacyjnych, nie była to całkowita nowość. Samochody spalinowo-elektryczne powstawały już u zarania motoryzacji. Na początku XX wieku tworzył je między innymi Ferdynand Porsche, który w 1900 roku, jeszcze jako młody inżynier w firmie Lohner, zbudował Mixtie – pierwszy samochód hybrydowy. Jeszcze wcześniej napęd spalinowo-elektryczny wykorzystano do zasilania lekkich pojazdów szynowych. Dzisiejszy trend na samochody hybrydowe jest jednak bezprecedensowy. Jak Nissan rozwiązał swój napęd e-POWER?
Z tego tekstu dowiesz się między innymi:
- do jakiego rodzaju napędu hybrydowego należy e-POWER;
- jak działa napęd e-POWER;
- czym wyróżnia się ten system na tle konkurencji.
Rodzaje napędów hybrydowych – czyli trochę teorii
Zanim przystąpimy do opisywania rozwiązań, jakie Nissan zastosował, budując swój e-napęd, warto zacząć od przypomnienia kilku ogólnych definicji i klasyfikacji, które pomogą Ci zrozumieć konkretne systemy opisane w dalszej części tekstu.
Napęd hybrydowy to taki, który wykorzystuje co najmniej dwa różne rodzaje silników do zasilania pojazdu. Przeważnie jest to silnik spalania wewnętrznego (spalinowy) i silnik elektryczny. Napędy hybrydowe dzieli się pod względem stopnia na:
- mikrohybrydy (micro hybrids),
- miękkie hybrydy (mild hybrids),
- pełny napęd hybrydowy (full hybrids).
Pierwsze dwa systemy nie są napędem hybrydowym w całym znaczeniu tego słowa. Mikrohybryda może wykorzystywać prądnico-rozrusznik do wspomagania silnika spalinowego w czasie zwiększonego obciążenia. Napędy mild hybrids oprócz tego są przeważnie wyposażone w systemy odzysku energii z hamowania lub dodatkowy elektryczny silnik pomocniczy. Może być on umieszczony przy jednostce spalinowej (np. Honda IMA System) lub na tylnej osi w samochodach z napędem przednim. To ostatnie rozwiązanie jest stosunkowo często wykorzystywane w SUV-ach i crossoverach. We wszystkich opisanych w tym akapicie rozwiązaniach niemożliwe jest poruszanie się wyłącznie z użyciem silnika elektrycznego.
Pełne hybrydy mają możliwość poruszania się wyłącznie „na prądzie”, chociaż niektóre rozwiązania techniczne wymagają, aby silnik spalinowy był stale uruchomiony i działał jako generator. E-napędy full hybrid dzieli się na:
- hybrydy równoległe,
- hybrydy szeregowe.
Hybrydowe napędy równoległe są najczęściej spotykane w samochodach. Właśnie w tego typu napęd wyposażona jest Toyota Prius, ale większość w pełni hybrydowych (w tym hybryd plug-in) aut ma podobne rozwiązanie.
W hybrydzie równoległej silnik spalinowy i elektryczny połączone są z układem napędowym, w taki sposób, że mogą one działać samodzielnie, niezależnie od siebie lub równocześnie. Moment obu jednostek może być przeniesiony na koła i w zależności od potrzeb jego proporcje pomiędzy nimi są płynnie zmieniane.
Hybrydą szeregową jest właśnie system Nissan e-POWER.
Hybryda szeregowa Nissana – jak działa e-POWER?
Szeregowe układy hybrydowe mają tylko jeden rodzaj silnika bezpośrednio połączony z układem napędowym. Jest to silnik elektryczny. W takich układach silnik spalinowy pracuje jako generator, produkując prąd do napędu jednostki elektrycznej, a także może służyć do ładowania baterii. Hybrydy szeregowe są powszechnie stosowane od niemal 100 lat, ale nie w samochodach. Szeregowymi hybrydami były łodzie podwodne z silnikami spalinowymi. Dalej układ tego typu stosuje się w spalinowych lokomotywach i szynobusach.
W przypadku samochodów pierwszą szeregową hybrydą był wprowadzony w 2011 Chevrolet Volt/Opel Ampera. Nissan swój system e-POWER wprowadził w 2017 roku, w modelu Note. W 2022 roku napęd ten trafił do Qashqaia i większego modelu X-Trail (oba dostępne w Polsce). Wcześniej dostępny był w sprzedawanej głównie w Azji Sereny (od 2018) i przeznaczonego na rynek amerykański modelu Kicks (od 2020).
W systemie e-POWER koła są napędzane przez silnik elektryczny o mocy 190 KM i momencie obrotowym 300 Nm (Qashqai) lub 213 KM i 330 Nm (X-Trail, także z napędem 4×4). Energia dostarczana jest do niego z trzycylindrowego turbodoładowanego generatora spalinowego, o pojemności skokowej 1,5 l (1496 cm sześc.) i mocy 158 KM. Moc silnika spalinowego nie ma jednak większego znaczenia dla kierowcy, ponieważ nie wpływa ona na pracę jednostki benzynowej w sposób bezpośredni. Dodatkowo e-napędy mogą być zasilane z niewielkiego akumulatora. Ma on jednak jedynie 2,1 kWh, co pozwala na przejechanie w trybie elektrycznym około 3 km.
Gdy uruchomisz Nissana z układem napędowym e-POWER, generator automatycznie zacznie pracować w swoim optymalnym zakresie obrotowym. W przypadku napędu japońskiej marki silnik spalinowy dopasowuje generowaną moc do obciążenia za pośrednictwem dwóch systemów:
- linear tube – system zwiększa prędkość obrotową silnika spalinowego wraz ze wzrostem obciążenia, dzięki czemu nie tylko rośnie uzyskiwana moc, ale także uzyskuje się efekt akustyczny typowy dla aut spalinowych;
- zmiennego stopnia sprężania w cylindrach VC-T.
Szczególnie ciekawe jest drugie wymienione rozwiązanie. VC-T korzysta ze sterowanego hydraulicznie specjalnie zaprojektowanego, dwustopniowego korbowodu. W zależności od jego ustawienia przestrzeń pomiędzy tłokiem a głowicą zmienia się w cyklu pracy. Im większa jest przestrzeń pomiędzy tymi elementami, tym niższe jest ciśnienie w cylindrze, a więc i stopień sprężania. W tym układzie może on się zmieniać od 8:1 do 14:1.
Przy niższych obciążeniach, gdy silnik pracuje z mniejszą prędkością obrotową, stopień sprężania jest wyższy. Dzięki temu osiąga się podwyższoną moc, mimo tego, że turbosprężarka nie jest w stanie dopompować dodatkowego powietrza do silnika. Gdy obciążenie i prędkość obrotowa rośnie, a turbina zaczyna być napędzana, stopień sprężania zaczyna płynnie spadać, aby uniknąć spalania stukowego.
Zastosowanie tego systemu powoduje, że silnik 1.5 VC-T ma bardzo łagodną i płaską charakterystykę przebiegu mocy. Oznacza to, że generuje zbliżoną moc przy szerokim zakresie prędkości obrotowej. Parametry tego typu są bardzo pożądane w przypadku silników pracujących jako generator. Pozwalają też na to, aby nie musiał on działać ze stałą prędkością obrotową, na co narzekają często nowi właściciele tradycyjnych hybryd.
e-POWER – wady i zalety
Czy taki układ ma sens i jakieś przewagi nad samochodami z równoległym napędem hybrydowym? Na to pytanie odpowiada ekspert Inter Cars.
Po pierwsze, sprawność silnika elektrycznego jest znacznie wyższa od jednostek spalinowych. Wynosi ona około 90 proc. w przypadku nowoczesnych silników, podczas gdy najlepsze silniki spalinowe używane do napędzania samochodów osiągają nieco ponad 40 proc. sprawności.
Korzystając z napędu elektrycznego, można więc większą część zużytej energii przenieść na koła. Silnik pracujący jako generator może mieć także wyższą sprawność od napędzającego koła, ponieważ sterownik ustala mu optymalne dla danego obciążenia parametry. Dzięki temu sprawność w tak zaawansowanym silniku jak VC-T może wynosić nawet ponad 50 proc. (standardowy silnik benzynowy ma 28 proc. sprawności).
Dodatkowo samochód z układem hybrydy szeregowej ma bardzo uproszczony układ napędowy. Silniki elektryczne ze względu na swoją liniową charakterystykę mocy nie wymagają stosowania skrzyni biegów. Jednostka spalinowa połączona jest jedynie z prądnicą, a ona z baterią i silnikiem elektrycznym. Jednostka elektryczna przekazuje napęd na koła. To bardzo prosty mechanicznie układ, w którym generowana jest mała ilość strat. Dlatego taki system ma lepszą sprawność od hybryd równoległych.
Dla kierowcy nie jest to jednak aż tak odczuwalne, jak sposób, w jaki takie auto jeździ. Łączy on możliwości samochodu elektrycznego z praktycznością auta spalinowego. Maksymalny moment obrotowy jest dostępny natychmiast, co znacznie polepsza przyspieszenie. Dzięki zastosowaniu układu szeregowego można wykorzystać mniejsze jednostki spalinowe. Ten sam silnik 1.5 VC-T jest generatorem w Qashqaiu, jak i w o wiele większym X-Trailu, podczas gdy porównywalne hybrydy równoległe jak Toyota Highlander, korzystają z jednostek o pojemności 2.5 l lub większej. Spalanie Qashqaia wynosi około 5,5 l/100 km, a X-Traila zaledwie 6,6 l/100 km.
Samochodów z systemem e-POWER nie trzeba też ładować. Nie mają one nawet gniazda ładowania, tankujesz je jak zwykłe auto spalinowe.
Do wad należy zaliczyć przede wszystkim niewielkie możliwości jazdy bezemisyjnej. Z powodu zamontowania w samochodzie silnika spalinowego i elektrycznego, jego ciężar jest stosunkowo wysoki, dlatego na tym etapie Nissan montuje w nich niewielkie baterie. W hybrydach równoległych możliwe jest zastosowanie słabszych jednostek napędowych (np. Prius plug-in hybrid wyposażony jest w silnik spalinowy o mocy 98 KM i elektryczny 72 KM) o mniej zaawansowanej budowie, a więc lżejszych. Dzięki temu możliwe jest zainstalowanie w nich baterii pozwalających przejechać kilkadziesiąt, a nawet ponad 100 km. W systemie e-POWER dodanie dużej baterii spowodowałoby wzrost masy, który zniweczyłby wszystkie jego zalety.
Jeżeli zdecydujesz się na kupno Nissana z napędem e-POWER, pamiętaj, że części zamienne i eksploatacyjne kupisz w dobrej cenie w sklepie Inter Cars. Sprawdź ofertę już teraz!
Znajdź części zamienne i eksploatacyjne do Twojego auta!
E-napęd Nissana – podsumowanie
System e-POWER to ciekawe rozwiązanie, do tej port dość rzadko spotykane w samochodach osobowych. Ze względu na to, że Chevrolet Volt/Opel Ampera był hybrydą plug-in, można uznać auta Nissana za pierwsze tego typu samochody na rynku i jak na razie jedyne, ponieważ wyposażona w szeregowy układ hybrydowy Mazda MX-30 (produkowana od 2020 roku) jest zbudowana w układzie plug-in.
Tego typu układ napędowy jest bardzo ciekawy i chociaż korzysta ze sprawdzonych pomysłów znanych z przemysłu ciężkiego, to łączy je z nowoczesną technologią, która potrafi zrobić wrażenie nawet na inżynierach motoryzacji. Silnik VC-T to jednostka wręcz wymarzona do produkcji prądu. Jako generator ma idealną do tego rodzaju napędu charakterystykę. Nie dziwi więc, że wykorzystano ten system do zasilania napędu e-POWER.
Wykorzystując wysoką sprawność silnika elektrycznego i praktyczność silnika spalinowego, udało się uzyskać samochody o niskim spalaniu, niezłych osiągach i przyjemne w użytkowaniu, o uniwersalnym charakterze. Na razie w Europie nie są dostępne mniejsze Nissany z napędem e-POWER (Note, dostępny w Japonii), ale wiele wskazuje na to, że Nissan będzie rozszerzał zastosowanie tego rodzaju napędu i może on pojawić się w następnej generacji Micry i Juke’a. Można się też spodziewać, że podobne układy pokażą inni producenci, być może stosując je w samochodach dostawczych, vanach i dużych SUV-ach oraz ciężarówkach, gdzie taki system ma potencjalnie najwięcej zalet.
