Nissan ogłosił przełom w badaniach nad poprawą efektywności silników spalinowych. Efektem prac jest jednostka o sprawności cieplnej wynoszącej aż 50%.
Zostanie ona wykorzystana w opracowywanym obecnie układzie e-POWER nowej generacji. Układ e-POWER wykorzystuje silnik spalinowy wyłącznie do ładowania akumulatora trakcyjnego. Wyniki prowadzonych przez Nissana badań nad konstrukcją silnika oznaczają pokonanie kolejnej bariery technicznej. Obecnie będzie możliwe skonstruowanie silnika o sprawności przekraczającej aktualny średni poziom sprawności cieplnej silników spalinowych wynoszący 40%, co w konsekwencji przyniesie także dalsze ograniczenie emisji CO2.
„Dążąc do osiągnięcia neutralności węglowej w całym cyklu życia naszych produktów do roku 2050, Nissan stawia sobie za cel elektryfikację wszystkich nowych modeli wprowadzanych na najważniejsze rynki do początku lat trzydziestych" – powiedział Toshihiro Hirai, wiceprezes ds. układów napędowych i pojazdów elektrycznych. „Strategia Nissana w zakresie elektryfikacji zakłada rozwój elektrycznego układu napędowego i akumulatorów o dużej wydajności na potrzeby pojazdów elektrycznych, a układ e-POWER stanowi kolejny ważny filar tej strategii”.
Podejście ukierunkowane na zwiększenie sprawności silnika
Pojazdy z konwencjonalnym silnikiem o spalaniu wewnętrznym wymagają od silnika mocy i osiągów w szerokim zakresie prędkości obrotowych i obciążeń. W efekcie konwencjonalne silniki nie mogą pracować przez cały czas z optymalną sprawnością. Należy jednak pamiętać, że w układzie e-POWER silnik spalinowy jest wykorzystywany tylko do generowania energii elektrycznej dla elektrycznego układu napędowego. Dzięki temu e‑POWER wykorzystuje najbardziej korzystny zakres parametrów pracy silnika spalinowego, a to pozwala na zoptymalizowanie warunków generowania energii elektrycznej na potrzeby ładowania akumulatora.
Stosując takie podejście, dzięki rozwojowi technologii akumulatorów oraz technik zarządzania energią, Nissanowi udało się osiągnąć sprawność cieplną silnika przekraczającą poziom osiągany przez aktualnie produkowane spalinowe jednostki napędowe. Prace nad koncepcją układu e-POWER następnej generacji, obejmujące projekt jednostki napędowej przeznaczonej do tego układu, stanowią kontynuację działań, które mają na celu dalsze zwiększenie sprawności silnika.
Koncepcja STARC
Aby osiągnąć sprawność cieplną na poziomie 50%, Nissan rozwinął koncepcję o nazwie „STARC" od pierwszych liter kluczowych cech: Strong, Tumble and Appropriately stretched Robust ignition Channel. Koncepcja ta zakłada poprawę sprawności cieplnej poprzez zintensyfikowanie przepływu gazu w cylindrze (przepływu zasysanej mieszanki paliwowo‑powietrznej) i zapłonu, co umożliwi efektywne spalanie uboższej mieszanki paliwowo-powietrznej przy wysokim stopniu sprężania.
W tradycyjnym silniku spalinowym, ze względu na bardzo zróżnicowane warunki pracy (przepływ gazu w cylindrze, metoda zapłonu i stopień sprężania), nie jest możliwe precyzyjne kontrolowanie stopnia rozrzedzenia mieszanki paliwowo-powietrznej, co przy konieczności zapewnienia wysokich osiągów ma negatywny wpływ na sprawność cieplną.
Jednakże w specjalnej jednostce, pracującej wyłącznie na potrzeby wytwarzania energii elektrycznej w optymalnym zakresie prędkości obrotowej i obciążenia, możliwe jest uzyskanie radykalnej poprawy sprawności cieplnej.
W przeprowadzonych testach wewnętrznych Nissan osiągnął sprawność cieplną na poziomie 43% przy zastosowaniu układu recyrkulacji spalin EGR1 oraz 46% przy zastosowaniu ubogiej mieszanki2 w silniku wielocylindrowym. Poziom 50% osiągnięto dzięki dostosowaniu jednostki do pracy przy stałej prędkości obrotowej i stałym obciążeniu oraz dzięki odzyskiwaniu części energii cieplnej.
Układ Nissan e-POWER
e-POWER został zastosowany po raz pierwszy na rynku japońskim w 2016 r. w Nissanie Note. W zasadzie jest to ta sama technologia w pełni elektrycznego napędu (silnik elektryczny), która zastosowana w modelu LEAF zapewnia natychmiast dostępny moment obrotowy, moc, sprawność i wysoką dynamikę jazdy. Różnicę stanowi zastosowanie dodatkowo silnika benzynowego z generatorem energii elektrycznej, falownika oraz akumulatora dostarczającego energię do silnika elektrycznego.
W odróżnieniu od konwencjonalnego układu hybrydowego, e-POWER wykorzystuje silnik spalinowy wyłącznie do wytwarzania energii elektrycznej, zatem silnik spalinowy nie przekazuje siły napędowej na koła.
Pod koniec grudnia 2020 r. Nissan wprowadził na rynek japoński nowego Nissana Note. Nowy model jest dostępny wyłącznie w wersji z napędem e-POWER. Do chwili obecnej został zamówiony w liczbie ponad 20 000 sztuk. Jako najlepiej sprzedający się model marki na rodzimym rynku, Note odgrywa kluczową rolę w globalnym planie transformacji Nissan NEXT.
###
1. Technologia polegająca na zawróceniu kontrolowanej objętości gazów spalinowych z powrotem do komory spalania.
2. Mieszanka paliwowo-powietrzna, w której zawartość powietrza jest wyższa niż w tzw. mieszance stechiometrycznej (współczynnik λ=1), czyli odznaczającej się idealną proporcją ilości paliwa do powietrza z punktu widzenia osiągnięcia spalania zupełnego. W zastosowanej mieszance ubogiej współczynnik lambda (λ) wynosił 2.
Autor: Nissan Polska
