Η ομάδα πίσω από τον νέο κινητήρα e-Power της Nissan παρουσιάζει την τεχνολογία του

Ο Norihiko Tagishi, ο Akihiro Shikata και ο Naohiro Yoshida, οι οποίοι ανέπτυξαν τον πρωτοποριακό νέο κινητήρα στην καρδιά του συστήματος, μοιράζονται τις προκλήσεις που χρειάστηκε να ξεπεράσουν και εξηγούν πώς λειτουργεί η τεχνολογία του.

Επαναπροσδιορίζοντας το υβριδικό σύστημα τρίτης γενιάς της Nissan

Το e-POWER είναι το αποκλειστικό υβριδικό σύστημα της Nissan, που συνδυάζει βενζινοκινητήρα και ηλεκτροκινητήρα, σε ένα καινοτόμο ηλεκτροκίνητο σύστημα κίνησης. Ο βενζινοκινητήρας χρησιμοποιείται αποκλειστικά ως γεννήτρια, παρέχοντας ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδοσία του ηλεκτροκινητήρα. Με αυτό τον τρόπο, ο ηλεκτροκινητήρας είναι ο μόνος που κινεί τους τροχούς, αλλά και φορτίζει τη μπαταρία όταν χρειάζεται. Ως αποτέλεσμα, το σύστημα κίνησης προσφέρει την ομαλή επιτάχυνση και την οδηγική απόλαυση ενός πλήρως ηλεκτρικού οχήματος, με την καθημερινή ευκολία ενός αυτοκινήτου με κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Εκτός από το νέο σχεδιασμό 5 σε 1, ο οποίος ενσωματώνει τα βασικά εξαρτήματα του ηλεκτρικού συστήματος κίνησης σε μια πιο ελαφριά μονάδα, το σύστημα e-POWER τρίτης γενιάς περιλαμβάνει έναν πρωτοποριακό τρικύλινδρο βενζινοκινητήρα 1,5 λίτρων.

Αφιερωμένος σε έναν μόνο σκοπό

Σε αντίθεση με τους κινητήρες των προηγούμενων γενιών e-POWER, ο νέος κινητήρας σχεδιάστηκε εξαρχής αποκλειστικά ως γεννήτρια, με μοναδικό σκοπό την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στα οχήματα e-POWER.

Ο Norihiko Tagishi, Senior Manager του e-POWER Project Management group, δήλωσε: «Όταν ξεκινήσαμε το 2021, ακολουθήσαμε μια ασυνήθιστη προσέγγιση, σχεδιάζοντας τον κινητήρα e-Power διαφορετικά από τους παραδοσιακούς κινητήρες. Καθώς ενσωματώναμε πολλές νέες λειτουργίες, αντιμετωπίσαμε πρωτοφανείς τεχνικές προκλήσεις σε κάθε στάδιο της ανάπτυξης. Παρά τις δυσκολίες, οι ομάδες ανάπτυξης και παραγωγής συνεργάστηκαν στενά και με επιμονή και κατάφεραν να ξεπεράσουν όλα τα εμπόδια.».

Σε αντίθεση με έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης, που πρέπει να λειτουργεί αποδοτικά σε ένα ευρύ φάσμα στροφών και φορτίων, ο κινητήρας στα οχήματα e-POWER προορίζεται αποκλειστικά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό επιτρέπει στους μηχανικούς της Nissan να τον ρυθμίσουν με ακρίβεια ώστε να λειτουργεί στο πιο αποδοτικό εύρος.

Στοχεύοντας σε υψηλότερη θερμική απόδοση

Η θερμική απόδοση δείχνει πόση ενέργεια από το καύσιμο μετατρέπεται σε χρήσιμη μηχανική ισχύ, με το υπόλοιπο να χάνεται ως θερμότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική απόδοση ενός κινητήρα, τόσο πιο μακριά μπορεί να ταξιδέψει χωρίς να χρειαστεί ανεφοδιασμό καυσίμου. Στην περίπτωση του e-POWER, η βελτίωση της θερμικής απόδοσης σημαίνει πιο αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο Akihiro Shikata, Senior Manager του Powertrain Unit Performance Calibration Development group, δήλωσε: «Ξεκινήσαμε επαναπροσδιορίζοντας το είδος του κινητήρα που απαιτείται για μια ειδική μονάδα παραγωγής ενέργειας. Μειώνοντας τις απαιτήσεις για την απόκριση του κινητήρα, καταφέραμε να τον σχεδιάσουμε ώστε να αποδίδει στο βέλτιστο σημείο, εστιάζοντας στην υψηλότερη θερμική απόδοση και στη μέγιστη ισχύ». Ο πρωτοποριακός νέος κινητήρας που εφαρμόζεται στην τρίτη γενιά e-POWER της Nissan προσφέρει εντυπωσιακή θερμική απόδοση 42%.

Εφαρμογή της τεχνολογίας STARC σε ευρεία παραγωγή

Μια βασική καινοτομία για την επίτευξη υψηλής θερμικής απόδοσης είναι η εφαρμογή της τεχνολογίας STARC (Strong Tumble & Appropriately stretched Robust ignition Channel) της Nissan.
Η τεχνολογία STARC δημιουργεί έναν πιο αποδοτικό στροβιλισμό του μείγματος καυσίμου και αέρα καθώς ψεκάζεται στον κύλινδρο, και τον διατηρεί μέχρι την ανάφλεξη, για να διασφαλίσει αποδοτική καύση. Αυτό δημιουργεί μια ισχυρή κάθετη δίνη, εξασφαλίζοντας βέλτιστες συνθήκες καύσης. Ακόμα και με τη χρήση EGR (exhaust gas recirculation), που ενισχύει τη θερμική απόδοση, η καύση παραμένει σταθερή. Για να επιτευχθεί το ιδανικό tumble flow, οι μηχανικοί της Nissan εξέτασαν και βελτιστοποίησαν διεξοδικά διάφορα εξαρτήματα - όπως η θύρα εισαγωγής, η γωνία της βαλβίδας και ο ειδικός σχεδιασμός του εμβόλου - δημιουργώντας τον ιδανικό θάλαμο καύσης.

Ισορροπώντας υψηλή θερμική απόδοση και ισχύ κινητήρα

Για να βελτιώσει τόσο τη θερμική απόδοση όσο και την απόδοση του κινητήρα, η ομάδα εφάρμοσε πολλές επιπλέον τεχνολογίες. Χρησιμοποίησαν έναν ειδικό υπερσυμπιεστή καυσαερίων μεγαλύτερου μεγέθους από ό,τι συνήθως εφαρμόζεται σε κινητήρα 1,5 λίτρων, για να μειώσουν τις απώλειες της αντλίας. Σε συνδυασμό με καινοτόμες ρυθμίσεις χρονισμού βαλβίδων και μέτρα αποφυγής της αυτανάφλεξης, κατάφεραν να καθορίσουν τον ιδανικό χρόνο ανάφλεξης ακόμα και με υψηλή αναλογία συμπίεσης. Ως αποτέλεσμα, πέτυχαν υψηλή αναλογία συμπίεσης 13:1, κάτι που είναι σπάνιο για κινητήρα με υπερσυμπιεστή, ισορροπώντας με επιτυχία υψηλή θερμική απόδοση και υψηλή ισχύ.

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, η ομάδα αντιμετώπισε σημαντικές προκλήσεις, όχι μόνο στην επίτευξη υψηλής θερμικής απόδοσης αλλά και στη διατήρηση υψηλής ισχύος. Σε συνθήκες υψηλής αναλογίας συμπίεσης και υψηλής πίεσης υπερπλήρωσης, η μη φυσιολογική καύση (αυτανάφλεξη), όπου το καύσιμο αναφλέγεται πριν από τον σπινθήρα, τείνει να εμφανίζεται πιο εύκολα, ενδεχομένως καταστρέφοντας τον κινητήρα. Ωστόσο, μέσω σχολαστικού ελέγχου, η ομάδα κατάφερε να την αποτρέψει.

Επιπλέον, οι μεγάλοι υπερσυμπιεστές καυσίμου συνήθως προκαλούν «lag», που προκαλεί καθυστέρηση στην απόκριση της ροπής του κινητήρα. Αξιοποιώντας όμως τις λειτουργίες διαχείρισης ενέργειας του συστήματος e-POWER, η ομάδα διασφάλισε ότι η επιτάχυνση του οχήματος δεν επηρεάζεται, ξεπερνώντας και αυτό το ζήτημα.

Βελτιώνοντας την αποδοτικότητα και την άνεση

Στην περίπτωση του Qashqai, η βελτίωση της θερμικής απόδοσης στα υψηλότερα εύρη ροπής του κινητήρα επιτρέπει στο όχημα να διατηρεί σταθερές στροφές ακόμη και σε μεγαλύτερες ταχύτητες. Σε συνδυασμό με τη νέα ενσωματωμένη δομή 5-σε-1, το αποτέλεσμα είναι χαμηλότερα επίπεδα θορύβου και μια πιο άνετη εμπειρία οδήγησης. Το Qashqai που είναι εξοπλισμένο με αυτό το σύστημα κίνησης έχει επιτύχει βελτίωση στην κατανάλωση καυσίμου έως και 16% σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης και 14% σε αυτοκινητόδρομους, σε σύγκριση με προηγούμενα μοντέλα.

Συνδυάζοντας τεχνολογία από άλλες βιομηχανίες με τη μοναδική προσέγγιση της Nissan
Ένα βασικό στοιχείο στην ανάπτυξη του νέου κινητήρα ήταν η ομαλή ροή αέρα από τη θύρα εισαγωγής στον θάλαμο καύσης, δημιουργώντας μια ισχυρή κάθετη δίνη. Στους συμβατικούς κινητήρες, ο σχεδιασμός της θύρας εισαγωγής περιορίζεται από την ανάγκη για πρεσσαριστά τοποθετημένες συντηγμένες έδρες βαλβίδων, οι οποίες περιορίζουν την ικανότητα βελτιστοποίησης του σχήματος της θύρας για ιδανική ροή καυσίμου.

Οι μηχανικοί της Nissan εξέτασαν πολλές επιλογές σε βάθος χρόνου για να αντιμετωπίσουν αυτή την πρόκληση και κατέληξαν ότι η τεχνολογία ψυχρού ψεκασμού, η οποία έχει υιοθετηθεί ευρέως στην αεροδιαστημική βιομηχανία, την ενέργεια, την βαριά βιομηχανία, τις βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου, καθώς και σε άλλες κατασκευαστικές βιομηχανίες, προσέφερε σημαντικό πλεονέκτημα όσον αφορά την αξιοπιστία και την ποιότητα.

Η διαδικασία ενσωματώνει ένα ειδικά ανεπτυγμένο κράμα και ακροφύσια ειδικής κατασκευής, σηματοδοτώντας την παγκόσμια πρώτη εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε κινητήρα αυτοκινήτου.

Ο Naohiro Yoshida, Chief Powertrain Engineer, δήλωσε: «Από την αρχή γνωρίζαμε ότι θα ήταν δύσκολο, όμως η ομάδα απολαμβάνει τις προκλήσεις και ήξερε ότι οι πελάτες θα εκτιμούσαν ακόμη περισσότερο τα οφέλη της τεχνολογίας e-POWER όταν θα τα καταφέρναμε. Τελικά, τα καταφέραμε χάρη στη συνεργασία των ομάδων R&D, Production και Purchasing, καθώς και των υπόλοιπων σχετικών τμημάτων και συνεργαζόμενων εταιρειών.»

Υπερνικώντας πολυάριθμες τεχνικές προκλήσεις, ο κινητήρας e-Power κατάφερε να προσφέρει υψηλές επιδόσεις ως κινητήρας αφιερωμένος αποκλειστικά στην παραγωγή ενέργειας.

Μελλοντική επέκταση

Μετά την Ευρώπη και το Qashqai, οι πελάτες στις ΗΠΑ, τον Καναδά και την Ιαπωνία θα είναι οι επόμενοι που θα γνωρίσουν τη νέα, τρίτης γενιάς τεχνολογία e-POWER της Nissan, η οποία σταδιακά θα επεκταθεί και σε άλλα μοντέλα και αγορές.

Η συνεχής αναζήτηση αποδοτικότητας και ισχύος

Ο νέος κινητήρας σηματοδοτεί ένα σημαντικό άλμα στην προσπάθεια της ομάδας να δημιουργήσει τον απόλυτο κινητήρα e-POWER. Οι μηχανικοί στο κέντρο R&D της Nissan στο Atsugi της Ιαπωνίας συνεχίζουν να εργάζονται για τον φιλόδοξο, μακροπρόθεσμο στόχο της υψηλότερης θερμικής απόδοσης στους κινητήρες e-POWER, ενώ παράλληλα εφαρμόζουν τεχνολογίες όπως το STARC σε ένα ευρύ φάσμα κινητήρων Nissan.

Όλα αυτά αποτελούν μέρος της συνεχούς προσπάθειας της Nissan να μειώνει την κατανάλωση καυσίμου, να αυξάνει την αυτονομία και να μειώνει τις εκπομπές ρύπων, προωθώντας πιο βιώσιμη κινητικότητα και προσφέροντας ακόμα μεγαλύτερη ικανοποίηση στους πελάτες παγκοσμίως.