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一刀说丨日产说其实内燃机和电动车之间还有第三条路

2019年03月04日 15:04:23
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来源:myautotime

丰田本田日产被我们称之为日系三强,代表着日系车的最高水准。

作为全球车企中研发实力最强的企业,日系三强在发动机技术上也是一直是引领潮流,层出不穷的黑科技让人津津乐道。

今天来说一说日产在发动机研发上最新的思路,在当今电气化的大趋势下看看日产是怎样探索内燃机和电动车和谐共存之道的。

故事从日产NOTE开始。2018年日产 NOTE 以超过 13 万辆的销售数字,打败丰田Aqua(日规普锐斯 c)与普锐斯,成为 2018 年日本乘用车的销售冠军。

这是日产自 1970 年以来,第一次拿下单一车款销售冠军,上次日产拿到日本单车型销售冠军已经距今已经50年了,可见日产NOTE车型是多么的成功。

在NOTE的销售数据中最有意思的是其中有超过80%的消费者选择 e-Power 动力车型。日产方面将Note e-Power称为“一台能自己发电的电动汽车”(自ら発電する電気自動車),日本媒体的报道显示这个车型的油耗可以做到40km/L的水平,换算过来也就是2.5L/100km,可以说油耗非常低。

我们就来分析一下日产的这个非常有特点的e-Power系统,看看日产是如何来平衡内燃机和电动车两种技术的:

一、 日产未来的动力发展战略

日产的技术发展趋势来看,很明显电动化和智能化是两个大趋势。在电动化的大趋势下日产的路线是从混合动力发展到e-POWER然后在发展到电动车,可以看出来日产是把e-POWER作为一个战略性的技术来进行开发的。

二、e-POWER的核心架构

日产e-POWER技术的核心就是车辆采用电机驱动,同时通过发动机发电来给电机提供电能,发动机不直接驱动车辆,只作为发电机使用。

我们来看一下日产e-POWER的主要整车架构:发动机布置在前舱传统发动机位置,连接一个发电机。前舱还布置了一个单独的驱动电机,用来驱动车辆,但是发动机和驱动系统之间没有任何机械连接,只负责发电。电池布置在车辆后端。看起来结构是相当的简洁。

特别要说明NOTE e Power的几个特点:

1、 e-POWER系统中汽油发动机只用来发电不参与驱动

虽然发动机和两个电机之间有一个传动箱,但是只是日产为了布置更加紧凑将驱动电机的减速器和发动机和发电机之间的齿轮机构整合在一个外壳中了,发动机和驱动部分是没有任何机械连接的,只是单纯发电。下面的图中可以看到传动箱的结构。

2、 NOTE e-Power不能充电

NOTE e-Power只能依靠发动机发出的电来驱动电机,因此电池容量很小,电池只有1.47kWh,大约是同等大小的日产leaf电动车电池的1/20。这样可以避免昂贵的电池成本,使NOTE e-Power的价格非常有竞争力。同时也避免了传统电动车对充电基础设施的依赖。

3、 像电动车一样安静

NOTE e-Power完全靠电机驱动,可以和电动车一样安静,即使是发动机启动发电的时候,发动机的转速也不会超过2300rpm,而且是定速运行,因此仍然非常安静。在启动过程中发动机会直接被电机拖动到1200转再点火,完全避免了发动机启动时候的震动感。

整车地板的振动比传统内燃机车型大幅降低

发动机启动时直接被电机拖动到1200转再点火,避免了启动时的振动感

4、像电动车一样的加速响应

   由于行驶过程是完全靠电机驱动的,因此,加速的感受是和电动车一样的,具有极强的初段加速能力。不管是原地起动加速还是中途超车加速的性能都大幅的优于普通的混合动力车。

e-Power车型原地起步加速和超车加速和其他混合动力车型相比都具有明显的优势

5、能够和纯电动车一样实现所有的车辆智能化技术

日产认为e-Power还有一个非常大的优势,就是曾经认为在电动车上更容易实现的关于车辆智能驾驶的技术在这种混合动力的模式下都可以轻松实现了,因为整车的驱动完全靠电机来实现,这一点和电动车完全一致。

三、发动机的特殊优化

日产e-POWER上采用的1.2L自然吸气3缸发动机是从日产传统内燃机动力的1.2L自然吸气3缸发动机改进而来的。通过上面的介绍我们可以发现,e-POWER的发动机只用来发电,所以发动机运行的工况非常简单。

日产作了一个对比,见下图,蓝色是传统发动机运行的工况区间,绿色是一般的混合动力发动机运行的工况区间,而棕色是e-POWER发动机运行的工况区间,可以看出e-POWER的发动机仅仅只需要在几个特定的工况下运转,比传动的发动机运转工况极大的简化了。这使得发动机可以专门针对这些工况进行优化,来进一步提高效率。

日产对e-POWER发动机的优化主要体现在以下几个方面:

日产e-POWER发动机技术优

1、 采用了高压缩比和米勒循环

日产将压缩比从原来1.2L发动机的10.2提升到12,同时采用了米勒循环技术,也就是利用可变气门正时系统和特殊设计的凸轮型线来实现进气门晚关从而降低发动机的泵气损失,实现高效率。(丰田本田习惯上将这一过程称为阿特金森循环)

2、 采用了冷却EGR系统

日产在原来的1.2L发动机上增加了冷却EGR(废气再循环系统),引入部分废气进入气缸,提高发动机的热效率。

3、 采用了日产独有的每个气缸两个喷嘴的双喷射系统

4、 日产改进了原来1.2L发动机的燃油喷射系统,不过并没有采用流行的直喷系统,而是采用了日产独有的每个气缸两个喷嘴的双喷射系统。每个气缸两个喷嘴可以保证每个进气门有一个喷嘴来对应,从而实现最佳的喷射雾化,提高效率,降低油耗。

日产没有采用直喷系统的原因估计有两个,首先是成本原因,其次是这个发动机只在固定的几个工况点运行,不需要复杂的直喷系统就可以实现最佳的喷射效果。

5、 采用了电动水泵来代替传统的机械式水泵来进一步降低摩擦损耗。

6、 采用了降低摩擦的技术,主要是缸孔的镜面涂层技术Mirror Bore Coating,这种涂层直接涂覆在铝缸体的缸孔上,只有0.3mm厚,可以代替原来的铁缸套。这种涂层带来的好处是摩擦非常低,同时可以减轻重量优化散热。在其他运动件上日产也大量采用了DLC金刚石涂层来降低摩擦。

7、 油耗优化的效果

经过上面一系列技术的改进,日产e-POWER的1.2L发动机比原来的发动机油耗大幅降低,尤其是在充电需要的低输出功率区域油耗降低非常明显。

在当前电气化的大背景下,大家都在讨论是不是电动车马上就要取代n内燃机了,另外又对电池技术的发展忧心忡忡,在这种环境下日产没有选择非此即彼的策略,而是试图将两者的优势结合起来,探索一条内燃机和电动车和谐共存的技术路线。

日产e-POWER在日本市场的表现来看,这一探索目前是非常成功的,可惜日产e-POWER只在日本销售,希望日产借着NOTEe-POWER日本销售冠军的气势将这一技术向全球推广,让大家看到在内燃机和电动车之间还有第三条道路。

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