From Chisato Horiuchi in Tokyo, Japan
Mẫu xe X-Trail tiếp theo mà Nissan sẽ ra mắt vào năm 2022 là tiêu chuẩn cho các dòng xe điện hybrid (HEV). Trong ảnh là thông số kỹ thuật động cơ của xe được công bố tại Trung Quốc (Ảnh: Nissan Motor)
Sự thay đổi vai trò hàng đầu trong công nghệ xe điện hybrid (HEV) đang đến gần. So với hệ thống song song của Toyota Motor, vốn là động lực thúc đẩy công nghệ này trong hơn 20 năm, hệ thống đồng loạt của Nissan Motor đang tiến gần hơn cả về hiệu suất và quy mô. Mối quan hệ cao với xe điện (EV) cũng là một luồng gió, và hệ thống sê-ri sẽ tạo ra một bước tiến nhảy vọt.
Nissan làm mới với X-Trail vào năm 22
Nissan đã sản xuất hàng loạt dòng xe HEV công nghệ "e-POWER" sử dụng động cơ chỉ để phát điện kể từ năm 2016. Mẫu SUV thế hệ tiếp theo, X-Trail, dự kiến ra mắt tại Nhật Bản từ năm 2010, có kế hoạch cải thiện đáng kể e-POWER. Một động cơ tăng áp xăng 3 xi-lanh mới dành riêng cho việc phát điện sẽ được sử dụng để cải thiện hiệu suất nhiên liệu và hiệu suất năng lượng.
Mặt khác, Toyota đã sản xuất hàng loạt hệ thống song song "Toyota Hybrid System (THS)" sử dụng động cơ để phát điện và dẫn động từ chiếc "Prius" đầu tiên được sản xuất hàng loạt vào năm 1997, và đã và đang cải tiến. Sự tập trung của Nissan là tiết kiệm nhiên liệu của Toyota "RAV4", được coi là đối thủ cạnh tranh lớn nhất của X-Trail (hệ dẫn động bốn bánh của HEV là 20,6 km / lít) và nó có thể đạt được mức độ gần như thế nào với e-POWER mới.
Daihatsu, một công ty con thuộc sở hữu hoàn toàn của Toyota, đã phát hành chiếc xe nhỏ gọn đầu tiên "Rocky" áp dụng công nghệ HEV series "e-SMART" vào ngày 1 tháng 11 năm 2009. Trong tương lai, chúng tôi đang tìm cách áp dụng hệ thống loạt cho xe mini. Nếu nó được áp dụng trong một loại xe mini có thể gọi là “xe quốc dân”, thì phương thức này sẽ là cơ hội để thống trị các HEV trong nước.
Dòng SUV cỡ nhỏ "Rocky" của Daihatsu HEV. Một pin lithium-ion được lắp dưới ghế sau (Ảnh: Nikkei Cross Tech)
Phương pháp nối tiếp là một công nghệ trong đó máy phát điện được vận hành bằng sức mạnh của động cơ để sạc pin và năng lượng được sử dụng để điều khiển động cơ quay các bánh xe. Động cơ được định vị dành riêng cho việc phát điện. So với phương pháp song song nối tiếp, trong đó động cơ truyền đồng thời công suất cho máy phát và bánh xe, có một ưu điểm là cấu hình thành phần và điều khiển có thể được đơn giản hóa.
Mặt khác, trong phương pháp nối tiếp, sản lượng của động cơ và dung lượng của ắc quy lớn, và giá thành có xu hướng cao. Mặc dù vậy, giá thành của ắc quy và động cơ đã thấp hơn đáng kể so với cách đây hơn 20 năm khi Toyota sản xuất hàng loạt hệ thống song song. Chênh lệch chi phí với phương pháp song song hàng loạt đã được thu hẹp.
Trong tương lai, phương pháp loạt có thể có lợi thế hơn về mặt chi phí. Điều này là do dễ dàng chia sẻ các bộ phận chính như động cơ với EV. Chỉ có động cơ tạo ra động lực để di chuyển các bánh xe trong hệ thống nối tiếp. Điều này cũng giống như EV, và đầu ra và mô-men xoắn của động cơ có thể được chia sẻ với EV.
Với sự lan rộng của EV, quy mô sản xuất hàng loạt động cơ HEV loạt có thể được mở rộng, giúp giảm chi phí của phương pháp này dễ dàng hơn. Nó cũng được coi là sự lựa chọn phương pháp nối tiếp của Nissan và Daihatsu là phù hợp nhất với tư cách là "người liên kết" với xe điện, dự kiến sẽ trở nên phổ biến trên thế giới.
Trong trường hợp hệ thống song song nối tiếp, công suất của động cơ có thể giảm đối với loại xe do động cơ và động cơ được dẫn động cùng nhau. Rất dễ để giảm chi phí khi chỉ xem xét HEV, nhưng rất khó để chia sẻ động cơ với EV, và "hiệu ứng hiệp đồng" bị hạn chế.
Nissan có "tỷ số nén biến thiên e-POWER"
Đặc điểm của hệ thống sê-ri mới mà Nissan sẽ giới thiệu từ X-Trail tiếp theo là nó sẽ áp dụng công nghệ tỷ số nén biến thiên ban đầu (VCR) mà công ty đã và đang phát triển cho động cơ xăng chuyên dụng để phát điện. Cho đến nay, hệ thống sê-ri chủ yếu được áp dụng cho các dòng xe cỡ nhỏ như "máy tính xách tay", nhưng nó được định vị như một bước đệm cho các dòng xe cỡ trung và lớn.
Ông Shinichi Kiga, Tổng Giám đốc Bộ phận Quản lý Dự án Hệ thống Truyền lực / EV, Trụ sở Phát triển Công nghệ Hệ thống Truyền lực / EV của Nissan, đơn vị quản lý việc phát triển động cơ, cho biết, "Bằng cách áp dụng động cơ VCR, chúng tôi sẽ nhận ra sự yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu và sức mạnh của điện- POWER ở mức cao. ”Nhiệt tình.
Động cơ xăng 3 xi-lanh thẳng hàng tỷ số nén (VCR). Nó dành cho động cơ xe được lắp trong X-Trail cho Trung Quốc, và khác với động cơ dành cho e-POWER (Nguồn: Nissan Motor)
Tỷ số nén của động cơ càng cao thì hiệu suất nhiệt càng cao, nhưng mặt khác, hiện tượng cháy (gõ) bất thường có xu hướng xảy ra và phải giảm công suất. Bằng cách sử dụng VCR, tỷ số nén trong phạm vi bình thường có thể được nâng lên mức cao nhất thế giới là 14 và hiệu quả sử dụng nhiên liệu có thể được cải thiện. Chế độ WLTC để đo mức tiêu thụ nhiên liệu "có thể chạy với tỷ số nén là 14" (Mr. Kiga).
Ngoài ra, do tỷ số nén có thể được hạ xuống 8, nên có thể ngăn chặn được tiếng va chạm trong khi tăng áp bằng bộ tăng áp để tăng mô-men xoắn. Bằng cách sử dụng một turbo, chúng tôi đã thực hiện "giảm kích thước" với dung tích 1,5 lít và số lượng xi lanh là 3, đạt được cả việc giảm tổn thất ma sát và thu nhỏ.
Nói chung, nếu một turbo được lắp đặt, tỷ số nén sẽ tăng tối đa lên khoảng 10. Rất khó để giảm kích thước khi sử dụng turbo với động cơ có tỷ số nén 14 mà không có VCR.
Với sự kết hợp giữa VCR và turbo giảm kích thước, hiệu suất nhiệt của động cơ vượt quá 40% và mô-men xoắn cực đại đạt 250 Newton mét (công suất tối đa là 116 kW). So với động cơ HEV của Toyota (dung tích 2,5 lít, hút khí tự nhiên, mô-men xoắn cực đại 221 Newton mét, công suất cực đại 131 kilowatt) được lắp trong RAV4, hiệu suất nhiệt dường như giống nhau và mô-men xoắn cực đại cao hơn.
Để đạt được công suất tương tự (116 kW) với động cơ hút khí tự nhiên, "dung tích sẽ khoảng 2,5 lít" (Kiga). Khó với 3 xi lanh, và nó trở thành 4 xi lanh.
Tuy nhiên, trong trường hợp của phương pháp nối tiếp, nó kém hơn so với phương pháp song song về hiệu suất nhiên liệu ở dải tốc độ cao. Điều này là do hiệu suất của động cơ bị giảm đi rất nhiều. Cải thiện hiệu suất của động cơ ở dải tốc độ cao cũng là chìa khóa để tiếp cận phương pháp Siripara của Toyota với hiệu suất nhiên liệu của e-POWER tiếp theo của Nissan.
Vào năm 2018, Nissan đã sản xuất hàng loạt động cơ xăng tăng áp VCR 2.0 lít 4 xi-lanh "KR20DDET". Nó không dành cho HEV mà dành cho xe động cơ và được lắp vào chiếc SUV thương hiệu "Infiniti" "QX50".
Động cơ VCR 4 xi-lanh thẳng hàng của Nissan. Chiều cao piston được điều khiển bởi một cơ cấu liên kết và bộ truyền động độc đáo, và tỷ số nén có thể thay đổi (Nguồn: Nissan Motor Co., Ltd.)
Trong năm 2009, việc sản xuất hàng loạt máy 3 xi-lanh trang bị VCR "KR15DDT" đã được bắt đầu cho xe động cơ "X-Trail" cho Trung Quốc. Động cơ VCR 3 xi-lanh mới cho e-POWER dựa trên KR15DDT, nhưng "không có các bộ phận không cần thiết" (Mr. Kiga).
Việc động cơ VCR mới có thể giảm kích thước xuống 3 xi lanh thay vì 4 xi lanh có lợi thế lớn là "rút ngắn chiều dài động cơ và cải thiện khả năng lắp" (Mr. Kiga). Ngoài động cơ, cần phải có máy phát điện, động cơ, biến tần, bộ giảm tốc và pin để cấu hình hệ thống nối tiếp. Số lượng các bộ phận tăng lên và trở nên lớn. Tầm quan trọng của việc giảm kích thước động cơ là rất lớn.
Việc áp dụng EGR bên ngoài (tuần hoàn khí thải) cũng góp phần cải thiện hiệu suất nhiên liệu của động cơ turbo VCR 3 xi-lanh. Bằng cách sử dụng EGR bên ngoài, khí thải được làm mát trong phạm vi tải từ thấp đến trung bình có thể được đưa trở lại xi lanh và có thể giảm tổn thất bơm. Tỷ lệ khí thải và khí nạp (tỷ lệ EGR) đạt tối đa khoảng 20%. Cỗ máy 4 xi-lanh chỉ có EGR bên trong.
Tuy nhiên, nếu tỷ lệ EGR được tăng lên, nó sẽ trở nên khó đốt cháy. Nissan đã nghĩ ra hình dạng của cổng nạp để tăng cường lực xoáy thẳng đứng (khối u) trong xi-lanh, giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí dễ dàng hơn.
Bên trái là cổng nạp và hình dạng piston của động cơ VCR 3 xi-lanh, và bên phải là máy 4 xi-lanh. Cỗ máy 3 xi-lanh áp dụng hình dạng mới cho phép không khí đi thẳng vào xi-lanh để tăng cường lực xoáy thẳng đứng (khối u) (Nguồn: Nissan Motor Co., Ltd.)
Ngoài ra, việc thúc đẩy quá trình phun nhiên liệu bằng cách tăng hệ thống phun xăng từ 20 megapascal của cỗ máy 4 xi-lanh lên 35 megapascal cũng góp phần làm cho nó dễ cháy hơn. Động cơ 4 xi-lanh sử dụng cả phun trực tiếp và phun cổng, nhưng động cơ 3 xi-lanh có thể bỏ qua hệ thống phun cổng bằng cách tăng áp suất phun.
Đối với hệ thống van, cơ cấu điều phối van biến thiên điện (VVT) được sử dụng ở phía nạp và VVT thuỷ lực được sử dụng ở phía xả. Chu trình Atkinson, đóng cửa nạp muộn hơn, được sử dụng để cải thiện hiệu suất nhiệt. Về hiệu suất khí thải, người ta nói rằng họ đang thực hiện các biện pháp để đón đầu quy định khí thải tiếp theo "Euro 7" ở châu Âu.
Nissan có kế hoạch tăng hiệu suất nhiệt của động cơ lên 50% trong tương lai. Chúng tôi muốn đạt được điều này bằng cách hiện thực hóa công nghệ đốt cháy nạc và đột quỵ dài bằng cách sử dụng cơ chế liên kết ban đầu được phát triển để hiện thực hóa VCR. Động cơ e-POWER của X-Trail thế hệ tiếp theo dường như là một cột mốc quan trọng trong động cơ hướng tới hiệu suất nhiệt 50%.
Daihatsu đơn giản hóa triệt để động cơ
Trong khi Nissan đang cố gắng cải thiện chức năng của động cơ để mở rộng dòng xe HEV sang các loại xe cỡ trung và cỡ lớn, thì Daihatsu sẽ tập trung vào việc đơn giản hóa. Bằng cách không sử dụng bộ tăng áp, v.v., việc tăng chi phí, vốn là một vấn đề đối với các HEV loạt, sẽ được ngăn chặn. Chúng tôi hướng đến "những thứ còn tốt ở trạng thái ban đầu (không sử dụng các bộ phận đắt tiền)" (Ông Hidetomo Horikawa, Chánh Văn phòng Kế hoạch Hệ thống Truyền lực, Trụ sở Phát triển Hệ thống Truyền lực Daihatsu).
Động cơ xăng HEV series mới được phát triển "loại WA-VEX" có 3 xi-lanh dung tích 1,2 lít và hút khí tự nhiên. Mô-men xoắn cực đại là 105 Newton mét và công suất cực đại chỉ 60 kW, nhưng hiệu suất nhiệt tối đa đạt 40%.
Một hệ thống hybrid hàng loạt do Daihatsu phát triển. Kết hợp động cơ xăng 1,2 lít với động cơ chuyển hướng của Toyota (Ảnh: Nikkei Cross Tech)
Khác với Nissan, sản phẩm chính của Daihatsu là ô tô nhỏ gọn và ô tô mini. Bằng cách phân chia sự cải thiện về hiệu suất nhiên liệu ở dải tốc độ cao, điều mà các dòng xe HEV không tốt ở một mức độ nào đó, có vẻ như nó đã đạt được hiệu suất nhiệt cao với cấu hình động cơ đơn giản. Ông tiết lộ rằng ông đang "giảm số lượng các bộ phận" của động cơ (Mr. Horikawa), và tập trung vào việc giảm chi phí. Dòng Rocky HEV được cho là sẽ bị giới hạn ở mức "cao hơn khoảng 300.000 yên" (Daihatsu) đối với xe động cơ.
Hành trình đã được tăng lên để cải thiện hiệu suất nhiệt với một cấu hình đơn giản. Đường kính trong (lỗ khoan) của xi lanh là 73,5 mm, hành trình (hành trình) là 94,0 mm và tỷ lệ hành trình của lỗ khoan là 1,28, đây là một hình dạng khá dài. Ngày nay, có rất nhiều động cơ có hành trình dài, nhưng ngay cả như vậy, khoảng 1.1 là phổ biến, và mô hình mới của Daihatsu là không bình thường.
Hành trình dài hơn làm tăng khối lượng công việc cho mỗi lần đốt, giúp tăng hiệu suất nhiệt dễ dàng hơn. Mặt khác, khó tăng số vòng quay và khó tăng sản lượng.
Tỷ lệ nén tương đối cao 12,8 cũng góp phần cải thiện hiệu suất nhiệt. Hệ thống phun nhiên liệu sử dụng hai kim phun cổng mà Daihatsu đã sử dụng một thời gian. Đạt được hiệu suất gần với phun trực tiếp với chi phí thấp. Cả bên nạp và bên xả đều được trang bị cơ cấu điều phối van biến thiên thủy lực. Tôi không sử dụng chu trình Atkinson.
