Motoryzacja

Nissan Qashqai e-Power – hybryda szeregowa napędzana przez silnik elektryczny

Tomasz Niechaj
15

Silnik elektryczny napędza, spalinowy generatorem prądu. Tak działa hybryda w Nissan Qashqai e-Power – oczywiście w maksymalnym uproszczeniu. Cały system oferuje 140 kW (190 KM) mocy, a homologowane zużycie paliwa to średnio (cykl mieszany WLTP): 5,3 - 5,4 l/100 km. Podczas pierwszych jazd próbnych na szwedzkich drogach mieliśmy okazję wypróbować tę dosyć jednak nietypową hybrydę, a w tym „spalanie”. Zapraszam na raport.


Choć przemysł motoryzacyjny zmierza w stronę samochodów w pełni elektrycznych, to wciąż nie brakuje klientów na rozwiązania spalinowe, szczególnie wówczas gdy taki użytkownik nie ma dogodnej możliwości ładować do takiego „elektryka”. Z drugiej zaś strony klienci oczekują niższysz kosztów codziennego użytkowania, niższego niż wynikałoby to z konwencjonalnego napędu spalinowego. Tutaj do gry wkracza hybryda, czyli połączenie napędu spalinowego i elektrycznego. Na polskim rynku doskonale znamy rozwiązania Toyoty (test Corolli), Hyundaia (Tucson HEV), czy Hondy (H-RV e:HEV). Jest też Renault ze swoim e-tech, które to zastosowane zostało m.in. w hybrydowym Nissanie Juke, ale Nissan w modelu Qashqai e-Power oferuje zupełnie inne rozwiązanie. „Inne” w rozumieniu przede wszystkim konstrukcji. Jest to bowiem hybryda szeregowa, której koła napędzane
są przez silnik elektryczny, a spalinowy pełni rolę wyłącznie generatora.

Materiał ten dotyczy przede wszystkim napędu e-Power. Jeśli interesuje Cię Nissan Qashqai z konwencjonalnym napędem, to zapraszam Cię do testu tego samochodu z silnikiem 1.3 DIG-T i napędem na przednie koła oraz AWD.

Nissan Qashqai e-Power – konstrukcja hybrydowego napędu

Łączenie ze sobą źródeł napędu zawsze było (i będzie) skomplikowane i podnosi złożoność konstrukcji, a także jej koszty. Nissan dla modelu Qashqai e-Power wybrał, jakby mogło się wydawać, proste rozwiązanie polegające na zainstalowaniu mocnego silnika elektrycznego między napędzanymi kołami, a jednostki spalinowej jako generatora prądu. W takim przypadku nie musimy mieć skrzyni biegów, ani też sprzęgieł, czy przekładni łączących poszczególne źródła napędu. Wystarczy przecież, że zainstalowany gdzieś w samochodzie silnik spalinowy będzie pełnił rolę generatora prądu dla wymienionej wcześniej jednostki elektrycznej i problem rozwiązany, tak? Niestety nie… Wpierw spójrzmy na poniższy schemat budowy napędu e-Power:

Wyraźnie na nim widać, że oprócz silnika spalinowego i elektrycznego mamy też falownik, akumulator, a także coś co nazwano „generatorem”. Dlaczego te trzy dodatkowe elementy musiały być zastosowane?

Gdyby nie było dodatkowego akumulatora („baterii”), a prąd byłby wprost generowany z silnika spalinowego, to aby w ogóle autem ruszyć (np. wykonać manewr parkingowy), jednostka benzynowa musiałby się uruchomić. Dodatkowy akumulator pozwala dostarczyć energię podczas małego obciążenia, co oczywiście ogranicza częstotliwość włączania silnika spalinowego, a to w konsekwencji redukuje zużycie paliwa. Dokładnie tak samo jak w innych hybrydach.

Wspomniany „generator” to w praktyce drugi silnik elektryczny, który przez zdecydowaną większość czasu działa jako – zgodnie z nazwą – generator prądu elektrycznego. Moment obrotowy przyłożony do jego osi wytwarza zmianę strumienia pola magnetycznego, co oczywiście generuje uporządkowany przepływ elektronów – czyli prąd elektryczny, a ten chcemy użyć m.in. do silnika elektrycznego napędzającego koła.

Tak powstałą energię elektryczną możemy kierować bezpośrednio do silnika elektrycznego napędzającego koła lub skierować ją w całości lub części do naładowania akumulatora. Warto więc przyjrzeć się możliwym scenariuszom przepływu energii:

1. Nissan Qashqai e-Power przy niskim obciążeniu (np. podczas manewrów parkingowych):

2. Nissan Qashqai e-Power podczas średniego obciążenia (np. jazda ze stałą, ale wysoką prędkością):

3. Nissan Qashqai e-Power podczas wysokiego obciążenia (np. mocne przyspieszanie):

4. Nissan Qashqai e-Power podczas średniego obciążenia z aktywnym ładowaniem akumulatora (np. w związku z niskim poziomem energii):

5. Nissan Qashqai e-Power podczas odzyskiwania energii (rekuperacja), np. podczas hamowania:

Jak więc widać, taka konstrukcja i taki zestaw podzespołów pozwala na elastyczne i optymalne zarządzanie przepływem energii. Warto przy tym określić parametry poszczególnych elementów:

  • Silnik spalinowy (benzynowy) ma pojemność 1,5 l, 3 cylindry i turbodoładowanie. Jest to jednostka o zmiennym stopniu sprężania (CVR), o czym za chwilę. Jego moc wynosi 116 kW (158 KM) przy 4600 obr./min, a moment obrotowy wynosi 250 Nm.
  • Generator prądu jest „nieco mocniejszy od silnika spalinowego”.
  • Akumulator litowo-jonowy ma pojemność 2,1 kWh i nastawiony jest na szybkie oddawanie i przyjmowanie energii. Nissan deklaruje, że ma on moc 66 kW – sporo, jak na taką pojemność.
  • Silnik elektryczny (synchroniczny, z magnesami stałymi) – trakcyjny – ma moc 140 kW (190 KM) i to on definiuje parametry Qashqaia e-Power.

Jak łatwo policzyć, silnik spalinowy nie jest w stanie dostarczyć tyle mocy, ile może oddać silnik elektryczny (trakcyjny). Ten „niedobór” dostarcza akumulator. Jest to typowa sytuacja w przypadku hybryd i w normalnych warunkach użytkowania (nie na torze wyścigowym) w zasadzie nie da się doprowadzić do sytuacji, w której auto ma wyłącznie moc oferowaną przez jednostkę spalinową (w tym przypadku 116 kW). Nawet jazda z maksymalną prędkością (w tym przypadku 170 km/h) wymaga zauważalnie mniej niż 116 kW mocy.

Benzynowy silnik o zmiennym stopniu sprężania (CVR)

Oprócz systemu hybrydowego, Nissan Qashqai e-Power wyposażony został w silnik spalinowy o zmiennym stopniu sprężania. Chodzi o to, by umożliwić silnikowi działanie przy wysokiej efektywności paliwowej (wysoki stopień sprężania 14:1) z jednej strony, a z drugiej udostępnić wysoką moc (niski stopień sprężania 8:1), gdy jest taka potrzeba. Realizowane jest to przez mechanizm znajdujący się w dolnej części silnika, który zmienia skok tłoków, a to w konsekwencji wspomniany stopień sprężania. Poniżej film to obrazujący, który dotyczy wersji 4-cylindrowej, 2-litrowej:

Osoby zainteresowane szerszym wyjaśnieniem, odsyłam do materiału Nissana w języku angielskim na ten temat.

Nissan Qashqai e-Power – test zużycia paliwa

Podczas pierwszych jazd testowych nie ma oczywiście czasu i możliwości wykonać szczegółowych pomiarów zużycia paliwa w konkretnych scenariuszach, niemniej udało mi się wykonać testowy przejazd uwzględniający miasto, drogi międzymiastowe oraz szwedzkie autostrady (prędkości do ~110 km/h). Nissan Qashqai e-Power w takich warunkach uzyskał średnie zużycie paliwa 4,4 l/100 km, co nie tylko jest wartością niższą od danych homologacyjnych (5,3 – 5,4 l/100 km), ale też jest zwyczajnie dobrym wynikiem:

Najważniejszymi rywalami niewątpliwie są: Toyota RAV4 Hybrid oraz Hyundai Tucson HEV – obydwa dostępne z napędem na przednie koła, tak jak Nissan Qashqai e-Power (tutaj nie ma niestety opcji 4x4). Gdy auto pojawi się w Polsce, za kilka miesięcy, będzie okazja do porównania w analogicznych warunkach i scenariuszach użytkowania.


Nissan Qashqai e-Power w praktyce

Czas na wrażenia z jazdy. Nissan Qashqai e-Power w użytkowaniu przypomina trochę auto elektryczne. Napęd silnikiem elektrycznym bez skrzyni biegów sprawia, że przyspieszenie jest jednostajne i płynne. Nissan zadbał też o wygłuszenie, szczególnie z odgłosów silnika spalinowego. Praktycznie go nie słychać (dodatkowa, akustyczna fala przeciwstawna), a moment włączenia/wyłączenia jest odczuwalny w zasadzie tylko pod pedałem gazu i tylko wówczas gdy się mocno skupimy, by to rozpoznać.


Dla niewtajemniczonej osoby, spokojna jazda Nissanem Qashqai e-Power rzeczywiście może przypominać jazdę autem elektrycznym, bo odczucie pod nogą jest niemalże takie samo, mamy odzysk energii (który da się regulować), a spod maski raczej ciężko usłyszeć warkot „spalinówki”.

Sytuacja zmienia się gdy oczekujemy dostępu do pełnej mocy. Gwałtowne „kopnięcie” w pedał przyspieszenia nie generuje tak mocnego zrywu jak w autach elektrycznych. Reakcja jest natychmiastowa, ale nie tak mocna, a wynika to z szeregu czynników. Natychmiastowo reaguje bowiem akumulator (66 kW mocy), zaś pełna moc silnika spalinowego dostępna jest po ułamkach sekundy. Jeśli nie był on włączony, to trzeba to zrobić, a jeśli był, to najpewniej był w trybie wysokiej efektywności (niskie obroty, wysoki stopień sprężania) i musi się wkręcić i zmienić stopień sprężania. W efekcie, „zapytanie” o dużą moc wiąże się z oczekiwaniem porównywalnym do tego, co mamy przy użyciu funkcji „kickdown” w klasycznych skrzyniach biegów. Zachowanie Nissana Qashqai e-Power jest więc lepsze (lub przynajmniej porównywalne) od auta spalinowego, ale nie oferuje on też tak mocnej odpowiedzi jak bateryjne auto elektryczne. Tyle, że w ten pierwszy, mniejszy dopływ mocy jest jak w „elektryku” – natychmiast.

Niewątpliwą zaletą napędu e-Power jest fakt, że tak napędzany Nissan Qashqai natychmiastowo przełącza kierunki jazdy, co przydaje się podczas manewrów parkingowych. Auto stara się symulować zachowanie klasycznego auta spalinowego: po puszczeniu hamulca samo ruszy, nie cofnie się na wzniesieniu, a do pełnego zatrzymania trzeba użyć hamulca nożnego, także w trybie „B” i/lub aktywnym „e-Pedal”.

A skoro o tym mowa: manipulatorem „skrzyni biegów” wybieramy nie tylko kierunek jazdy, ale też siłę rekuperacji (różnica między „D”, a „B”). Można też aktywować „e-Pedal”, który oferuje wysoki poziom odzysku energii, ale jak już zaznaczyłem wcześniej, nie doprowadzi do pełnego zatrzymania samochodu. Pozwala jednak – z grubsza – na jazdę używając niemal wyłącznie „gazu”. W trybie „Eco” i „D” Nissan Qashqai e-Power „żegluje”.


Tryb „EV” – w pełni elektryczny

Tak, Nissan Qashqai e-Power ma tryb „EV”, w którym wymuszamy jazdę z użyciem prądu elektrycznego (silnik spalinowy jest wyłączony). Jest to możliwe jeśli naładowanie akumulatora trakcyjnego wynosi przynajmniej 25%. Podczas testu, w trybie czysto elektrycznym, udało mi się przejechać 4 km zużywając około 55% pojemności akumulatora. Tym samym, jeśli się do tego przygotujemy (naładujemy wcześniej akumulator odpowiednią jazdą), Nissan Qashqai e-Power w trybie „EV” może przejechać nawet 5-6 km, zależnie od prędkości i warunków oczywiście.


Mocne i słabe strony takiej konstrukcji układu hybrydowego

Niewątpliwie mocną stroną napędu zastosowanego w Nissanie Qashqai e-Power jest wrażenie obcowania z samochodem elektrycznym bez konieczności jego ładowania. Auto trzeba oczywiście tankować :) Jazda jest bardzo komfortowa i nie wymaga zastanawiania się nad techniką prowadzenia. Dobre wygłuszenie jednostki spalinowej także poprawia doznania z codziennego użytkowania. Zasięg? Ten dokładnie określimy po polskich testach, ale przy 55-litrowym zbiorniku paliwa i średnim zużyciu poniżej 5 l/100 km, będzie dało się uzyskać ponad 1000 km!

Qashqai e-Power najbardziej efektywny będzie w warunkach miejskich, dokładnie tak samo jak auta elektryczne. Zastosowanie elektrycznie napędzanej sprężarki klimatyzacji oznacza, że poruszanie się w gęstym korku podczas upałów nie wiąże się z ponadnormatywnie dużym zużyciem paliwa. Działanie klimatyzacji będzie też nieprzerwane – przeciwnie do tego, jak ma to miejsce w klasycznych autach spalinowych z systemem Start-Stop.

Do wad nie zaliczyłbym dwustopniowego dopływu mocy podczas mocnego przyspieszenia. Oczekiwanie na pełną moc nie jest dłuższe niż w przypadku auta spalinowego, a jakieś (mniejsze od maksymalnego) przyspieszenie dostępne jest natychmiast – i tutaj jest przewaga. Jest wysoce prawdopodobne, że taka konstrukcja napędu hybrydowego przełoży się na niezbyt oszczędne obchodzenie się z paliwem przy prędkościach autostradowych – dokładnie taka sama sytuacja, jak w przypadku aut czysto elektrycznych. Polecam jednak zaczekać z ostatecznym osądem do czasu konkretnych testów na autostradach (w Szwecji nie dało się tego sprawdzić). Mam też wrażenie, że oprogramowanie napędu hybrydowego mogłoby działać nieco lepiej, a przez to zredukować jeszcze zużycie paliwa w trybie mieszanym. Będę to dokładnie sprawdzał już na polskich drogach.

Czy w kategorii wady można rozważać cenę Nissana Qashqai e-Power wynoszącą minimum ~174 tys. zł? Biorąc pod uwagę, że jest to pośrednia wersja wyposażenia, a również napędzany na przód Qashqai 1.3 DIG-T, który jest wyraźnie słabszy, kosztuje ~159 tys. zł, to moim zdaniem dopłata jest adekwatna do technologii i oszczędności, którą uzyskamy.

Czy oferta jest opłacalna i korzystna, będziemy rozważać po szczegółowych testach na polskich drogach, by móc odnieść „spalanie” Nissana Qashqa e-Power do takich aut jak Toyota RAV4 2.5l Hybrid, czy Hyundai Tucson HEV.



Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu