bob体育黑平台网干式离合器与发动机相连接,原来的V6发动机加混动系统只能用在前置后驱车型

过去日本因地域小,资源有限,非常热衷于开发新能源车。特别是在混动这一块,丰田绝对是当之无愧的霸主,修炼多年的THS混动动力系统独步全球,行星齿轮和双电机能量分割系统结构复杂,效果霸道,而且拥有的诸多专利基本堵住了其他厂家去路。

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  说起机械增压,在涡轮增压大行其道的年代,使用机械增压的车型可谓是一股清流,而机械增压搭配上混合动力系统的更是凤毛麟角。但东风日产的楼兰HEV正是使用了这么一套看起来不可思议的动力搭配,今天我们就来了解一下日产这款2.5T机械增压发动机究竟有什么奥妙。

不过有时候也必须承认鬼才的存在,例如本田的i-MMD混合动力系统成功跳出丰田专利的条条框框束缚。这套系统由较高功率的双电机和锂离子电池组合而成,原理简洁:用发动机带动发电用电机给电池充电,或者直接驱动用电机供电,驱动车轮的动力变成由电机提供。

在以往的认知中,混动似乎是动力肉、油耗低的代言词,但新款楼兰给大家带来了一份不同的答卷,竟然在混动系统上使用了一款机械增压的发动机。新款楼兰自2015年在国内上市,不同于海外版本的是,新款楼兰全系取消了VQ35发动机,继而换成一套由2.5L机械增压发动机与单电机组成的混合动力系统,在动力参数以及油耗上有着不错的表现。那么这种采用更低排量并加持机械增压的设计方案,是否能够与之前屡获奖项的VQ35发动机相媲美甚至取而代之?让我们来了解一下。

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2017年7月5号,笔者受邀来到广州市花都区日产乘用车技术中心,参加了日产中国举办的2017楼兰机械增压的技术分享会,会上通过工程师的讲解,让我们了解到技术之日产其独有的造车理念。

为什么要开发这款发动机?

目光回到国内,夹在传统动力和纯电动之间的油电混合动力车,在很多人的认知里,都把它看成是传统燃油车到纯电动车之间的过渡产品。其实,HEV的存在意义不只是如此,它更像是传统燃油车的优化版本,在续航能力、环保、加速、行驶平顺性上都有更大的提升。

给大家演讲的是来自日本的工程师松井健太郎先生,松井先生自1986年加入日产,此后参与了多款高性能发动机的企划以及开发工作,其中就包括了直列四缸SR高性能发动机与V型6缸VQ发动机。

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说得激进点,HEV的存在不只是因为纯电动车,甚至它跟纯电动可以说是两个不同的领域。虽然研究开发它的初衷有一部分是因为环保节能,但对于某些混动技术来说,却不仅仅如此。

日产楼兰在中高配车型上搭载了一套混合动力系统。该系统采用双离合器结构,发动机一侧采用干式离合器连接,当车辆起步或者纯电动模式行驶的时候,此时发动机并不参与工作,干式离合器起到隔断的作用,此时电动机单独驱动车轮。当需要引入动力时,干式离合器与发动机相连接,电机浪费电量带动发动机转动。而湿式离合器放置在电动机与CVT之间,起到类似液力变矩器的作用。

  早在2011年,英菲尼迪就在M35h上搭载了2.5L自然吸气V6发动机+单电机双离合的混动系统,因为M35原本是后驱车型,所以M35h也使用了前置后驱的布局,因此车身空间能够容纳发动机、变速器以及混动系统。

例如,我们今天要聊的日产楼兰混动。

当然,这套混合动力系统如今所使用的电机功率并不大,属于弱混,电机主要是辅助发动机工况不佳时的工作,同时回收动能。简单来说,这是一套单电机+双离合器+发动机+变速箱的机构。

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在几年前日产便出现过类似结构的系统,只不过这次将纵置发动机后驱布局变成横置发动机前置布局,不论是FR、FF还是基于FF的4WD平台,其设计思路是一致的。

  2015年日产推出第三代楼兰,在美国所搭载的动力就是3.5L的V6自然吸气发动机,国内的楼兰搭载的则是2.5L的V6的自然吸气发动机。如果想要搭载混合动力系统的话,原来的V6发动机加混动系统只能用在前置后驱车型,因为车舱的空间不足,想要前置前驱或是前置四驱布局的混动系统,日产就需要去选择一个更小的发动机。

更强调驾驶感的“弱混”技术

这套HEV系统使用机械增压,相比涡轮增压来说,在体积上会更有优势,可以看作是QR25DE 2.5升自然吸气发动机的辅助器,同时采用紧凑/小型化的电池与小电机,这样一来即使为混合动力系统也并不会对室内空间有过多的侵占,车辆也可以做到更加轻巧、紧凑。

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这次来到位于花都的东风日产乘用车技术中心,负责讲解楼兰QR25DER 发动机技术的是松井健太郎先生。他除了负责楼兰上的这台直列四缸发动机项目,还参加过非常多的发动机项目研发设计,像VQ35系列发动机曾连续十年获得沃德世界十佳发动机大奖。

对于电池以及电动机小型化的问题上,其实无需要纠结。工程师表示电池与电动机并不是越大越好,只有最适合的才是最好的。因为盲目增大容量,会牵扯包括燃油经济性以及车内空间等一系列问题,对于一款舒适取向的楼兰来说,采用小型化电池及电动机会是当前很好的一个设计方案。

  比V6要小一级的发动机,而且是日产原本有技术积累的,思来想去也就只有直列4缸发动机,所以也就决定使用直列4缸的发动机。

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机械增压可以看作是自然吸气发动机的辅助系统,意味着在保证发动机主要构成零件不变的情况下,加入机械增压并不会对原本动力系统的结构、管路设计上造成太大影响,同时起到提升功率和扭矩的作用。

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也许有经验的人往往都不爱走寻常路,楼兰的这套混动系统,就很少见的采用了一台2.5L排量的机械增压发动机。根据厂家的说法,是为了市区堵车时的高性能起步,实现稳定行驶的驾驶性能。

工程师表示,这样做对于楼兰的维护修理更方便,用户不需要担心机械增压版本与自然吸气版本在保养花费上存有太大差异。

  与楼兰同年发布的新奇骏混动版本,其搭载的混动系统是横置前置前驱形式,采用2.0L自吸发动机+电机的思路,混动技术与楼兰是相同的。 这款2.0L虽然是4缸机,但其低扭对于楼兰而言还有差强人意,所以日产也没有办法只能再开发新发动机。

当然,这个回答太官方,通俗地说,机械增压相比涡轮增压的优势就在于,它可以在车辆起步或者说在发动机低转速时就介入工作,动力响应比废气涡轮增压要更快。考虑到拥堵城市里开车,车辆处于频繁起步、低速跟车的状态,这种状态并非涡轮增压擅长的工作区间,但这种工况对机械增压来说却是比较友好。

相信大家都有一个疑问,日产为什么会采用机械增压而不是当下热门的涡轮增压呢?

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首先让我们先了解机械增压器的工作原理:机械增压器由发动机曲轴皮带直接带动,压缩空气进入发动机汽缸内产生增压效果。为了有效降低油耗和排放,增压通过电控节气门以及电控旁通阀的协同控制来进行。

  日产在发动机开发之初就针对中国汽车的使用场景以及方式给出了发动机性能目标,简单来说就是高速开的爽、低速开的稳、起步动力要充足,并且油耗要低于同级别车型,排放要在不修改硬件的前提下能够达到国6标准。于是乎日产方面就在直列4缸发动机的基础上加入了机械增压系统,成就了今天的2.5T发动机。

不仅如此,楼兰上这台2.5L机械增压发动机对比同款自然吸气版本,多了五项主要技术加持,在主要构成零件不变的基础上,提高最大功率约31%,由原本的137kW增大到180kW,最大扭矩约提升了44%,由229Nm增大到330Nm,性能得到了不错的提升。

在下图中我们则能够看出,相比涡轮增压,机械增压在起步性、布局以及排气性能上会更有优势。

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由于机械增压的特性,其动力输出是线性的,与自然吸气发动机有着相似的动力提升曲线,并能够有效地提高发动机功率,与涡轮增压相比在低速下增压效果更好。

  结合日产原有的混合动力系统(单电机+双离合+CVT),这颗2.5T发动机在楼兰上能够达到工信部油耗四驱8.2L/100km、两驱8.0 L/100km的水平,并且在扭矩尤其是低扭表现优异。

不过要说这套混动和别人家的混动最大的不同,我们还是得重点聊聊它的结构和工作原理。这套混动系统采用的是两个离合器的结构,分别安装在电机两侧,一边连接发动机,引入发动机动力;一边连接变速箱,输出动力,电机连接电池。这样说你可能没啥概念,直接看下图。

涡轮增压则利用发动机排出的废气进入涡轮做功,与机械协调工作时存在低速增扭能力差,瞬态响应特性差的问题

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考虑到这一点,日产选择采用机械增压,避免了涡轮增压在涡轮介入时的转速突然提高的现象,使得车子行驶起来更加平稳。

  另外,日产研发出2.5T机械增压发动机也有油耗的压力,这款2.5T发动机可以看成是3.5L自吸V6发动机的小排量(downsize)解决方案。通过增压技术,实现了发动机小排量化,并且性能不会下降,更加重要的是综合油耗得到了下降,在日趋严酷的油耗法规监管下,越来越多的厂商开始了发动机小排量化的步伐。

对于这套系统,拥有两个离合器是最关键的点,它们可以让整套混动系统变得非常灵活。而且日产对这套系统的设定,在起步时刻是先接湿式离合器再接干式离合器,也就是说,先用电机把车子带动起来,发动机再介入动力。

值得一提的是该款机械增压器来自EATON公司的TVS系列,具有高压力比,高效,低噪音的特点

这款2.5T机械增压发动机为什么不用涡轮增压?

这样的好处的就在于,电机可以全扭矩输出,起步更轻盈,而且非常平顺;而车子跑动起来后发动机动力再介入,基本消灭了起步抖动的存在。这也符合日产一开始提出的目标,这套系统更强调性能和驾驶感。

在发动机的进气歧管上,集成了水冷中冷器,能够在低车速以及拥堵场景下,确保吸气温度的稳定,由此便带来了更稳定的驾驶感受。考虑到中国道路环境以及驾驶习惯的基础上,日产决定采用此技术。

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好不好用得看实际“疗效”

相比风冷中冷器,水冷中冷器的进气温度在全程都表现稳定,而风冷中冷器在初期波动较大。

  在上一节可能会有不少朋友有疑问,日产既然选择了小排量的发动机,为什么不采用主流的涡轮增压技术而是采用机械增压技术去弥补性能呢?其实从上面的这张图就有了答案。机械增压相比于涡轮增压在起步动力、布局、排放上都比涡轮增压有优势。

说得那么神,还是得实际体验之后才能下结论,活动当天厂家也有安排试驾活动,实际感受下来,确实在起步动力和平顺性上比同级别的很多2.0T发动机的表现要好,不会出现低速开起来肉,涡轮介入后动力爆发突兀的情况。

使用燃油压力可变系统,在一定的范围内可自动调节燃油压力,起到了节能减排的作用。

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不过因为机械增压发动机的动力输出特性,在时速80km/h以上的再加速能力上,这套混动系统的表现,相比同级别里很多2.0L涡轮增压缸内直喷发动机不占优势,但油耗要低1-2个油左右。

本文小结:

  日产想要的目标是充足的起步动力,这也是涡轮增压以及机械增压差别最大的其中一个点。从上图曲线中就能够看出,机械增压相比于涡轮增压在起步时达到相同的加速度需要的时间更少,也就是说机械增压起步动力更加充足响应更快,涡轮则存在一定的迟滞,这个也是二者结构差异所决定。

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之前搭载于日产楼兰上的发动机为鼎鼎大名的VQ35发动机,这个系列发动机曾连续十多年获得“世界十佳发动机”的称号,是相当优异的发动机。但由于当下国内排放法规越发严峻,大排量发动机似乎已经不合时宜,这套混合动力系统也许就是日产给我们的设计定位,一套为代替VQ35而生的系统,在车重接近2吨的情况下,工信部综合油耗在为8.2L,百公里加速为9.5S,油耗以及动力性能方面都有着不错的平衡。终极的燃油经济性不是它想要的,而是想在排量数字以及动力表现方便更适合国情。这套系统完成度高,可升级的空间大,相信以后会给我们带来更多的惊喜。

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事实上,这套混动系统整个开起来的驾驶感受都更符合一台大排量发动机的特性。而根据日产工程师松井健太郎的说法,日产也是考虑到中国政府在政策上对小排量发动机的侧重,所以楼兰上的这套混合动力系统在中国市场,扮演着3.5L VQ35DE自然吸气发动机的角色。

  另外,使用机械增压系统后,发动机所占的空间增加不大,这对于整车的布局而言更有优势,尤其是对于还有混合动力系统楼兰来说。

不过钟叔从结构图上也看到,目前楼兰里面只有一块容量为0.6kWh的锂电池,与之匹配的电机功率自然不可能太大。但如果之后能够换大容量电池,则还能用插电混合模式,甚至于换不同发动机,换不同电机,都会是非常容易的事情,只需要做一个同轴装配就行了,所以这套混动系统的灵活性是一个很大优势。

  想要了解更多关于楼兰混合动力版的内容可以点击以下图片:

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总的来说,把它和丰田、本田的混动系统相比,那它顶多只能算是个“弱混”,性能上也没能比肩同级别的2.0T缸内直喷发动机,但对于日产,或者是楼兰这款车来说,这套混动系统却是最合适的选择,尤其在走走停停的都市,这套系列会让厚重的楼兰起步时如开弓射箭一样迅猛,就像保时捷一样。

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