Nissan e-Power technisch bekeken

Volgende week is de eerste kennismaking met de nieuwe Nissan Qashqai, een auto waarvoor Nissan hooggespannen verwachtingen heeft. De Qashqai 3 zit bomvol geavanceerde techniek, maar een belangrijk nieuwsfeit zit onder de motorkap van de Qashqai e-Power. Deze aandrijflijn werd in 2016 in de Nissan Note voor de Japanse markt geïntroduceerd, daar werd het de bestverkopende auto ooit voor Nissan. Het was zelfs de bestverkochte auto in Japan, de volledige productiecapaciteit ging op aan de e-Power uitvoeringen. In de Nederlandse (auto)media werd er meewarig gekeken naar deze techniek, maar ook nu maar de e-Power zijn opwachting in Europa. Het is tevens onze eerste kennismaking met een variabele compressie-motor. In theorie zou deze aandrijflijn ontzettend zuinig moeten zijn, met een thermisch rendement van 50%. Als voorpret op de introductie nemen we de e-Power onder de technische loep.

First things first: alleen al de VC-T motor met variabele compressie is een prachtig stuk techniek, in dit technische artikel kun je alles lezen over de werking en constructie. In de Infiniti QX50 gebruikt Nissan een viercilinder 2.0 liter motor. In de Qashqai e-Power maakt Nissan gebruik van een 1.5 driecilinder motor, in de basis is het dus een driecilinder uitvoering van de 2.0, met gelijke boring en slag. Het grote voordeel van variabele compressie is dat je de vermogensvraag en het toerental optimaal op elkaar kunt afstellen. In de e-Power modellen is de motor niet mechanisch gekoppeld aan de wielen (hierover later meer), in concreto betekent dit dat je de vermogensvraag zeer nauwkeurig kunt regelen, zodat de motor het vermogen levert bij het meest renderende toerental.

e-Power: een slimme transmissie, geen aandrijving

Bij de introductie van de Note e-Power werd de techniek hier te lande niet begrepen: is het een hybride, is het een niet-oplaadbare elektrische auto, is het gewoon een benzineauto? In de reacties op online-artikelen werd het concept afgeschoten. Maar gezien het enorme succes en de positieve ervaringen van de Japanse autoconsument, moet Nissan toch iets goed gedaan hebben. Daarbij speelt de vraag “Wat is het nou eigenlijk voor aandrijving?” geen rol, de kern van de zaak is dat Nissan een traditionele transmissie volledig omzeilt: geen koppeling, geen koppelomvormer, geen tandwielparen of planetaire sets voor 6-7 versnellingen… Dat alles scheelt een boel transmissieverliezen. In feite is de e-Power een traditionele benzine-aangedreven auto zonder versnellingsbak, maar met de mogelijkheid om energie te regenereren en die in een kleine accu op te slaan. In de Note e-Power gebruikte Nissan een 1,5 kWh accu, in de nieuwe Qashqai is dat 2,0 kWh. Daarmee kan de Qashqai 2 tot 3 kilometer elektrisch rijden. Het idee van de e-Power is dat de benzinemotor bijspringt en precies het vermogen levert dat de aandrijving vraagt. In de Note werd gebruik gemaakt van een 1.2 benzinemotor, zelf zonder variabele compressie bleek deze motor efficiënt genoeg om tot lage verbruikscijfers te komen. Omdat de 1.5 VC-T een aanzienlijk hoger rendement heeft, kunnen de verbruikscijfers voor een Qashqai theoretisch rond de 1:30 (!) uitkomen.

Op onderstaand schema is de lay-out van e-Power te zien: de verbrandingsmotor ligt op de bekende plaats: rechts / midden in de motorruimte, de elektrische aandrijving met inverter, generator en elektromotor is op de plek van de traditionele transmissie tegen het motorblok gemonteerd. In deze eenheid is ook het differentieel ingebouwd. Het accupakket is onder de voorstoelen ingebouwd:

Op het kleine schema linksboven op de afbeelding is het werkingsprincipe te zien: de benzinemotor drijft rechtstreeks de generator aan, alle elektriciteit vloeit rechtstreeks naar het accupakket. Er is dus geen rechtstreekse verbinding tussen de generator en elektromotor. De elektromotor wordt altijd vanuit de inverter / accu gevoed. Ook als de accu volledig ontladen is, volgt de energiestroom vanuit de generator deze route.

In tegenstelling tot Mitsubishi’s PHEV aandrijving is er geen mechanische verbinding mogelijk tussen de krukas en de aandrijfassen. Bij de Outlander en Eclipse Cross PHEV wordt de benzinemotor vanaf 120 km/u gekoppeld aan de wielen, waardoor deze de auto rechtstreeks aandrijft.

De elektrische aandrijving

Op onderstaande foto is een deels opengewerkte aandrijving te zien, links de benzinemotor (in dit geval de 1.2), rechts de elektrische aandrijving. De bovenste unit is de elektromotor die de wielen aandrijft, de onderste unit is de generator die rechtstreeks door de motor aangedreven wordt. Via de oranje kabels zijn de motor en generator met de vermogenselektronica verbonden, deze ligt als een losse unit op de EV-aandrijving:

Vanuit een andere hoek bekeken valt iets bijzonders op: een plaatkoppeling tussen de motor en generator. Deze wordt gebruikt om verliezen bij het uitrollen te beperken: door de motor mechanisch af te koppelen kan alle rol-energie gebruikt worden om elektriciteit te genereren. In situaties waarbij de accu volledig geladen is, wordt de motor weer aangekoppeld, zodat de auto op motorcompressie kan afremmen. Dit systeem gebruiken Toyota en Mitsubishi-hybrides ook, in de B-versnelling.

Net als de Leaf kan de e-Power met één pedaal (e-Pedal) gereden worden: de elektromotor / generator kan zo sterk afremmen (eventueel in combinatie met de verbrandingsmotor), dat het gebruik van het rempedaal grotendeels achterwege kan blijven. De remvertraging van e-Pedal bedraagt maximaal 0,2 G. Alleen in situaties waarbij hard remmen nodig is, zal de bestuurder zelf het rempedaal moeten gebruiken. Let wel: de Qashqai 3 is voorzien van adaptieve cruise control en een frontradar, die in noodgevallen zelf de remmen bedient.

STARC: optimale cilindervulling, zeer arm mengsel, veel EGR

De 2,0 kWh accu onder de voorstoelen levert maximaal 80 kW, daarmee kan het vermogen van de 140 kW elektromotor niet volledig benut worden. In dat geval sprint de 114 kW benzinemotor bij. Deze gaat op het meest efficiënte toerental draaien om precies genoeg aanvullend vermogen te leveren. Zoals gezegd heeft deze motor een enorm hoog thermisch rendement, van maar liefst 50%. Dit komt grotendeels op het conto van de variabele compressie, maar ook door een uitgekiende cilindervulling. Dit noemt Nissan het STARC concept, dat acroniem staat voor Strong, Tumble, Appropiate stretched Robust ignition Channel. De kern van dit concept is een optimale cilindervulling met een sterke tuimeling van de binnenkomende lucht. Het lucht / brandstofmengsel heeft bij het bereiken van het ontstekingsmoment een rijk gebied rondom de bougie, waardoor het gemakkelijk ontsteekt en optimaal verbrand. Daarnaast maakt Nissan gebruik van een tamelijk hoge concentratie teruggevoerd uitlaatgas, voor een tweede verbranding. Via de EGR (Exhaust Gas Recirculation) wordt een thermisch rendement van 43% gehaald, door gebruik te maken van een zeer arm mengel (Lean Burn) kan 46% gehaald worden. Voor de techneuten: de lambda-waarde is dan λ = 2. De laatste 4% rendement perst Nissan er uit door de motor op een constant toerental te laten draaien.

Voor degenen die werkelijk alle ins- en outs van e-Power en de 1.5 VC-T willen weten, in deze video wordt alles tot in het kleinste detail uitgelegd. Het is echt de moeite waard!