Der Automobilhersteller Nissan positioniert sich im Hybridmarkt, indem er einen Benzinmotor über die gesamte Betriebsdauer mit einer konstanten Geschwindigkeit betreibt. Das Unternehmen hat die nächste Version seines e-POWER-Systems vorgestellt, und der Hauptfortschritt liegt darin, dass der Motor nicht seine Drehzahl ändert. Stattdessen läuft er mit einer konstanten Geschwindigkeit und sendet Strom an die Batterie, während die Person, die fährt, ein Fahrzeug bedient, das so wirkt, als ob es keinen Motor enthält.
e-POWER ist NISSANS Hybrid-Design und funktioniert nicht wie ein konventioneller Hybrid. Anstatt wie bei einem traditionellen Hybrid den Motor direkt anzutreiben, betreibt e-POWER den Motor nur, um die Batterie aufzuladen. Diese Batterie versorgt wiederum einen leistungsstarken Elektromotor mit Strom, der das Fahrzeug antreibt. Nach Angaben von NISSAN ist das Ergebnis ein Fahrgefühl wie bei einem Elektrofahrzeug, mit der zusätzlichen Sicherheit eines an Bord befindlichen Benzinmotors, der die Batterie auflädt.
Eine neue Ära der Automobile ist angebrochen, die von Grund auf mit einem brandneuen Motor und einem gemeinsamen Design für reine Elektroautos gebaut wurde. Die eigentliche Frage ist hier unkompliziert: Was ist der Sinn, einen Motor zu bauen, der überhaupt nicht hochdrehen kann?
Ein eigens entwickelter Motor, der niemals hochdreht
Im Kern des e-POWER-Systems der dritten Generation befindet sich ein Motor, der mit dem System selbst im Kopf gebaut wurde. Anstatt über einen großen Drehzahlbereich zu laufen, wenn sich die Fahrbedingungen ändern, hält dieser Motor eine konstante Geschwindigkeit während seines Betriebs aufrecht. Das konstante Geschwindigkeitsdesign wird als Stärke und nicht als Nachteil dargestellt, auch wenn es eine natürliche Frage aufwirft, wie anpassungsfähig es tatsächlich ist.
Ein gleichmäßiger Verbrennungsprozess wird durch das Langhubdesign des Motors aufrechterhalten, das einen starken Wirbel im Zylinder erzeugt, der als Tumble-Flow bezeichnet wird. Tumble-Flow ermöglicht es dem Motor, mit einem hohen Kompressionsverhältnis und einer hohen EGR-Rate zu arbeiten, wobei Abgase zurück in den Ansaugluftstrom geleitet werden. Diese zusammenwirkenden Elemente sorgen dafür, dass der Motor gleichmäßig und sauber verbrennt.
Dieser Motor nutzt Nissans STARC-Konzept, das für Strong Tumble & Appropriately stretched Robust ignition Channel steht, in Kombination mit seinem Design. Die Idee besteht darin, den Luftstrom zu dem Zündkerzenbereich innerhalb der Brennkammer zu lenken, um die Zündung zu verbessern. Eine Kaltzersprüh-Technologie integriert den Ventilsitz in den Ansaugkanal, wodurch der Motor die perfekte Kanalform erhält, die Luft in den Zylinder zwingt.
Während der Verdichtung behält die Kolbenoberseite den Tumble-Fluss intakt bei, sodass die Zündung mit einem starken Funken und einer stabilen Verbrennung erfolgen kann. Ein großer Turbolader drückt ein beträchtliches Volumen verdichteter Abgase und Luft in den Zylinder, was die Leistung steigert und auch die thermische Effizienz des Motors verbessert.
Der 5-in-1-Modulare Ansatz
Das elektrische System wurde grundlegend neu aufgebaut. Das 3rd-gen e-POWER nimmt einen modularen Weg ein, der als „5-in-1“ bekannt ist und fünf Schlüsselkomponenten zu einer Einheit zusammenfasst. Die enthaltenen Komponenten sind der Motor, der Reduktor, der Inverter, der Steiger und der Generator. Ziel ist es, die Passung dieser Komponenten innerhalb des Fahrzeugs zu optimieren, den Stromfluss für mehr Leistung zu erhöhen und gleichzeitig Energieverluste zu reduzieren.
Die Anordnung der flachen Drahtspulen mit geringen Abständen zwischen ihnen lässt mehr Strom durch den Motor fließen. Der Inverter verwendet ein hochmodernes Leistungsteil in Kombination mit einem zweiseitigen Kühlungsdesign, das Wärme effizient abführt, was die Leistung insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten verbessert. Einige Modelle gehen noch weiter und integrieren Siliziumkarbid (SiC)-Leistungs-Halbleiter in den Inverter, wodurch der Energieverlust im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Halbleitern reduziert wird.
Die Verringerung des Energieverlusts bedeutet, dass ein größerer Anteil der erzeugten Elektrizität für den Antrieb verwendet wird. Da weniger Elektrizität erzeugt werden muss, verbessert sich der Kraftstoffverbrauch.
Warum eine konstante Geschwindigkeit wichtig ist
Ein gleichmäßiges Tempo definiert das gesamte System. Der Motor hält diese feste Rate aufrecht, was seinen Verbrennungszyklus konsistent hält, unabhängig davon, wie das Fahrzeug gefahren wird. Diese Konsistenz wird zwar als wesentlicher technischer Vorteil angeführt, verhindert aber auch, dass der Motor schnell reagiert, wenn der Fahrer mehr Leistung anfordert.
Das Antriebssystem des Fahrzeugs erhöht seine Drehzahl nicht, wenn man aufs Pedal tritt. Stattdessen läuft es mit einer konstanten Rate, während ein Elektromotor die Antriebskraft liefert. Diese Anordnung bedeutet, dass die Batterie schnell Energieimpulse für die Reaktionsfähigkeit liefern muss, was genau so der Zustand von Nissan ist, wenn er das Fahrgefühl mit dem eines Elektroautos vergleicht.
Der Vorteil, so Nissan, ist eine verbesserte Kraftstoffeffizienz und ein leiserer Betrieb. Durch die Vermeidung der Notwendigkeit, die Drehzahl des Motors ständig anzupassen, reduziert das System mechanische Belastung und Geräusche. Die Steifigkeit der integrierten Komponenten vermeidet auch Interferenzen zwischen den Resonanzpunkten der Fahrzeugkarosserie und verbessert so zusätzlich die Geräuscharmut.
Gemeinsamkeiten mit Elektrofahrzeugen
Eine bemerkenswerte Funktion des neuen Systems ist die gemeinsame Nutzung von Komponenten mit der reinen Elektro-Palette von Nissan. Das e-POWER-Setup entlehnt den 3-in-1-EV-Antriebsstrang und dessen Teile, eine Maßnahme, die laut Nissan die Anzahl der Teile und Investitionen in die Produktion reduziert. Durch die Nutzung der Technologien und Expertise sowohl von Elektrofahrzeugen als auch von e-POWER möchte das Unternehmen die Entwicklung noch effizienterer elektrifizierter Antriebsstränge vorantreiben.
Ein gemeinsames Design ist eine bewusste Strategie. Es ermöglicht Nissan, die Kosten für die Entwicklung von Elektrokomponenten zwischen zwei Systemen zu teilen und neue Technologien schneller in seinen Fahrzeugen einzuführen. Da die Teile auf verschiedene Weise angeordnet werden können, können die Vorteile eines Systems leicht auf das andere übertragen werden.
Was die Zahlen zeigen
Die Betrachtung des im Qashqai eingesetzten zweiten Generation e-POWER-Systems bietet eine nützliche Vergleichsbasis. Das 5-in-1-Design erreicht einen hohen Wirkungsgrad, indem es den Stromfluss für eine höhere Leistung erhöht und gleichzeitig Energieverluste reduziert. Der Einsatz von SiC-Halbleitern reduziert den Leistungsverlust im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Halbleitern, was bedeutet, dass ein größerer Teil der erzeugten Elektrizität tatsächlich dazu beiträgt, das Auto anzutreiben.
Bessere Steifigkeit reduziert, wie stark sich drehende Wellen wie Motoren und Getriebe neigen, was Schütteln reduziert. Das ist echter Fortschritt, obwohl er innerhalb einer Konfiguration bleibt, bei der die Motordrehzahl nicht verändert wird.
Das STARC-Konzept erklärt
Nissan präsentierte das STARC-Konzept, eine Verbrennungsidee, im Jahr 2021. Es konzentriert sich auf die Regulierung des Luftstroms innerhalb der Brennkammer zum Zündkerzenstecker, um die Zündung zu verbessern. Dieser Ansatz hält den Entladungskanal des Zündkerzensteckers stabil, was die Verbrennung effizient lenkt und ein stabiles Verbrennen trotz einer hohen EGR-Rate unterstützt.
Die Kaltzersprüh-Technik, die den Ventilsitz in den Ansaugkanal einfügt, erzeugt das perfekte Portdesign, das die Luft mit einer kraftvollen wirbelnden Bewegung in den Zylinder treibt. Die Oberseite des Kolbens ist sorgfältig geformt, um diese wirbelnde Bewegung beim Komprimieren zu erhalten, was die Zündung stark hält und die Verbrennung stabilisiert.
Der Kompromiss
Ein gleichmäßiger Motor löst ein echtes Problem, vor dem traditionelle Kraftwerke stehen: die Aufrechterhaltung einer konsistenten Verbrennung über einen großen Drehzahlbereich. Nissans verlängerter Kolbenhub und die wirbelnde Luftbewegung sperren den Motor in ein einzelnes Tempo. Das überlässt dem Elektromotor die Aufgabe, die wechselnden Anforderungen zu bewältigen, die Fahrer erwarten.
Der zentrale Konflikt liegt hier in den Erwartungen versus der Realität. Nissans Ziel ist ein Auto, das sich wie ein Elektrofahrzeug anfühlt, was genau das ist, was das Unternehmen möchte. Die Konstruktion zwingt den Motor jedoch dazu, kontinuierlich mit einer festen Geschwindigkeit zu laufen, ein Verhalten, das außerhalb der typischen Erwartungen eines Hybridfahrzeugs liegt. Die Werbebotschaft verspricht das Beste aus beiden Welten: die ruhige, stille Fahrt eines Elektrofahrzeugs in Kombination mit der Sicherheit eines Benzinmotors. In der Praxis verbringt der Motor jedoch die meiste Zeit damit, sich einfach nur zu drehen.
Das System funktioniert. Die tatsächlichen Effizienzsteigerungen existieren. Die leisere Betriebsweise existiert ebenfalls. Der Motor bleibt jedoch ein festes Element innerhalb davon, was für die Art von Merkmalen typisch ist, die man bei einer Maschine findet, die ihren Betrieb eingestellt hat.
Das Endergebnis
Die dritte Generation von Nissans e-POWER stellt eine bemerkenswerte technische Leistung dar. Sie verfeinert einen Hybridaufbau, um eine größere Effizienz, weniger Lärm und ein Handling zu erzielen, das sich näher an einem Elektrofahrzeug anfühlt. Im Kern befindet sich ein Motor mit konstanter Geschwindigkeit, eine ungewöhnliche Komponente, die das System charakterisiert.
Die meisten Motoren sind so konstruiert, dass ihre Leistung sich an die Fahrweise anpasst. Sie erhöhen ihre Geschwindigkeit beim Beschleunigen, lassen beim Rollen nach und passen ihre Leistung an die Straße an. Nissans Motor folgt diesem Muster überhaupt nicht. Stattdessen dreht er lediglich, während der Elektromotor die restliche Arbeit erledigt. Dieser Ansatz stellt eine bemerkenswerte Designentscheidung dar, mit der Nissan zufrieden ist.
Der eigentliche Test ist zu sehen, was der Markt dazu denkt. Ein Motor, der niemals seine Geschwindigkeit ändert, ist ungewöhnlich in einer Branche, die auf Bewegung basiert. Nissans Argumentation beruht auf der Idee, dass ein ruhiger Betrieb das Potenzialverlustes überwiegt. Die Passagiere genießen eine ruhigere und leiser Fahrt, während das Fahrzeug selbst weniger Kraftstoff verbraucht.
Die Haltbarkeit dieses Kompromisses hängt davon ab, wie das System altert. Eine Maschine, die ihre Geschwindigkeit niemals verändert, ist einfacher zu warten, verlässt sich jedoch auf die Batterie, um bei Bedarf schnell Leistung bereitzustellen. Sollte die Batterie schwächeln, verliert das Fahrzeug seine Ähnlichkeit mit einem Elektroauto. Sollte der Generator ausfallen, verliert das Fahrzeug sein Sicherheitsnetz mit Benzin.
Die aktuelle Version von e-POWER repräsentiert ein funktionierendes System mit einem neuen Ansatz zur Leistungsabgabe. Sie ist ein Beweis dafür, dass kreative Lösungen oft seltsam wirken, bevor sie akzeptiert werden. Ein Fahrzeug, dessen Motor nicht hochdreht, ist keine defekte Maschine. Es spiegelt eine bestimmte Designphilosophie wider, und Nissan setzt auf den Erfolg dieser Philosophie.
Kennzahlen: System: Nissans e-POWER der dritten Generation – Antriebsstrang: 5-in-1-Modulansatz – Motor: Speziell entwickelter, konstanten Geschwindigkeits Design – Gemeinsame Komponenten: 3-in-1 EV-Antriebsstrang – Halbleiter: Siliziumkarbid (SiC) in einigen Modellen – Verbrennungskonzept: STARC (angekündigt 2021)
Diese Ankündigung zerlegt ein funktionierendes System, anstatt etwas auf dem Papier zu beschreiben. Der Motor, der nicht hochdreht, ist keine Idee, die in der Theorie herumschwebt. Er existiert in realen Autos und Nissan bittet die Fahrer, dies als Stärke und nicht als Schwäche zu betrachten. Die Antwort darauf, ob sie dies akzeptieren, wird entscheiden, was aus dieser Generation von e-POWER wird.
Quelle: „Nissans e-POWER Powertrain der dritten Generation“, nissan-global.com.
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