Nissan zapowiada rewolucję w silnikach spalinowych. Efektywność ma sięgnąć 50 proc.

Mogłoby się wydawać, że w dobie popularyzacji aut elektrycznych i rozwoju technologii wodorowej czas silników spalinowych jest już policzony. Nissan przekonuje jednak, że jest inaczej. Japończycy obiecują motor o parametrach, o jakich dziś można jedynie pomarzyć, a przede wszystkim rozwiązanie problemu, który wydawał się gwoździem do trumny "benzynówek". Chodzi o efektywność cieplną.

Benzyna to bardzo dobry środek zasilania pojazdów. Jest stosunkowo bezpieczna, nie generuje problemów w kwestii jej przechowywania, nie wymaga stosowania w samochodach zbiorników znoszących wysokie ciśnienie i jest wysokoenergetyczna. Problem leży jednak w tym, że mimo wielu lat rozwoju silniki charakteryzują się dość niską efektywnością.

W silnikach, które mogą dziś być stawiane za wzór – na przykład jednostkach Toyoty zaprojektowanych z myślą o hybrydach - 41 proc. energii powstającej w procesie spalania przenoszone jest na koła. Pozostała jej część jest tracona wskutek tarcia ruchomych elementów jednostki i zamieniana jest w ciepło. Nissan zapowiedział jednak w tej materii rewolucję. Jak poinformowali Japończycy, przełamali oni problemy, które stały na przeszkodzie do stworzenia silnika benzynowego o efektywności cieplnej wynoszącej 50 proc.

Przepisem na sukces ma być zwiększenie stopnia kompresji mieszanki w cylindrach oraz lepsze rozproszenie paliwa w komorze spalania, a także skuteczniejszy system zapłonowy. Ogromną wagę ma również wprawienie wewnątrz cylindra mieszanki w ruch obrotowy o optymalnych parametrach oraz zapewnienie odpowiedniej prędkości przepływu mieszanki paliwowo-powietrznej pomiędzy elektrodą środkową a masową świecy zapłonowej w momencie powstania iskry. Dzięki temu proces spalania jest lepiej kontrolowany, a wykorzystanie benzyny pełniejsze.

Jak informuje Nissan, w wewnętrznych testach udało się osiągnąć sprawność cieplną wynoszącą od 43 do 46 proc. Japończycy są też na dobrej drodze, by zyskać kolejne procenty efektywności, zmniejszając straty wynikające z pracy układu chłodzenia, tarcia związanego z ruchomymi elementami silnika oraz pracą pomp - paliwa i cieczy chłodzącej. Ogromne znaczenie ma również sposób wykorzystania silnika spalinowego.

Nissan w systemie nazwanym e-POWER (znanym od 2016 r., ale realizowanym dziś z użyciem silników o efektywności termicznej wynoszącej ok. 40 proc.) zrezygnował z mechanicznego połączenia silnika i kół. Motor spalinowy pracuje jako generator prądu, a ten przekazywany jest do silników elektrycznych napędzających koła. Dzięki takiemu podejściu silnik może pracować wyłącznie w wąskim zakresie obrotów, w którym wykazuje się największą efektywnością cieplną. Z wykresów zaprezentowanych przez Nissana wynika, że jest to mniej więcej pomiędzy 2,2 a 3,2 tys. obr./min. Silnik może być też wyłączany podczas jazdy, jeśli akurat nie ma dużego zapotrzebowania na energię. Takie rozwiązanie nie jest nowe – od lat stosowane jest choćby w potężnych ciężarówkach używanych w kopalniach odkrywkowych.

Jak informuje Nissan, prawdziwym celem jest jednak doprowadzenie do tego, by silnik pracował ze stałą prędkością obrotową – taką, która zapewnia maksymalną efektywność. By było to możliwe, bateria, w której generowany będzie prąd wytwarzany przez silnik, musi być na tyle wydajna, by pokryć zwiększone zapotrzebowanie na moc podczas przyspieszania czy jazdy z wysoką prędkością bez podnoszenia obrotów silnika spalinowego używanego jako generator. W efekcie spalanie ma spaść względem tradycyjnego napędu benzynowego nawet o 25 proc. Zyska również środowisko.

Pojemność baterii w przyszłych modelach aut tworzonych w systemie napędowym e-POWER ma wynosić mniej więcej jedną pięćdziesiątą pojemności akumulatorów we współczesnym samochodzie elektrycznym. To wystarczy, ponieważ w miarę potrzeb prąd może być generowany na bieżąco przy użyciu silnika spalinowego. Stosunkowo mała pojemność baterii oznacza, że podczas produkcji auta z systemem napędowym e-POWER powstanie znacznie mniej dwutlenku węgla niż w przypadku auta w pełni elektrycznego.

Co interesujące, z informacji podanych przez Nissana wynika, że dysproporcja ta będzie tak duża, że w całym cyklu produkcji i użytkowania samochodu ogólna emisja CO2 auta z systemem e-POWER ma być nieco niższa od emisji związanej z "życiem" pojazdu elektrycznego. Wyliczenia te przeprowadzono z uwzględnieniem emisji CO2 związanej z produkcją energii elektrycznej dla japońskiego miksu energetycznego. W Japonii 25,9 proc. energii pochodzi ze źródeł odnawialnych. Średnia dla Unii Europejskiej wynosi 14,6 proc., a w Polsce jest to tylko 8,6 proc. U nas przewaga samochodu z superwydajnym silnikiem Nissana w systemie e-POWER nad autem elektrycznym byłaby więc znacznie wyraźniejsza.

Stworzona według nowej filozofii Nissana jednostka napędowa ma być gotowa do seryjnej produkcji w ciągu kilku lat.