日產(chǎn)樓蘭(混動(dòng)版)混合動(dòng)力系統(tǒng)解析

涂超群

廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510925)

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家不斷出臺(tái)對(duì)新能源汽車(chē)的扶持鼓勵(lì)政策，以及對(duì)汽車(chē)節(jié)能排放要求越來(lái)越嚴(yán)，人們對(duì)新能源汽車(chē)的需求也越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)各大汽車(chē)生產(chǎn)制造企業(yè)紛紛推出自己的新能源汽車(chē)。本文作者對(duì)最新版日產(chǎn)混動(dòng)版樓蘭汽車(chē)(2019款)的性能、動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)進(jìn)行全面的解析，以幫助大家對(duì)這款混合動(dòng)力新能源汽車(chē)有更加全面的了解。

1 樓蘭(混動(dòng)版)的簡(jiǎn)介

日產(chǎn)樓蘭是日產(chǎn)汽車(chē)的首款大型跨界SUV車(chē)型，如圖1所示，其長(zhǎng)度為4 897 mm,寬為1 908 mm，高為1 691 mm，軸距為2 830 mm。全新樓蘭使用2.5 L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)+15 kW(20.4馬力)電動(dòng)機(jī)的混動(dòng)系統(tǒng)，這樣既保證了動(dòng)力的要求，同時(shí)還能降低油耗。

樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)中的2.5 L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為180 kW(245馬力)/5 600 r/min，峰值扭矩為330 N·m/3 600 r/min；汽車(chē)排量為2.5 L，電動(dòng)機(jī)總功率為15 kW(20.4馬力)；電動(dòng)機(jī)總扭矩為160 N·m,壓縮比為9.1，進(jìn)氣形式為機(jī)械增壓，氣缸為直列，氣缸數(shù)量為四缸。混動(dòng)版樓蘭汽車(chē)整車(chē)性能參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 混動(dòng)版日產(chǎn)樓蘭

表1汽車(chē)整車(chē)性能參數(shù)

參數(shù)參數(shù)值長(zhǎng)×寬×高4 897 mm×1 908 mm×1 691 mm軸距2 830 mm綜合油耗(綜合工況法)8 L/(102 km)排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)2.5 L機(jī)械增壓式, 型號(hào)QR25DER排氣量2 488 mL

續(xù)表1

2 樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由2.5 L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)(代號(hào)QR25DER)、電動(dòng)機(jī)、兩套離合器、變速箱、一套鋰電池組組成，其主要部件位置分布如圖2所示。

圖2 樓蘭混動(dòng)系統(tǒng)主要部件位置

樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，只使用一個(gè)電機(jī)，該電機(jī)就位于QR25DER發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸和變速箱輸入軸之間；兩個(gè)離合器，一個(gè)是濕式離合器，一個(gè)是干式離合器；濕式單個(gè)閉合時(shí)可以把電動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力傳遞給變速箱，濕式離合器和干式離合器同時(shí)閉合時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力可以傳遞給變速箱。鋰電池的容量為0.6 kW·h,電池容量和電動(dòng)機(jī)功率較小，所以只能在起步或松油滑行才能單獨(dú)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，正常行駛時(shí)沒(méi)法切換純電動(dòng)行駛模式，電機(jī)和電池在系統(tǒng)中起降低油耗、增強(qiáng)動(dòng)力的輔助作用；該系統(tǒng)使用了CVT變速箱，CVT變速箱內(nèi)主動(dòng)和從動(dòng)錐盤(pán)之間鏈條采用能夠承受更大扭矩的材料，所以CVT變速箱輸出扭矩峰值更大。

圖3 樓蘭混動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

日產(chǎn)樓蘭的電動(dòng)機(jī)的功率偏低，僅有15 kW，不過(guò)最大扭矩可以達(dá)到160 N·m，樓蘭的電動(dòng)機(jī)設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間，用來(lái)切換動(dòng)力的是兩側(cè)離合器，在較低的速度行駛或起步階段，電動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作就能提供充足的扭矩，保證發(fā)動(dòng)機(jī)介入動(dòng)力后不拖沓。

樓蘭這套混動(dòng)系統(tǒng)的電池是由40塊小鋰電池組成的，容量并不高僅僅有0.6 kW·h，整個(gè)電池組的體積和質(zhì)量都很小，布置在了中央扶手下方，并沒(méi)有侵占車(chē)內(nèi)其他的空間。由于電池容量較小，質(zhì)量輕，因此也不會(huì)對(duì)該車(chē)操控性造成額外的負(fù)擔(dān)。

樓蘭混合動(dòng)力車(chē)型相比傳統(tǒng)動(dòng)力汽車(chē)，新增了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，能夠?qū)旌蟿?dòng)力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，利用電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出動(dòng)力，再利用電動(dòng)機(jī)的回收功能，把動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電力回收儲(chǔ)蓄到混合動(dòng)力系統(tǒng)中的鋰電池組中。

通過(guò)這套混動(dòng)系統(tǒng)的輔助，使得日產(chǎn)樓蘭無(wú)論是在節(jié)能減排能力還是在動(dòng)力性能方面都獲得了非常理想的成績(jī)，在同級(jí)別車(chē)中油耗表現(xiàn)達(dá)到了較高的水平。

3 日產(chǎn)樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)與其他發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)比

和日產(chǎn)樓蘭不同，本田和豐田的小型化方案較為主流，通過(guò)采用渦輪增壓、缸內(nèi)直噴技術(shù)，并把發(fā)動(dòng)機(jī)排量設(shè)定在2 L，制造出動(dòng)力輸出性能與3.5 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相若的新型小型化發(fā)動(dòng)機(jī)。與本田K20C3 2.0T、豐田8AR-FTS 2.0T比較，雖然在動(dòng)力性能上，日產(chǎn)樓蘭的混合動(dòng)力系統(tǒng)相比主流2.0 L渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，但在燃油經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢(shì)更為明顯。

機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相比同排量的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然在最大動(dòng)力輸出性能上有所不及，但由曲軸通過(guò)皮帶帶動(dòng)的機(jī)械增壓器相比由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器，在車(chē)輛起步時(shí)能更快地建立起足夠高的增壓壓力，從而獲得更好的起步加速響應(yīng)，如圖4所示。

圖4 不同進(jìn)氣形式的發(fā)動(dòng)機(jī)加速度特性

4 樓蘭混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作邏輯

樓蘭的這套混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理其實(shí)很好理解，就是在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間加上了一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，采用一套干式離合器連接發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)，一套濕式離合器切換電動(dòng)機(jī)與變速箱之間的動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變速箱基本上是一條直線的動(dòng)力。

4.1 起步及加速階段

在汽車(chē)起步時(shí)，濕式離合器鎖止，由電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，同時(shí)干式離合器和濕式離合器兩個(gè)離合器共同鎖止，發(fā)動(dòng)機(jī)迅速介入進(jìn)來(lái)，與電動(dòng)機(jī)一起來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛；相對(duì)地在車(chē)輛急加速的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)介入，提供更加強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，如圖5所示。

圖5 起步與加速過(guò)程

4.2 勻速行駛階段

在汽車(chē)勻速行駛時(shí)，干式離合器和濕式離合器同時(shí)鎖止，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。在驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)變身發(fā)電機(jī)，將車(chē)輛引擎輸出的部分能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池里面，如圖6所示。

圖6 勻速行駛過(guò)程

4.3 減速下坡階段

在車(chē)輛減速或下坡的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)停止工作，此時(shí)濕式離合器鎖止，電動(dòng)機(jī)就會(huì)變成發(fā)電機(jī)，將車(chē)輛行駛過(guò)程中車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能通過(guò)一系列傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)再通過(guò)發(fā)電機(jī)將這些動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為電能儲(chǔ)蓄在蓄電池中，如圖7所示。

圖7 減速下坡過(guò)程

4.4 怠速靜止階段

在車(chē)輛怠速停止的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)開(kāi)啟自動(dòng)起停，從而節(jié)省燃油；與此同時(shí)如果檢測(cè)到電池的電量不足，這時(shí)發(fā)電機(jī)會(huì)工作，為電池充電，如圖8所示。

圖8 怠速靜止過(guò)程

5 結(jié)論

東風(fēng)日產(chǎn)樓蘭作為一款混動(dòng)SUV車(chē)型，動(dòng)力性能表現(xiàn)尚可，油門(mén)反應(yīng)敏捷，加速效果較好;換擋順滑，動(dòng)力輸出溫和有力。動(dòng)力性能相比與其他品牌或許有些不足，但好在油耗低、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)明顯。日產(chǎn)樓蘭上的這套搭載2.5 L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和單電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)主要是用于取代旗下3.5 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在保持動(dòng)力表現(xiàn)持平的前提下進(jìn)一步提升燃油經(jīng)濟(jì)性和排放水平。這套混合動(dòng)力系統(tǒng)較好地融合了機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的各自?xún)?yōu)勢(shì)，低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載工況提速性能以及全工況的燃油經(jīng)濟(jì)性相較旗下3.5 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)均有所改善。