日產(chǎn)新型小型化發(fā)動(dòng)機(jī):以直噴機(jī)械增壓器實(shí)現(xiàn)JC08

圖1：在9月份上市前公開的新款“Note”車長(zhǎng)比現(xiàn)行車型加長(zhǎng)80mm，擴(kuò)大了車內(nèi)空間，意在覆蓋“TIIDA”用戶群。

HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)是將“MARCH”配備的自然吸氣及進(jìn)氣口噴射的直列3缸“HR12DE”發(fā)動(dòng)機(jī)，改為直噴方式并配備了機(jī)械增壓器制成的（圖2、圖3）。歐洲款MARCH已從2011年秋季開始配備該發(fā)動(dòng)機(jī)。25.2km/L的燃效盡管低于本田“飛度混合動(dòng)力車”的26.4km/L，但略高于馬自達(dá)“德米歐13-SKYACTIV”的25km/L，仍屬于高水平。與現(xiàn)行Note的18km/L相比，提高了40％。

圖2：日產(chǎn)新型發(fā)動(dòng)機(jī)“HR12DDR”將1.2L排量直列3缸“HR12DE”發(fā)動(dòng)機(jī)改為直噴方式，并組合使用米勒循環(huán)和機(jī)械增壓器，是一款既實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率又提高了燃效的小型發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖3：從排氣側(cè)看HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)此為前方吸氣、后方排氣型發(fā)動(dòng)機(jī)，在排氣歧管的上方配備著4葉式機(jī)械增壓器。新款Note除了配備HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的車型之外，還有配備前述MARCH已經(jīng)采用的HR12DE發(fā)動(dòng)機(jī)車型，燃效與MARCH相同，為22.6km/L，比現(xiàn)行Note提高約26％。

配備HR12DE的車型之所以提高了燃耗，除了發(fā)動(dòng)機(jī)排量縮小之外，采用新平臺(tái)減輕了重量、提高了空氣動(dòng)力性能，以及采用交流發(fā)電機(jī)再生系統(tǒng)、帶副變速箱的CVT（無級(jí)變速箱）及怠速停止機(jī)構(gòu)等也發(fā)揮了作用。剔除這些效果，僅由HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的燃效提高部分，占上述40個(gè)百分點(diǎn)中的14個(gè)左右。

超過1.5L的加速性能

在提高燃耗的同時(shí)，也沒有犧牲動(dòng)力性能。配備HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的新款Note,其加速性能超過了配備1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)行Note（圖4）。就是說，配備HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的新款Note在燃效提高4成的同時(shí)，動(dòng)力性能還超過了配備1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)行車型。

圖4：HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的燃效和加速性能縱軸為加速性能，橫軸為JC08模式燃效。配備HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的新款“Note”在加速性能超過配備1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)行Note的同時(shí)，燃效還提高了40％。

作為HR12DDR發(fā)動(dòng)機(jī)的燃效提高技術(shù)，首先要提到的是可將壓縮比從現(xiàn)行Note的10.5提高至12。為了防止隨著壓縮比的提高出現(xiàn)敲缸現(xiàn)象，在改為直噴方式的同時(shí)，在活塞的背面設(shè)置了冷卻通道，并對(duì)之噴射潤(rùn)滑油以冷卻活塞，此外還提高了活塞環(huán)的導(dǎo)熱性。并且，排氣門采用了內(nèi)部密封有Na（鈉）的類型，促進(jìn)了排氣門的冷卻。

在直噴方式下，為了使混合氣均勻，最好是向大范圍噴射燃料。但若如此，附著于氣缸內(nèi)壁的燃料就會(huì)增加，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)油稀釋、劣化。

因此，新型發(fā)動(dòng)機(jī)通過采用6噴孔噴油嘴，和在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中屬于高壓的15MPa的噴射系統(tǒng)，將燃料噴霧微?；蚨s小噴霧形狀，以使絕大部分燃料都噴到活塞上面。

同時(shí)，還通過將吸氣口制成可產(chǎn)生強(qiáng)滾流的形狀，促進(jìn)了混合氣的均勻化。通常情況下，要獲得強(qiáng)滾流的話，吸氣阻力就會(huì)變大，導(dǎo)致吸氣效率下降，但新型發(fā)動(dòng)機(jī)因是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，因此無需過多考慮吸氣阻力的問題。

除了提高壓縮比之外，還采用了在低負(fù)荷區(qū)推遲吸氣門關(guān)閉時(shí)間，減少吸氣量的米勒循環(huán)。在關(guān)閉時(shí)間最遲時(shí)，可從活塞下止點(diǎn)開始形成曲柄轉(zhuǎn)角，在超過100度時(shí)關(guān)閉吸氣門。據(jù)稱此時(shí)的幾何學(xué)壓縮比為7左右。

最遲關(guān)閉時(shí)的吸氣量據(jù)推算與排量0.7L的發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)。因可控制吸氣門的關(guān)閉時(shí)間，其就成了一種可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，在需要輸出功率的區(qū)域，會(huì)加快氣門的關(guān)閉時(shí)間，以增加吸氣量。

但遲閉吸氣門時(shí)，旋轉(zhuǎn)的氣流會(huì)從吸氣門溜掉，滾流容易衰減。因此，新型發(fā)動(dòng)機(jī)通過安裝渦流控制閥（Swirl ControlValve），在米勒循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可促進(jìn)混合氣的均勻化。

根據(jù)響應(yīng)性選擇機(jī)械增壓器

歐洲發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化（Downsizing）大多選擇渦輪增壓器。而日產(chǎn)此次選擇機(jī)械增壓器的原因在于重視對(duì)油門操作的響應(yīng)性。

由于米勒循環(huán)區(qū)域的吸入空氣量變少，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩低于通常的發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，渦輪增壓器還存在起作用前的時(shí)間差，因此從踩下油門到加速度提高的時(shí)間要比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)慢（圖5（a））。而通過曲柄軸獲得驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械增壓器因可從低速區(qū)開始工作，因此響應(yīng)性高。

圖5：選擇機(jī)械增壓器的原因（a）渦輪增壓器在加速度的起效上需要時(shí)間，因此選擇了能夠以高響應(yīng)速度加速的機(jī)械增壓器。（b）在實(shí)用區(qū)域用電動(dòng)離合器斷開機(jī)械增壓器，以使燃效提高。

機(jī)械增壓器帶有電動(dòng)離合器，在需要高輸出功率的區(qū)域會(huì)斷開機(jī)械增壓器，以極力抑制燃效的惡化（圖5（b））。順便提一句，在JC08模式下機(jī)械增壓器不工作，“在相當(dāng)大的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)機(jī)械增壓器都是關(guān)閉的”（日產(chǎn)）。