日產新型小型化發(fā)動機:以直噴機械增壓器實現(xiàn)JC08

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

HR12DDR發(fā)動機是將“MARCH”配備的自然吸氣及進氣口噴射的直列3缸“HR12DE”發(fā)動機，改為直噴方式并配備了機械增壓器制成的（圖2、圖3）。歐洲款MARCH已從2011年秋季開始配備該發(fā)動機。25.2km/L的燃效盡管低于本田“飛度混合動力車”的26.4km/L，但略高于馬自達“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：日產新型發(fā)動機“HR12DDR”將1.2L排量直列3缸“HR12DE”發(fā)動機改為直噴方式，并組合使用米勒循環(huán)和機械增壓器，是一款既實現(xiàn)了相當于1.5L發(fā)動機的輸出功率又提高了燃效的小型發(fā)動機。

圖3：從排氣側看HR12DDR發(fā)動機此為前方吸氣、后方排氣型發(fā)動機，在排氣歧管的上方配備著4葉式機械增壓器。新款Note除了配備HR12DDR發(fā)動機的車型之外，還有配備前述MARCH已經采用的HR12DE發(fā)動機車型，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)動機排量縮小之外，采用新平臺減輕了重量、提高了空氣動力性能，以及采用交流發(fā)電機再生系統(tǒng)、帶副變速箱的CVT（無級變速箱）及怠速停止機構等也發(fā)揮了作用。剔除這些效果，僅由HR12DDR發(fā)動機實現(xiàn)的燃效提高部分，占上述40個百分點中的14個左右。

超過1.5L的加速性能

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

圖4：HR12DDR發(fā)動機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)動機的新款“Note”在加速性能超過配備1.5L發(fā)動機的現(xiàn)行Note的同時，燃效還提高了40％。

作為HR12DDR發(fā)動機的燃效提高技術，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，在活塞的背面設置了冷卻通道，并對之噴射潤滑油以冷卻活塞，此外還提高了活塞環(huán)的導熱性。并且，排氣門采用了內部密封有Na（鈉）的類型，促進了排氣門的冷卻。

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，附著于氣缸內壁的燃料就會增加，會導致發(fā)動機油稀釋、劣化。

因此，新型發(fā)動機通過采用6噴孔噴油嘴，和在汽油發(fā)動機中屬于高壓的15MPa的噴射系統(tǒng)，將燃料噴霧微粒化，因而縮小噴霧形狀，以使絕大部分燃料都噴到活塞上面。

同時，還通過將吸氣口制成可產生強滾流的形狀，促進了混合氣的均勻化。通常情況下，要獲得強滾流的話，吸氣阻力就會變大，導致吸氣效率下降，但新型發(fā)動機因是增壓發(fā)動機，因此無需過多考慮吸氣阻力的問題。

除了提高壓縮比之外，還采用了在低負荷區(qū)推遲吸氣門關閉時間，減少吸氣量的米勒循環(huán)。在關閉時間最遲時，可從活塞下止點開始形成曲柄轉角，在超過100度時關閉吸氣門。據(jù)稱此時的幾何學壓縮比為7左右。

最遲關閉時的吸氣量據(jù)推算與排量0.7L的發(fā)動機相當。因可控制吸氣門的關閉時間，其就成了一種可變排量發(fā)動機。當然，在需要輸出功率的區(qū)域，會加快氣門的關閉時間，以增加吸氣量。

但遲閉吸氣門時，旋轉的氣流會從吸氣門溜掉，滾流容易衰減。因此，新型發(fā)動機通過安裝渦流控制閥（Swirl ControlValve），在米勒循環(huán)運轉時也可促進混合氣的均勻化。

根據(jù)響應性選擇機械增壓器

歐洲發(fā)動機的小型化（Downsizing）大多選擇渦輪增壓器。而日產此次選擇機械增壓器的原因在于重視對油門操作的響應性。

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

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

機械增壓器帶有電動離合器，在需要高輸出功率的區(qū)域會斷開機械增壓器，以極力抑制燃效的惡化（圖5（b））。順便提一句，在JC08模式下機械增壓器不工作，“在相當大的運轉區(qū)域內機械增壓器都是關閉的”（日產）。