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日产开发出燃效与混合动力车相当的小型车用汽油发动机 9/6/2010
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日产开发出燃效与混合动力车相当的小型车用汽油发动机（点击放大）

日产汽车开发出了燃效与混合动力车相当的小型车用汽油发动机“HR12DDR”（图1）。该发动机以新款“March”配备的1.2L排量直列3缸发动机“HR12DE”为基础，通过改成向气缸内直接喷射（直喷）汽油的方式实现米勒循环，还追加了可在必要时利用增压来提高输出功率的机械增压器。HR12DDR就是这种“直喷机械增压发动机”。
该发动机将欧洲模式下的二氧化碳（CO2）排放量降低到了95g/km。本田的“Insight”为101g/km，丰田的“普锐斯”为89g/km，因此配备新型发动机的汽车的燃效与现行混合动力车相当。日产汽车表示，将以计划2011年在欧洲上市的“Micra”为开端，将该发动机广泛配备在小型车上。
冷却后可防止异常燃烧
由于采用直喷方式，因此吸气行程中只向气缸内吸入空气，压缩行程后会以高压方式向燃烧室内直接喷射燃料。由于只需按照燃烧所需要的量供应燃料，因此可减少燃料的多余消耗。这种方式与利用进气口来喷射燃料并向气缸内供应混合气（空气和燃料）的气门喷射方式不同，不会因部分燃料粘附在进气口壁或吸气阀上而产生燃料损耗。采用气门喷射方式时，粘附燃料的残渣会变成碳积存起来，因此还有可能导致泵吸损失。
原来的直喷方式通过稀薄燃烧（Lean Burn）来减少燃料的消耗，只在火花塞周围形成浓稠的混合气，整个燃烧室则会形成稀薄的混合气。但这种方式会导致氮氧化物（NOX）增加，存在为应对这一问题而导致催化剂成本上升的课题。为了达到理论空燃比＊1，新型直喷发动机会控制燃料的喷射和燃烧，因此不存在这方面的顾虑。
＊1理论空燃比：混合气完全燃烧时所需要的氧气与燃料的质量之比。一份汽油燃烧时需要14.7份空气，因此理论空燃比为14.7。空燃比超过14.7时称为“稀薄（Lean）”，低于该值时称为“浓稠（Rich）”。
燃烧室的温度也会下降。将燃料直接喷入燃烧室后，燃烧室会在气化热的作用下冷却。这样，便可控制混合气温度上升，以减少会在火花塞点火之前燃烧燃料的爆震（异常燃烧）现象的发生。由此，便可减少热损失，从而使燃效获得提高。
为了冷却混合气体，日产汽车还采用了其他两项技术。其中之一是为活塞设置冷却通道“活塞冷却通道（Piston Cooling Channel）”（图2）。在活塞背面加工出外径约为70mm、内径约为60mm的环状孔，并打开两处直径为8mm的贯通孔＊2。其工作原理是，将机油从一个贯通孔注入环状孔，使其吸收蓄积在活塞中的热量，然后使机油从另一贯通孔流出，通过这种方式来散发热量。

（图片）

图2：为活塞设置的冷却通道“活塞冷却通道”
通过注入并放出机油，可将热量从活塞及燃烧室释放出去。

＊2活塞冷却通道是按照每个活塞，利用以盐制成的中模来铸造，然后用水洗去中模而成。
另一项技术则是采用向中空轴充入空气和钠（Na）的排气阀。熔点较低的钠会在发动机旋转时受热变成液体。随后，液体钠会随着排气阀的上下运动而上下移动。排气阀下行进入燃烧室内时，液体钠会在惯性作用下移动至中空轴的底侧，吸收燃烧室的热量。接下来，排气阀会上行返回燃烧室顶部，此时液体钠会上移至中空轴顶部。这样，溢出燃烧室外的液体钠便会将热量散发出去，防止燃烧室温度上升。

（图片）

图4：米勒循环
在压缩行程中，通过推迟吸气阀关闭时间，将实际压缩比降至10左右。而膨胀比仍保持在13，因此可提高热效率。

这种充钠排气阀是对轴进行中空加工，放入Na之后焊装上盖子制造而成的。据日产介绍，尽管需要花费工时，但成本已降低到可在小型车上采用的水平。其背景是，部件厂商通过开发相关技术降低了成本，而且因这种阀门在欧洲的采用量增加而产生了量产效果。
实际压缩比约为10，膨胀比为13
米勒循环方式通过延迟或提前关闭吸气阀的时间，来降低进气填充率。可在保持膨胀比不变的同时减小压缩比，从而将更多的热能量作为运动能量取出。通过这种方法，HR12DDR将排量从1.2L实质性地减小到了0.9L（Downsizing），从而降低了燃料消耗。
具体而言，HR12DDR是通过图4所示的方法实现米勒循环的。采用普通的奥托循环（Otto Cycle）方式时，活塞一到达下死点，就会关闭吸气阀并进入压缩行程，而在HR12DDR中，即使活塞越过下死点向上移动，吸气阀也会依然处于开启状态。采用了所谓的“迟关闭”米勒循环方式。吸入气缸内的空气，会在活塞上移的同时释放到吸气阀端。片刻后，当活塞达到某一点时，吸气阀便会关闭，开始进行压缩。这样，便会将压缩比（实际压缩比）减小至10左右，而膨胀比仍会保持在13的水平。另外，为了控制该阀门，HR12DDR还配备了连续可变阀门正时机构“C-VTC”＊3。
＊3通过采用米勒循环方式使实际排量减小到了0.9L左右，因此具有泵吸损失小于1.2L发动机的优点。
因排量减小而降低的输出功率，可利用以发动机的旋转力为动力的机械增压器增压来补充。通过增加吸气量，使更多的燃料燃烧。由此，可将输出功率提高至相当于1.5L排量发动机的水平。
机械增压器可利用电磁开关进行开闭。因此，配备HR12DDR的车辆可根据行驶情况，在低燃耗行驶模式与高动力性能模式之间切换。（记者：近冈 裕）
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