日产新型小型化发动机:以直喷+机械增压器实现JC08模式燃效25.2km/L

2012-08-06 19:27:58来源: 日经汽车技术 关键字:日产  新型  实现  模式

  日前,日产宣布了将在9月份上市的新款“Note”(图1)上,配备新开发的带机械增压器的1.2L直喷发动机“HR12DDR”的消息。其特点是在实现25.2km/L(JC08模式,下同)低燃耗的同时,动力性能达到了与1.5L发动机相当的水平。

 
图1:在9月份上市前公开的新款“Note”
车长比现行车型加长80mm,扩大了车内空间,意在覆盖“TIIDA”用户群。

  HR12DDR发动机是将“MARCH”配备的自然吸气及进气口喷射的直列3缸“HR12DE”发动机,改为直喷方式并配备了机械增压器制成的(图2、图3)。欧洲款MARCH已从2011年秋季开始配备该发动机。25.2km/L的燃效尽管低于本田“飞度混合动力车”的26.4km/L,但略高于马自达“德米欧13-SKYACTIV”的25km/L,仍属于高水平。与现行Note的18km/L相比,提高了40%。


图2:日产新型发动机“HR12DDR”
将1.2L排量直列3缸“HR12DE”发动机改为直喷方式,并组合使用米勒循环和机械增压器,是一款既实现了相当于1.5L发动机的输出功率又提高了燃效的小型发动机。
 

图3:从排气侧看HR12DDR发动机
此为前方吸气、后方排气型发动机,在排气歧管的上方配备着4叶式机械增压器。
  新款Note除了配备HR12DDR发动机的车型之外,还有配备前述MARCH已经采用的HR12DE发动机车型,燃效与MARCH相同,为22.6km/L,比现行Note提高约26%。

  配备HR12DE的车型之所以提高了燃耗,除了发动机排量缩小之外,采用新平台减轻了重量、提高了空气动力性能,以及采用交流发电机再生系统、带副变速箱的CVT(无级变速箱)及怠速停止机构等也发挥了作用。剔除这些效果,仅由HR12DDR发动机实现的燃效提高部分,占上述40个百分点中的14个左右。

超过1.5L的加速性能

  在提高燃耗的同时,也没有牺牲动力性能。配备HR12DDR发动机的新款Note,其加速性能超过了配备1.5L发动机的现行Note(图4)。就是说,配备HR12DDR发动机的新款Note在燃效提高4成的同时,动力性能还超过了配备1.5L发动机的现行车型。


图4:HR12DDR发动机的燃效和加速性能
纵轴为加速性能,横轴为JC08模式燃效。配备HR12DDR发动机的新款“Note”在加速性能超过配备1.5L发动机的现行Note的同时,燃效还提高了40%。

  作为HR12DDR发动机的燃效提高技术,首先要提到的是可将压缩比从现行Note的10.5提高至12。为了防止随着压缩比的提高出现敲缸现象,在改为直喷方式的同时,在活塞的背面设置了冷却通道,并对之喷射润滑油以冷却活塞,此外还提高了活塞环的导热性。并且,排气门采用了内部密封有Na(钠)的类型,促进了排气门的冷却。

  在直喷方式下,为了使混合气均匀,最好是向大范围喷射燃料。但若如此,附着于气缸内壁的燃料就会增加,会导致发动机油稀释、劣化。

  因此,新型发动机通过采用6喷孔喷油嘴,和在汽油发动机中属于高压的15MPa的喷射系统,将燃料喷雾微粒化,因而缩小喷雾形状,以使绝大部分燃料都喷到活塞上面。

  同时,还通过将吸气口制成可产生强滚流的形状,促进了混合气的均匀化。通常情况下,要获得强滚流的话,吸气阻力就会变大,导致吸气效率下降,但新型发动机因是增压发动机,因此无需过多考虑吸气阻力的问题。

  除了提高压缩比之外,还采用了在低负荷区推迟吸气门关闭时间,减少吸气量的米勒循环。在关闭时间最迟时,可从活塞下止点开始形成曲柄转角,在超过100度时关闭吸气门。据称此时的几何学压缩比为7左右。

  最迟关闭时的吸气量据推算与排量0.7L的发动机相当。因可控制吸气门的关闭时间,其就成了一种可变排量发动机。当然,在需要输出功率的区域,会加快气门的关闭时间,以增加吸气量。

  但迟闭吸气门时,旋转的气流会从吸气门溜掉,滚流容易衰减。因此,新型发动机通过安装涡流控制阀(Swirl Control Valve),在米勒循环运转时也可促进混合气的均匀化。

根据响应性选择机械增压器

  欧洲发动机的小型化(Downsizing)大多选择涡轮增压器。而日产此次选择机械增压器的原因在于重视油门操作的响应性。

  由于米勒循环区域的吸入空气量变少,因此发动机的扭矩低于通常的发动机。而且,涡轮增压器还存在起作用前的时间差,因此从踩下油门到加速度提高的时间要比自然吸气发动机慢(图5(a))。而通过曲柄轴获得驱动力的机械增压器因可从低速区开始工作,因此响应性高。


图5:选择机械增压器的原因
(a)涡轮增压器在加速度的起效上需要时间,因此选择了能够以高响应速度加速的机械增压器。(b)在实用区域用电动离合器断开机械增压器,以使燃效提高。

  机械增压器带有电动离合器,在需要高输出功率的区域会断开机械增压器,以极力抑制燃效的恶化(图5(b))。顺便提一句,在JC08模式下机械增压器不工作,“在相当大的运转区域内机械增压器都是关闭的”(日产)。 

关键字:日产  新型  实现  模式

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0806/article_5769.html
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