エンジンテクノロジー超基礎講座104｜スーパーチャージャー過給！ 日産HR12DDRの特性を考察する

HR12DDR型の1.2ℓ・直列3気筒スーパーチャージャーは、2011年末にマイクラ（日本名マーチ）に搭載された。ヨーロッパの小型車はディーゼルエンジンが主流だが、ディーゼルは排出ガス規制の要求が高度化する流れ。規制に対応しようとすれば、コスト増は避けられない。そこで日産は、ガソリンエンジンで同クラスのディーゼルを凌駕するCO2排出量と動力性能をターゲットに開発に着手した。それがこのエンジンである。

ベースとなるのは、2010年7月にマーチに搭載されてデビューしたHR12DE。このエンジンは直4のHR16DEからシリンダーを1本取り去ったものと考えていい。ボア、ストローク値をはじめ主要スペックは共通だ。HR12DEはバランサーシャフトを使わず、クランクプーリーやドライブプレートに付けたマスで縦方向の振動を横方向に変換し、3気筒エンジンに特有の弱点を解消しているが、HR12DDRも同じ技術を受け継いでいる。

開発エンジニアによると、HR12DEの開発当初から、「DDR」の開発が決まっていたわけではないという。世界トップクラスの低CO2排出量を目指したとき、最適なエンジンは何かという視点で社内を見渡した際、最適なユニットがHR12DEだったというわけだ。

78.0mmのボア径から、まず圧縮比13を設定。ミラーサイクルの採用はノッキング回避と燃費向上の手段。圧縮比10.2のHR12DEと比較した場合、燃費の向上しろは3%と見込んでいる。実排気量が小さくなって低速トルクが落ちる分を補う手段が過給器だが、レスポンスと動力性能の観点から、ターボチャージャーではなくスーパーチャージャー（SC）を選択したという。

試乗する機会を得た時点では、低負荷の際、1300rpmでスーパーチャージャー（SC）の電磁クラッチをつなぐ設定だった。当時はクラッチをつなぐポイントを2000rpmにしたいという意向だったようだが、SCの制御に関しては、熟成を進めている段階のよう。この件に関しては、下で寸評を寄せている本誌アドバイザーの畑村耕一博士が以下のようなコメントを残している。

「詳しく仕様を見ていくと、気になる点がひとつ。電磁クラッチとスロットルの位置だ。電磁クラッチは、アイドルや低負荷の燃費を向上させるためにSCの回転を止める装置なのだが、高速道路の走行ではクラッチを切ることができない。なぜなら、エンジンの回転数が高いとクラッチの耐久性の制約から、必要なときに切った状態から接続できないので、逆に、切れないのだ。

10・15モード燃費を気にする日本の技術者は、アイドルや低負荷時のSCの抵抗を下げるために、電磁クラッチを付けようとしがちである。SCの駆動損失は、クラッチがあるので問題なしとする考えがスロットルの位置に現れている。クラッチのないマツダのミラーサイクルも、アウディのSCもスロットルはSCの上流にある。過給圧が要らない運転では、負圧の中でSCを回し、空気の流動損失を減らすためだ。SCの下流にスロットルがあるこのエンジンは、クラッチ接続状態でのSC駆動損失のため、高速燃費は苦手とするだろう」

バルブリフターとピストンリング外周面（トップリング）に水素フリーDLCを施し、フリクション低減を図る。カムシャフトとクランクシャフトの軸受部には、マイクロフィニッシュ（鏡面仕上げ）を施す。オイルポンプは可変容量式。これらのフリクション対策により、同等性能の4気筒エンジンに対して約20%のフリクション低減を達成したという。燃費ターゲットの達成に貢献するアイテムは積極的に取り入れている。

そして、吸気冷却効果など、燃焼効率を高めるために直噴の採用に踏み切った。バルブのスペックはHR12DEと同じだが、ノッキングを抑えるため、排気側はナトリウム封入バルブに置き換えている。デュアルインジェクターやVVEL、ハイブリッドなどの燃費向上技術は、仕向けや仕様によってその都度組み合わせを検討するのが日産の考え。

可変バルブタイミング機構（C-VTC）によって吸気バルブが閉じるタイミングを遅らせ、吸気行程<膨張行程を実現する「遅閉じ」ミラーサイクルで運転する。膨張比をベースエンジンの10.2から13に増やす考えが先にあり、ノッキングを回避するために実圧縮比を小さくするミラーサイクルを採用したという発想。アイドリングストップ機構も装備する。