将马自达和丰田都比了下去？这款发动机热效率达60%

在一众汽车迷还在为马自达创驰蓝天和丰田混动所带来的高热效率惊叹不已时，RCCI反应控制压燃（Reactivity Controlled Compression Ignition，RCCI）发动机以高达60%的热效率数据迅速完成了对这两家日系厂商碾压。该款发动机由威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）研发，但目前尚处于实验室研发阶段。不过，该款发动机如果实现量产应用的话，将掀起新一轮内燃机革命。

据称，这台RCCI发动机的最大热效率可达到60%，这意味着发动机能将60%的燃料转化为动力。

这个60%数字是什么概念？

要知道，马自达新一代SPCCI skyactiv-X发动机热效率已经相当高了，但这数据也就43%那样，经常将“热效率”等词挂嘴边的丰田，其普锐斯混动系统的热效率则是42%，而Mercedes-AMG F1发动机的热效率为50%，这都属于业内热效率较高的典范。市面上现时大部分民用汽油发动机的热效率通常为30-40%。这么一看，这个60%的热效率真是太牛逼了。

这款发动机是如何实现如此高的热效率的？

简单地说，就是将汽油和柴油两种燃料的优点进行了组合，众所周知，汽油属于低反应燃料，不容易用压燃的方式点燃，而柴油属于高反应燃料，很容易被压燃，因为柴油的燃烧延迟很短，也就是说它从被喷射出来到被点燃的时间很短，但由于柴油发动机的热效率较高（大概是48%到50%），于是，歪果仁技术宅男就想，我何不先将柴油压燃，然后借柴油压燃的火焰来点燃气缸内的汽油和空气的混合体（当然这混合体里也会有柴油）呢？这样不就是综合了柴油机和汽油机两者的优点了吗？话说，技术宅认（mei）真（nv）起（peng）来（you）是件很可怕的事情，于是这台发动机就产生了。

具体原理是怎么样的？

在发动机活塞下行吸气的同时，汽油由歧管喷射喷入汽缸，当然空气也在此时被吸入，紧接着开始压缩行程，而在这个压缩行程的过程中，柴油会发生两次缸内直喷：第一次喷柴油是在压缩行程尚未达到气缸内混合气体可燃烧的温度之前进行的，这时气缸内的汽油柴油和空气就形成了高压的混合气团，而在这个混合气团中，处于中心位置的是汽柴油+空气混合体，而外层则是还没完全与另外两者混合的汽油。

当压缩行程到达活塞运动的上止点时，柴油进行了第二次缸内直喷，但这次喷射的柴油量很少，由于此时缸内温度已经达到柴油燃点，故新喷进来的柴油瞬间被压燃，而这些被压燃的柴油所产生的火焰，也就点燃了混合气团外层的汽油，进而引燃了混合气团中心位置的汽柴油+空气混合体，推动活塞做功。（说起来是分步走的，但实现时是一瞬间就完成的）

高热效率是如何实现的？

在大多数时候，活塞压缩行程时的第一次缸内直喷会喷射大部分的柴油进行与缸内原有的汽油+空气进行混合，但在某些工况范围内，比如低负载时，第二次缸内直喷会喷射大部分的柴油，而这时候喷的柴油，就不仅仅是起“点燃”的作用了，也会推动活塞做功。

而关于空燃比，大家可以想象到的是在低负载时，空燃比会非常的高，然后逐渐降低。

一旦在整个做功行程中，汽油的量远多于柴油时，汽油就成为了推动做功的主导力量，此时就空燃比肯定会急剧下降，而在低负载时，发动机就可以获得非常高的热效率，因为此时的空燃比是非常高的，这个时候的燃油用量也是很少。

据实验时显示，在汽柴油混合的最优比阶段时，该发动机的空燃比居然可以达到45:1。

因此，这也可能是这项技术最厉害的地方，当然这是一直在高效的转速区间运行的结果，如果转速升高，热效率就会下降，不过，在实验过程中，整个负载范围内最差的热效率也有49%，而在中负载时最高热效率达到了56%。

60%的热效率是如何测出来的呢？

技术宅们发现，活塞冷却油会把部分做有用功的燃烧热量带走，为了达到高热效率，他们停止给活塞提供冷却油，在如此疯狂的举动下，一度使发动机在实验室中达到了惊人的60%热效率。

除了热效率高外，还有啥优点？

排放物很清洁是其一大优点，因为RCCI属于低温燃烧技术（第二次喷出用于“点燃”作用的柴油所产生的火焰属于低温火焰，虽然低温，但足以引燃缸内的混合气体），所以产生的氮氧化物和颗粒物排放都非常低，几乎不会产生NOx，从而解决困扰柴油机的环保大问题。

同时，因为柴油在这里可以得到充分的混合，所以柴油的用量不多，而普通柴油机都是在活塞压缩的上止点即喷即燃的，这个发动机中的一大部分柴油是提前喷射进行混合的，而充分混合的柴油燃烧后并不容易产生颗料物排放，故相较于传统柴油机而言，这款发动机不需加装复杂的尾气后处理装置，也能使其排放的气体达到EPA环保法规要求，这一来不但省了生产成本，还十分环保，这也是RCCI技术又一个厉害的地方。

缺点？当然有

你开车去加油站时，跟加油小姐姐说，我柴油汽油都要加，小姐姐估计会像看外星人那样看你，而且一辆车带两个油箱本就是增加成本的事情，如果只用一个油箱，那得要采用两套燃油供应系统去区分柴油汽油，什么时间该从油箱里吸什么油过来？这意味着燃料管线、燃料罐、燃料过滤器需要分离，这又是一件要花大力气去解决的事情，而且由两套系统所带来的相互协同运行的稳定性和可靠性也是一个需要解决的问题。

另外，60%的热效率是在取消活塞冷却的情况下达到的，实际使用环境不可能这么做，否则活塞就必须能够承受无冷却的工作条件，如此一来，对活塞的制造工艺必然有着极高的要求，不然60%的热效率也就仅是实验室数据而已，但无论如何，现时的实验中已经可以做到了56%的普遍性热效率，这也足以将内燃机的发展向前推进了一大步了。