威斯康星大学利用RCCI技术 大幅提升发动机热效率

在2013年美国汽车工程师学会（SAE）年会上，来自美国威斯康星大学的一支科研团队发表的一篇学术论文引起了广泛的关注，该研究发现在最佳的燃烧管理策略和热力学条件下，利用燃油反应活性控制压燃技术（RCCI），发动机的指示热效率达到将近60%。60%的发动机热效率也让满足美国能源部（DOE）重型卡车50%制动热效率的要求成为可能，甚至有希望把这一数值提升到55%。论文中的研究成果还指出，如果想高效地利用燃油反应活性控制压燃技术提供的热能，需要率先提升增压系统的效能，获得更低的尾气排放温度，以及减少各相关系统的机械摩擦损失。

该论文详细讲述了燃油反应活性控制压燃技术，这项技术前景广阔，它包括一系列的低温燃烧方案，根据不同工况，在汽缸内混合不同比例的燃油和空气，经压缩后燃气自燃，而达到高效清洁燃烧的目的。

RCCI燃烧和普通柴油机在燃烧过程中气缸内温度对比

当今汽车技术发展方向：减少尾气排放和提高燃油经济性，想要同时做到这两点，可以采用低温预混合燃烧（LTC）策略，具体方法是通过较长的点火延时，保证燃油和空气充分混合，从而降低了燃油当量比和燃烧温度。到目前为止最成熟的低温预混合燃烧策略是均质压燃技术（HCCI），燃油和空气在充分预混合后通过压缩自燃，这种技术仅需低浓度的燃气混合物（当量比小于0.3），燃烧后排放的氮氧化物（NOx）和粉尘颗粒物（PM）也基本为零。除此之外，低浓度混合物能够降低燃烧气体的温度，减少温差过大造成的热传递损失，更多的热量用于做功，增大发动机热效率。还有一点要注意，在利用均质压燃这一技术的时候，要防止爆震的产生，否则这些优势将不复存在。

提高均质燃烧可控性和减少爆震的方法是采用分层燃烧技术，在汽缸中形成不同的燃烧层，燃烧层内燃油浓度不同，但各自用于合适的当量比；模拟结果显示可控当量比分层燃烧进一步提高了燃烧效率，以及有效预防了高负载下上止点附近的自燃爆震。这项技术就是本文中所说的燃油反应活性控制压燃技术。

在燃油热效率的研究中,来自橡树岭国家实验室的Derek Splitter博士和他的同事们利用燃油反应活性控制压燃技术探寻实际循环中的最大热效率，具体的研究途径包括：利用虚拟空间电脑模拟仿真；使用单缸重型柴油发动机，在有无回油沟冷却系统两种条件下，开展相关实验，收集热效率数据。

实验采用的指示平均有效压力固定在6.5巴，发动机转速1300转/分钟，活塞头采用平面设计，燃气压缩比18.7：1。使用燃油反应活性控制压燃技术的发动机，并通过向进气道喷射低反应性燃油和缸内直喷高反应性燃油，可以把氮氧化物和粉尘颗粒的排放量降低到基本为零，同时指示热效率超过了56%；研究还显示，在高燃气压缩比和低当量比条件下，总热效率最高可达59.7%，低温燃烧减少了50%的热传递损失；科研人员另外指出，如果不对活塞进行冷却降温，再应用低浓度燃气，还对反应活性差别巨大的不同燃料使用缸内分层燃烧技术，指示热效率还会进一步提升。

使用GT-Power的电脑仿真模拟结果表明，如果燃油反应活性控制压燃发动机不采用活塞油冷装置，热量损失将极少，同时氮氧化物和粉尘颗粒物的排量更低。