傳統發動機還有救嗎？在充斥著電動化與新能源趨勢論調的當下，再去談傳統發動機，是否有些格格不入，甚至於抱殘守缺呢？事實上，即使電動時代有著“當紅炸子雞”的明星光環，但傳統發動機仍佔據了絕對的統治地位。百花齊放，或許是下一個常態。
童濟仁汽車評論 編輯丨吳邪
▎50%的熱效率，有可能嗎？
2020年，車用內燃機熱效率的“期待值”是50%。很多人十分疑惑，50%的熱效率究竟是一個怎樣的概念？
通俗點講，熱效率就是指發動機把燃油“百分之多少”的能量有效地轉化成了動能，而不是白白以熱的形式損失掉了。但這個比值並沒有想象中那麼高，從目前普及的技術來看，汽油機的熱效率約為30%至35%，柴油機高一點，可以達到40%。
行業內有一個不成文的共識，如果發動機的熱效率提高了1%-1.5%，就可以看作“新一代發動機”了。
由此來看，如果汽油機的熱效率可以一躍攀升至50%，所獲成就是相當驚人的。2016年年底，豐田發佈了一臺2.5L直列四缸汽油機，熱效率為41%，已然相當不易。而在馬自達第二代“創馳藍天”的技術設想中，“誇下海口”，預計到2020年實現熱效率50%，技術的核心關鍵詞正是HCCI（均質充量壓縮燃燒）。
三種燃燒模式對比，最右為HCCI
▎腦洞問題：如果把汽油加入柴油車中會怎樣？
在聊到HCCI發動機之前，筆者仍想繼續拋出一個“腦洞問題”：如果把汽油加入柴油機中會發生什麼現象？同理，把柴油加入汽油機中呢？
在探討上述問題之前，首先要明白汽油機與柴油機的本質區別。從燃燒方式上來說，汽油會與空氣提前混合均勻，在進入燃燒室之後，由火花塞點火，發生燃燒；柴油不會與空氣提前混合，而是直接噴入缸內，由於活塞對混合氣的壓縮作用，發生燃燒。
汽油機（火花塞）與柴油機（噴油嘴）的區別
科普結束，現在開始回答清奇的“腦洞問題”。如果把汽油加入柴油機，汽油將會直接噴入氣缸，此時沒有火花塞點火，但在壓縮作用下，仍可以著火燃燒，只是過程粗暴，接近於爆震。
如果把柴油加入汽油機，介於柴油粘性大，不易揮發，前期與空氣的混合程度不理想，即使進入缸內，又由於汽油機的壓縮比較小，柴油混合氣幾乎難以壓燃，而火花塞的存在對柴油的持續燃燒意義不大。（也就是，柴油加入汽油機，可能根本就打不著火。）
總結一下，柴油機最合適，乃至唯一的燃燒方式是“壓燃”，而目前汽油機可以穩定燃燒的方式，仍是“火花塞點火燃燒”。那麼問題來了，有沒有一種可能性，汽油機也採用“壓燃”方式呢？
答案正是HCCI發動機，汽油壓燃不是夢，甚至於，HCCI本身對燃料並不挑剔，汽油也好，柴油也罷，替代燃料照樣可以燃燒使用。
通用也曾研究過HCCI發動機
▎HCCI發動機，究竟是何方神聖？
HCCI其實是一串英文術語的首字母縮寫，即“Homogeneous Charge Compression Ignition”，通常翻譯為“均質充量壓縮燃燒”，或者“均質稀薄壓縮燃燒”。也就是說，HCCI發動機的本質是“壓縮燃燒”，這不就是柴油機的燃燒原理嗎？如今也可以在汽油機上實現了。
事實也正是如此。HCCI發動機結合了“柴油機壓縮燃燒”和“汽油機均質混合”的特點。與傳統汽油機相比，不再需要節氣門和火花塞，壓燃可使混合氣多點同時著火，燃燒持續期短，得到與壓燃式發動機相當的、較高的熱效率；而與傳統柴油機相比，混合氣是以均質的狀態形成的，混合程度更好，燃燒反應同步進行，燃燒火焰溫度低，氮氧化物和碳煙排放較少。
站在消費者的立場上來看，HCCI發動機如果普及，最直接的受益莫過於“節油”。按照馬自達的預測，熱效率提高到50%以後，油耗可以再降30%，甚至於在沒有混合動力介入的情況下，達到3.3L/100km的低油耗水平。
HCCI發動機的碳煙和氮氧化物排放低
▎量產之路的重重挑戰
前文提到了，汽油機是點燃式發動機，而柴油機是壓燃式發動機，著火方式背道而馳。但百年來，汽油機與柴油機之間是一個不斷融合的過程。諸如，柴油機高壓共軌，採用缸內直噴的供油方式，而現在的汽油機也有了GDI缸內直噴技術，“上古時代”的化油器基本消弭了。
HCCI本身也是汽油機與柴油機技術優勢的一次融合，或者說，終於將汽油“壓燃”了。但是，如果論說量產，仍有重重挑戰需要克服。
挑戰1：著火時間不易控制
點燃式的汽油機可以改變火花塞的點火時間，壓燃式的柴油機可以改變缸內噴油的時刻，但HCCI發動機吸入的是一團均勻的混合氣，壓縮之後多點都在燃燒，著火時間提前，還是延後，其實是很難判斷的，也沒有十分有效的控制手段。
挑戰2：運行工況的拓展問題
HCCI的特點之一是燃燒反應較快，所以還要通過一定的手段“壓”住反應速率，一般會採取較高的EGR率來減緩燃燒速率，以免發生爆震。由此帶來的負面影響是，缸內的平均指示壓力難以達到較高的水平。
如果用專業術語來講，在小負荷工況時混合氣濃度過稀，發動機易“失火”，而在大負荷工況時發動機放熱速率過快，發動機工作粗暴。所以，有觀點曾提出，不妨將HCCI發動機應用於混合動力，HCCI發動機僅工作於經濟性最佳的一個點，專司“發電”，也就繞過了工況拓展的問題。
號稱解決了HCCI難點的諾德士循環
挑戰3：HC排放的控制問題
前文曾提到，由於HCCI發動機屬於“低溫燃燒”，缸內溫度低，不足以導致氮氧化物的生成。但是，低溫條件下，尤其在小負荷工況的時候，燃燒效率降低，HC的排放反而成為了棘手的問題。
挑戰4：冷啟動困難
在取消了火花塞之後，HCCI發動機的冷啟動是一個問題。不知道讀者朋友是否曾有過這樣的觀察，在寒冷的冬天，一些柴油貨車，或者農用車，為了能點著火，會在油箱下面燃燒秸稈來“煨”。但對於“壓燃”的汽油機，顯然不能這麼冒險，技術上也有一些解決的辦法。比如仍然保留火花塞，在冷啟動不易的情況下，先搖身一變為“點燃式汽油機”，這就是SI（火花塞點火）-HCCI雙模式發動機。
▎小結
傳統發動機會被淘汰嗎？在這個圈子裡，有人惶恐，也有人不甘。但時至今日，傳統發動機仍然居於主導地位，在尋找替代之王的同時，其實發動機自身也在戮力前行，而且走向了技術的大融合，HCCI就是鮮明的一個案例。不可否認，新能源在崛起，註定了一個百花齊放的時代，也請給傳統發動機更多的技術自信。
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