内燃机作为目前交通工具的主要动力来源，有着输出功率大、工作稳定的特点。柴油机的热效率相比汽油机高约45%，在大型车辆以及各类船舶中均被广泛使用。然而，全球石油能源储量不断下降，而石油消费量每日增长170万桶，按照此水平，这仅足够世界使用50.2年。另一方面，国际海事组织（IMO）通过了MARPOL公约附则Ⅵ，对海上行驶的多类船舶进行了排放限制，国内也于2016年提出了GB 15097-2016标准，进一步限制了船舶发动机污染排放物的排放量。因此，在当代采用合适的发动机燃烧技术以及后处理方式进而降低污染物排放成为了主流的船舶发动机研究方向。

为了降低发动机排放，国内外学者先后推出稀薄NO_x捕集技术（LNT）和选择性催化还原技术（SCR），通过排放后处理技术降低排放量。但这些后处理技术有着使用范围有限或是系统复杂、占用空间较大的缺点。于是，部分学者不断探索发动机的新型燃烧模式，降低缸内温度并促进燃气混合，从而有效降低缸内排放

1979年，Onishi等人提出了ATAC（活化热氛围燃烧）技术，此技术可使低负荷下工作的二冲程汽油机排放大幅降低。1983年，Najt等人在推出了HCCI（均质充量压燃）技术，通过压缩缸内均质燃料使其着火，强化缸内燃烧强度，降低污染物排放。在ATAC与HCCI的燃烧模式的研究基础上，国内外研究学者为提高燃烧模式的可控性，提出了PCCI（预混充量压燃）技术，使缸内充量在压缩至上止点前充分预混，发生着火。2009年，Reitz等人提出了RCCI（反应活性控制压燃）技术。在RCCI燃烧模式下，低活性燃料（LRF）通过歧管喷射器注入进气歧管中，充分预混后在进气阶段进入缸内。随后，在接近上止点处，高活性燃料通过缸内直喷进入缸内，与缸内低活性燃料形成较大的反应活性梯度，实现分层燃烧。

以上提及的HCCI、PCCI与RCCI均为低温燃烧技术（LTC），此技术可有效降低燃烧室内的燃烧温度，有效降低NO_x排放。同时，由于缸内混合气混合充分，也使Soot排放随之降低。目前，在以上三类低温燃烧手段中，RCCI燃烧模式可以通过燃油比例，高活性燃料的喷射策略等合理地控制火相位和燃烧强度。并且，由于缸内燃烧过程更为稳定，不易出现爆燃现象，具有一定的研究价值。

在RCCI燃烧模式中，天然气相比汽油，有着更高的低位热值，因而可以更有效的拓宽发动机工作负荷，并抑制缸内的Soot生成。由于天然气清洁高效，且抗爆性良好，更多的研究学者将重心投向了将天然气作为低活性燃料的RCCI发动机中。2015年，Walker等人在单缸重型柴油机上将柴油-天然气RCCI发动机与汽油-天然气RCCI发动机的工作性能进行对比，结果表明，在均不使用EGR（废气再循环）技术且维持相同燃烧相位时，相比于柴油-汽油RCCI发动机，柴油-天然气RCCI发动机可将工作负荷提升约130%。因此，采用天然气作为RCCI发动机的低活性燃料可以提升发动机工作性能，也可以有效缓解世界能源现状。

张永鑫针对RCCI发动机的控制策略，分别将正庚烷和甲烷作为柴油和天然气的替代物，运用多种简化手段和合并手段，建立柴油-天然气零维简化机理。随后，利用AVL FIRE软件在中高负荷（IMEP=13.5bar）的条件下对柴油-天然气RCCI发动机进行模型验证和模拟分析。研究结果表明，RCCI发动机主要根据缸内反应活性控制燃烧速率和强度。并且，由于高活性燃料的反应开始时间早于低活性燃料，且高活性燃料的快速消耗时刻晚于低活性燃料，所以RCCI发动机的燃烧过程中，高活性燃料和低活性燃料按照顺序先后燃烧。

Ansari等人在使用催化还原技术（SCR）的轻型柴油-天然气双燃料发动机中在不同的负荷（IMEP=3bar-12bar）条件下测定柴油-天然气RCCI燃烧模式与传统柴油机模式的性能表现与排放水平。并在研究过程中，利用实验数据得出在可控变量对于发动机的排气温度和排放量的影响经验公式。实验结果表明，RCCI发动机在较低负荷下的HC（碳氢化合物）和CO排放量较大，而NO_x和Soot排放在各运行工况下表现良好；中高负荷下RCCI模式的燃料和尿素消耗相比传统柴油机模式降低30-35%。通过经验公式的整理得出，在此轻型双燃料发动机上，在较低负荷（IMEP=0-7bar）时，采用传统柴油机模式有更好的整体表现；而当工况处于中高负荷（IMEP=7-12bar）时，采用柴油/天然气RCCI模式有更优的工作性能和排放表现。

Mikulski等人通过数值模拟研究在是否采用EGR技术与不同负荷（IMEP=3.2-18.5bar）的条件下不同天然气的掺混比对柴油-天然气RCCI发动机工作性能与排放特性的影响。研究结果表明，通过缸内直喷引入低活性燃料可以改变缸内传播过程且减少燃烧室中心的燃料份额，从而在低负荷状态优化缸内燃烧，提高燃烧效率。另一方面，由于掺混低活性燃料会降低反映区域的氧气份额与区域温度，所以这也会增长着火延迟时间并缩短燃烧持续期从而降低采用EGR技术时的高负荷状态下发动机的燃烧效率。此外，掺混低活性燃料会提升缸内的最高温度，造成NO_x排放增加，HC排放减少。

Ebrahimi等人通过人工神经网络对柴油/天然气RCCI发动机的燃烧模型进行学习和优化。研究过程中，发动机的IMEP(指示平均有效压力)被控制在9.4bar，通过改变发动机的进气温度/进气压力/单次喷射提前角从而影响发动机运行状态，辅助人工神经网络进行学习。结果表明，通过人工神经网络可以有效稳定RCCI发动机负荷范围，并预测发动机失火、爆震的发生，从而提升其工作稳定性。

Poorghasemi等人通过CONVERGE软件对中等负荷（IMEP=4-6bar）下的轻型RCCI发动机的工作性能与排放特性受发动机喷射参数及策略的影响展开模拟研究。模拟结果表明，柴油喷射策略会直接影响缸内充量的反应活性分布。随着第一次喷射压力的降低或喷雾锥角的增大，指示平均热效率会有所增加，CA50会有所延迟。此外，第一次喷射提前角的延迟会造成缸内会增大缸内混合气当量比，从而提升燃烧温度；第二次喷射提前角的延迟直接造成着火时刻的延迟，从而缩短燃烧持续期并降低缸内温度。