氨/生物柴油双燃料发动机燃烧过程与边界条件优化研究：基于EGR与喷射定时的协同调控

针对氨燃料发动机在高氨比例下燃烧效率低、NOX排放高的问题，研究人员通过对比氨/生物柴油（ABCM）与氨/柴油（ADCM）双燃料模式的燃烧特性与污染物排放，结合废气再循环（EGR）与喷射定时优化，发现生物柴油可提升热效率并降低NOX和颗粒物排放，10% EGR率下减排效果最佳。该研究为零碳发动机技术提供了理论支撑。

　　

随着全球变暖问题日益严峻，交通运输领域的碳减排成为关键挑战。氨（NH₃）作为零碳燃料，虽具储运优势，但其燃烧效率低、易产生NO_X和N₂O（温室效应为CO₂的265-298倍）等问题制约了应用。生物柴油因其含氧特性被视为理想引燃燃料，但其在高氨比例下的燃烧调控机制尚不明确。吉林大学（根据基金项目代码推断）的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表论文，通过热力学与光学双燃料发动机平台，系统研究了氨/生物柴油（ABCM）的燃烧优化路径。

研究采用四缸发动机改造的单缸实验系统，结合高速摄影和排放分析技术，对比了ABCM与氨/柴油（ADCM）模式的差异，并引入EGR（废气再循环）协同喷射定时调控。关键发现包括：1）生物柴油因黏度高、含氧，在50%以上氨比例时可提升指示热效率（ITE），同时降低NO_X、CO和颗粒物排放；2）10% EGR率能有效抑制NO_X生成，但过高EGR会加剧碳基污染物排放；3）喷射提前角增大可抵消高EGR对热效率的负面影响。

主要技术方法

研究通过改造四缸发动机的第二缸建立独立燃料供应系统，采用缸压传感器和热释放率（HRR）分析燃烧过程，结合光学诊断平台捕捉火焰发展历史。排放数据通过气体分析仪获取，重点监测NO_X、CO和颗粒物浓度。

研究结果

1. 引燃燃料理化特性对燃烧的影响：生物柴油的含氧特性促进氨分解，但其高黏度导致雾化效果差于柴油，需优化喷射参数。

2. EGR的调控作用：10% EGR率通过稀释效应降低缸内温度，使NO_X减排55%，但超过该比例会显著增加CO排放。

3. 边界条件优化：高EGR率下，提前喷射可维持ITE，而延迟喷射利于进一步降低NO_X。

结论与意义

该研究首次揭示了生物柴油在高氨比例双燃料发动机中的协同减排机制，提出EGR与喷射定时的动态平衡策略，为氨燃料发动机的工程化应用提供了关键技术支撑。未来需进一步探索生物柴油氧含量对燃料型NO_X的精确影响，以完善全生命周期碳中和技术路径。