燃烧辅助燃料供应室(CAFSC)主导的扩散燃烧：实现重型氢能发动机高功率密度的新路径

针对重型氢能发动机存在的爆震、回火等问题及功率密度低的挑战，北京理工大学团队提出创新性燃烧辅助燃料供应室(CAFSC)概念，通过低压直喷实现氢燃料扩散燃烧。实验证实CAFSC方案可使燃烧持续时间(tdur)和点火延迟(tdelay)显著短于传统被动预燃室(PPC)，且对全局当量比(ΦG)变化不敏感，优化配置(n=3,d=6mm)燃烧效率达97.9%，为开发高功率密度无爆震氢发动机提供了新思路。

　　

在全球气候治理背景下，氢能作为零碳燃料在重型发动机领域的应用面临两大"拦路虎"：一是氢燃料极易引发爆震(knocking)和回火(backfire)等异常燃烧现象，二是现有技术只能实现25-35kW/L的功率密度，仅为现代汽油机的三分之一。这些难题的根源在于传统预混燃烧方式中氢燃料与空气过早混合的特性。北京理工大学的研究团队独辟蹊径，提出了一种革命性的解决方案——燃烧辅助燃料供应室(Combustion-assisted Fuel Supply Chamber, CAFSC)，这项突破性研究成果发表在《International Journal of Hydrogen Energy》上。

研究团队采用光学定容燃烧室(CVCC)实验系统，结合纹影成像技术，系统考察了全局当量比(Φ_G)、喷嘴直径(d)和数量(n)等参数对CAFSC主导扩散燃烧的影响。关键技术包括：1)自主设计的CAFSC结构(体积占比>7%)与低压直喷系统；2)同步压力采集与高速摄影的燃烧过程可视化；3)与传统被动预燃室(PPC)的对比实验设计。

【Combustion process】部分揭示，CAFSC的燃烧过程可分为两个特征阶段：首先是预燃室内氢气的引燃增压阶段，随后是高压驱动燃料喷入主室形成扩散火焰的阶段。通过图像处理量化分析发现，CAFSC的火焰喷射速度(v_jet)可达PPC的1.8倍。

【Conclusion】部分的重要发现包括：1)CAFSC方案使t_dur和t_delay分别缩短至PPC的64%和53%，且对Φ_G变化具有鲁棒性；2)优化配置(n=3,d=6mm)实现97.9%的燃料燃烧率(BFR)，接近PPC水平但燃烧速度显著提升；3)总连接面积(S)过大会导致火焰前锋发展不稳定。

这项研究的意义在于：首次验证了CAFSC作为"燃烧驱动燃料喷射器"的双重功能，通过将氢燃料供应压力降至1MPa以下，有效解决了高压直喷技术面临的密封、耐久性等工程难题。Tianyue Zhang等研究者提出的创新结构，为开发功率密度超过35kW/L的无爆震重型氢发动机提供了切实可行的技术路线，有望推动氢能内燃机在重载运输领域的商业化应用。