高负载条件下氨/柴油双燃料燃烧的空气当量比效应实验研究：提升船舶减排效能的关键探索

本文创新性地探究了高负载(75%负荷)单缸中速柴油机中空气当量比(λ)对氨(NH3)/柴油双燃料燃烧的影响。研究比较了早喷(E-pilot)和晚喷(L-pilot)两种柴油喷射策略在λ=1.4时的最优平衡点，发现其相比传统柴油燃烧(CDC)可显著降低CO2,eq排放并提高热效率。特别关注了燃料氮转化路径，揭示了CA5-50与点火延迟比对N2O排放的调控机制，为航运业实现IMO减排目标提供了关键技术支撑。

　　

Highlight亮点发现

实验装置与燃料

本研究采用经改装后的康明斯6.7L ISB柴油机单缸版本，保留原厂燃烧室结构。高压共轨直喷系统使用#2柴油(Haltermann Solutions)和CRIN-3八孔喷油器(喷孔夹角145°，直径140μm)。气态无水氨(Airgas公司化学级)作为预混燃料通过定制进气歧管喷射系统引入。

缸内压力与表观放热率

图1显示两种喷射策略的滤波后缸压数据。随着λ降低(混合气变浓)，L-pilot工况峰值压力从110bar(λ=1.6)升至130bar(λ=1.0)，而E-pilot呈现相反趋势(151bar→90bar)。值得注意的是，λ=1.0时出现明显的双峰放热曲线，暗示存在部分预混与扩散燃烧的复合模式。放热率分析揭示E-pilot在λ=1.4时呈现最平坦的压力上升梯度，这对控制发动机机械负荷至关重要。

结论

本研究通过中速单缸发动机实验，系统评估了λ对柴油/NH₃双燃料燃烧的影响。在1200rpm、12.8±0.2bar IMEPn(75%负荷)工况下发现：1) λ=1.4时E-pilot和L-pilot均展现出最佳的CO_2,eq-热效率平衡；2) L-pilot的氮基排放与CA5-50/点火延迟比呈强相关性；3) E-pilot在λ=1.2-1.4区间展现出独特的"自清洁"效应，可同步降低颗粒物和未燃NH₃排放。这些发现为航运动力系统脱碳提供了重要数据支撑。