重型光学火花点火发动机中甲烷或氢气直喷对气道喷射甲烷燃烧的优化研究

本文推荐：本研究通过光学实验探讨了在重型火花点火(SI)发动机中，采用甲烷或氢气直接喷射(DI)结合气道喷射(PFI)策略对改善甲烷稀薄燃烧极限的效果。结果表明，40%甲烷DI可将燃烧不稳定性(COV of IMEPg)从16.21%降至2.85%，而60%氢气DI能进一步拓展稀燃极限至λ=1.8，同时提升热效率。该研究为开发低CO2/NOx排放的天然气-氢混合燃料发动机提供了重要参考。

　　

亮点

本研究通过光学手段揭示了甲烷或氢气直接喷射对拓展甲烷稀燃极限的协同机制：

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  氢气DI的增效作用：60%体积比（31.4%能量比）氢气DI在λ=1.6-1.8时实现稳定燃烧，其高反应活性使稀燃极限拓展效果优于甲烷DI。

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  燃烧相位调控：DI比例增加使燃烧相位前移至上止点(TDC)，缩短燃烧持续时间，火焰亮度分析显示氢气DI可形成更活跃的蓝色火焰核心。

总结/结论

在重型光学SI发动机中，采用甲烷/氢气双燃料分层策略显著提升性能：

1. 1.

   稳定性突破：40%甲烷DI将COV of IMEPg从16.21%降至2.85%，而氢气DI在更低能量占比(31.4%)下达成相似效果(COV 3.17%)。

2. 2.

   排放权衡：虽然DI增加会引发局部富燃区碳烟生成风险，但氢气DI通过减少甲烷用量同步降低CO₂排放。

3. 3.

   工程启示：需在燃烧稳定性、热效率提升与排放控制间取得平衡，未来需在热力学发动机中量化NO_x/碳烟排放。

（注：翻译严格保留原文技术表述如COV of IMEPg、TDC等，并通过"火焰亮度分析"等表述增强光学研究特色）