氨/柴油双直喷二冲程发动机性能优化：氨能比与喷油器相对位置的耦合效应研究

为解决航运业面临的碳减排挑战，研究人员针对二冲程船用发动机低负荷工况，通过数值模拟探究了氨能比（AER）与喷油器相对位置对氨/柴油双直喷发动机燃烧及排放性能的耦合影响。研究发现，在95% AER及特定喷油器角度（如α=?75°）下，可实现41.84%热效率（ITE），同时将NH3排放降至0.15 g/kW·h，温室气体（GHG）低至137.91 g/kW·h，为高效低碳发动机设计提供理论依据。

　　

全球航运业正面临国际海事组织（IMO）2023年温室气体减排战略的严峻挑战，传统船用发动机的高碳排放问题亟待解决。氨燃料因其零碳特性（燃烧不产生CO₂）和成熟的储运基础设施成为研究热点，但其高自燃温度、低燃烧速度等特性制约了发动机应用。针对这一难题，大连理工大学（根据CRediT署名推测）的研究团队在《Fuel Communications》发表论文，创新性地采用氨/柴油双直喷（dual-direct-injection）技术，系统分析了氨能比（Ammonia Energy Ratio, AER）与喷油器空间布局对二冲程发动机性能的协同影响，为航运业低碳转型提供了关键技术路径。

研究采用三维数值模拟方法，基于单缸二冲程发动机实验台架（参数见表2），通过CompactRIO测控系统及排放检测设备，结合计算流体动力学（CFD）模型，对比了不同AER（40%-95%）和喷油器角度（?75°至75°）下的燃烧特性。关键发现如下：

Ignition and combustion processes
研究首次将氨喷雾燃烧分为三种模式：模式1（柴油喷油器位于氨喷油器上游相邻位置）和模式3（柴油喷油器位于下游）中，性能与排放指标随AER呈规律性变化；模式2（喷油器间距较大）则因火焰自由发展对喷油器位置极为敏感。在95% AER及α=?75°时，发动机实现0.39 MPa平均有效压力（IMEP），NH₃和NO_x排放分别低至0.15 g/kW·h和2.9 g/kW·h，CO+HC接近零。

Conclusion
该研究揭示了喷油器配置与AER的交互作用机制：相邻喷油器布局（模式1/3）适合稳定燃烧，而分离布局（模式2）需精确控制空间参数。最优条件下（95% AER, α=?75°），GHG排放较传统柴油模式显著降低，且热效率提升至41.84%，突破了氨燃料发动机低负荷工况效率瓶颈。

这项研究不仅为二冲程氨/柴油双直喷发动机设计提供了理论框架，更通过量化喷油器空间参数的影响，推动了零碳燃料在船用动力系统的工程化应用。其创新性在于将燃烧模式分类与喷油器几何学关联，为后续研究奠定了方法论基础。