NH3-PODE3 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)HCII 燃燒特性的光學(xué)診斷

毛建樹，馬 驍，馬 躍，王 志，張翼霄，帥石金

（清華大學(xué)，汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084，中國(guó)）

近年來隨著全球氣候變暖，各國(guó)對(duì)于碳排放的要求也越來越嚴(yán)格，目前已經(jīng)有140 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)承諾在2050 年前后實(shí)現(xiàn)碳中和[1]，中國(guó)也提出了相應(yīng)的雙碳目標(biāo)。氨作為零碳燃料，其完全燃燒的產(chǎn)物只有水和氮?dú)?，被認(rèn)為是一種清潔的能源，近年來成為全世界的研究熱點(diǎn)。此外，氨還具有廉價(jià)易得、易揮發(fā)、易液化、便于貯運(yùn)[2-3]、高辛烷值（＞111）等優(yōu)點(diǎn)，使用氨作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料可以采用更高的壓縮比。氨作為一種氫能的良好載體，含氫量達(dá)17.7%[1,4]。但是，氨的燃燒特性較差，點(diǎn)火能量很高（常溫常壓下為680 mJ），層流火焰速度低（常壓下約7 cm/s，而常規(guī)碳?xì)淙剂弦话銥?0～50 cm/s），可燃范圍?。ㄅc空氣混合著火極限體積分?jǐn)?shù)為16.1%～25%）[5]。因此，研究如何提高氨的燃燒特性是制約氨能否作為發(fā)動(dòng)機(jī)能源廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

為了解決氨著火困難、燃燒特性差的問題，目前有一些研究者嘗試采用雙燃料燃燒模式。雙燃料燃燒模式可以同時(shí)利用高十六烷值燃料（如柴油）和高辛烷值燃料（如汽油）的理化特性，其中高十六烷值燃料稱為引燃燃料，高辛烷值燃料稱為預(yù)混燃料。E.Gray 等[6]于1966 年首次研究了柴油-氨雙燃料燃燒特性，證明了在較低壓縮比（15.2）下氨平穩(wěn)燃燒的可能性。2008年J.A.Reiter 和C.S.Kong[7]研究了柴油-生物柴油直噴引燃進(jìn)氣道噴射氨氣的內(nèi)燃機(jī)燃燒特性，試驗(yàn)測(cè)試了最大95%的氨氣能量替代率，研究結(jié)果表明，當(dāng)維持發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩相同時(shí)，隨著氨比例的增加，CO2排放單調(diào)減少，且當(dāng)氨氣的能量替代率不超過60%時(shí)，NOx排放水平很低。2011年J.A.Reiter 等[3]研究了氨-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)荷減小為最大負(fù)荷的20%時(shí)，燃燒效率會(huì)降低到70%附近，且未燃氨排放可達(dá)體積分?jǐn)?shù)濃度10-2（即104ppm）以上，且隨著柴油能量比例增加，CO2排放和碳煙（Soot）排放均會(huì)大幅增加。2016 年Y.Niki 等[8]在一臺(tái)壓縮比為20:1 的柴油機(jī)上，也對(duì)不同氨氣比例下的內(nèi)燃機(jī)燃燒和排放特性進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)氨的加入雖可以減少二氧化碳的排放，但是柴油作為引燃燃料仍然存在較多的二氧化碳排放。2022 年A.Yousefi 等[9]也對(duì)柴油-氨雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在相同的負(fù)荷下，當(dāng)氨的能量比例增加到40%時(shí)，燃燒效率會(huì)降低到65%以下。綜上所述，目前針對(duì)氨雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中引燃燃料主要使用傳統(tǒng)的碳?xì)淙剂?，仍然存在一定的碳煙排放及CO2排放問題，且高氨能量比例及小負(fù)荷下，氨的燃燒效率會(huì)急劇降低，未燃氨排放增加，因此氨的穩(wěn)定、高效及清潔燃燒仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

為了提高氨的燃燒特性，同時(shí)還要兼顧碳排放的問題，雙燃料燃燒模式中引燃燃料的選擇必須同時(shí)具備優(yōu)良的著火特性以及碳中性或零碳的特點(diǎn)。聚甲氧基二甲醚(polyoxy-methylene dimethyl ethers,PODEn)是一種燃燒特性優(yōu)良的碳中性燃料，其分子結(jié)構(gòu)式為CH3O(CH2O)nCH3，十六烷值高（當(dāng)n＞ 1 時(shí)大于60），不含直接的碳碳鍵燃燒不易生成碳煙[10-11]，因此可以作為氨雙燃料燃燒模式中一種優(yōu)良的引燃燃料。清華大學(xué)馬躍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PODEn與柴油的混合比例達(dá)到50%以上時(shí)，在所有的測(cè)試工況下幾乎都沒有碳煙的產(chǎn)生。天津大學(xué)TONG Laihui等在針對(duì)PODEn-汽油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中發(fā)現(xiàn)，即使PODEn的能量比例高達(dá)50%，碳煙排放仍然極低[13]。

由上述可知，雙燃料燃燒模式可以解決氨著火難、燃燒慢的問題，PODEn作為引燃燃料同時(shí)具備優(yōu)良的著火特性和碳中性的特點(diǎn)，氨作為無碳燃料是一種實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)理想的燃料。但是目前并沒有針對(duì)氨-PODEn雙燃料燃燒相關(guān)研究報(bào)道，也缺乏關(guān)于氨雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的光學(xué)診斷研究。根據(jù)已有文獻(xiàn)研究，PODEn在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用最佳的聚合度為3～4[14]，且目前只有PODE3已經(jīng)開發(fā)出詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理[15]，因此本文設(shè)想選取PODE3作為引燃燃料，并且選擇小負(fù)荷工況及高氨能量比例，對(duì)氨-PODE3的均質(zhì)混合氣引燃（homogeneous charge induced ignition,HCII）燃燒模式的燃燒特性進(jìn)行光學(xué)診斷研究。

1 試驗(yàn)臺(tái)架及試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)

本試驗(yàn)在一臺(tái)光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，同時(shí)利用高速相機(jī)對(duì)缸內(nèi)火焰圖像進(jìn)行記錄。光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)

光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼和曲軸系統(tǒng)由一個(gè)單缸柴油機(jī)改造而成，缸蓋和進(jìn)排氣系統(tǒng)由一個(gè)長(zhǎng)城GW4D20柴油機(jī)的缸蓋和進(jìn)排氣系統(tǒng)改造而成，試驗(yàn)中使用原機(jī)第2 缸進(jìn)行單缸機(jī)試驗(yàn)。光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表 1 所示。試驗(yàn)用PODE3噴油器為GW4D20 原機(jī)7 孔噴油器，配備一套高壓油泵共軌系統(tǒng)，PODE3采取缸內(nèi)直噴方式，氨氣由進(jìn)氣道噴射。缸內(nèi)廢氣經(jīng)過兩級(jí)水箱系統(tǒng)排出，以吸收未完全燃燒的氨氣。試驗(yàn)中缸套和缸蓋中通有90℃循環(huán)水，并保持溫度恒定。

表1 光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)

由于石英視窗不能承受長(zhǎng)時(shí)間工作，試驗(yàn)中每個(gè)工況點(diǎn)重復(fù)20 個(gè)循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到試驗(yàn)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定后，每隔5 個(gè)循環(huán)進(jìn)行一次有效試驗(yàn)。試驗(yàn)中采用Photron公司生產(chǎn)的FASTCAM SA-Z 彩色高速相機(jī)記錄缸內(nèi)火焰燃燒圖像，設(shè)置頻率為7 200 幀/ s，曝光時(shí)間設(shè)置為(1/7 285 s)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，因此每相鄰兩張圖像之間的時(shí)間間隔為曲軸轉(zhuǎn)角（crank angle，CA）1°。

1.2 試驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中的具體條件參數(shù)如表2 中所示。試驗(yàn)中PODE3噴射壓力恒定為p(PODE3)=80 MPa，噴射脈寬保持為Δt=400μs，PODE3噴射時(shí)刻α(PODE3) 分別為上止點(diǎn)后（after top dead center，ATDC）CA -20°、-15°、-10°、-5°；氨噴射壓力恒定p(NH3)=0.5 MPa，氨噴射時(shí)刻α(NH3)固定為ATDC CA -330°。經(jīng)試驗(yàn)標(biāo)定，單次試驗(yàn)中PODE3噴射質(zhì)量m(PODE3)及氨噴射質(zhì)量m(NH3) 如表 2 所示。試驗(yàn)中保持m(PODE3)恒定，以所噴射的PODE3總熱值Q(PODE3)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算出所噴射的氨的總熱值Q(NH3)(按低熱值計(jì)算)相對(duì)于Q(PODE3)的比例（A）。各試驗(yàn)工況下的燃空當(dāng)量比φ如表2 中所示。

表2 試驗(yàn)條件具體參數(shù)

2 光學(xué)診斷圖像及分析

2.1 缸壓曲線和光學(xué)機(jī)燃燒圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖2 給出了PODE3噴射時(shí)刻為ATDC CA=-10°條件下，NH3能量占比A=0%、154%的缸壓曲線、放熱率曲線與光學(xué)機(jī)燃燒圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中A～F點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角（以壓縮上止點(diǎn)為CA 0°）分別為CA=-4°、-3°、-1°，1°，4°以及12°。G～L圖像對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角與A～F相同。其中A～F對(duì)應(yīng)NH3能量占比A=0%工況，G～L對(duì)應(yīng)NH3能量占比A=154%工況。

圖2 缸壓曲線和光學(xué)機(jī)燃燒圖像（α(PODE3) CA（ATDC）=-10 °）

在圖2b 中，圖像A 為NH3能量占比A=0%時(shí)的著火點(diǎn)圖像，從圖中可以看出存在7 個(gè)明顯的著火點(diǎn)，且集中在缸內(nèi)外圍區(qū)域；圖像B 對(duì)應(yīng)放熱率最高的點(diǎn)，其燃燒圖像中對(duì)應(yīng)火焰面積最大；隨后圖像C、D、E的火焰面積急劇下降，火焰亮度也急劇下降，至圖像F時(shí)已基本觀察不到火焰圖像。在圖2c 中（NH3能量占比A=154%），至圖像H 時(shí)才出現(xiàn)著火點(diǎn)，這說明氨的加入增加了PODE3的著火落后期，且相較圖像A，圖像H 著火面積小，著火亮度低;圖像I 對(duì)應(yīng)放熱率最高的點(diǎn)，此時(shí)火焰面積大，火焰亮度最強(qiáng);圖像J、K的火焰面積與圖像I 相比沒有明顯區(qū)別，并且火焰位置和火焰形狀相差也不大，但是火焰亮度逐漸降低；至圖像L 時(shí)仍能觀察到些微亮度，這是因?yàn)榘钡幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊?，所以在小?fù)荷及高氨比例下很難觀察到明顯的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象，并且氨的反應(yīng)活性低，所以與PODE3相比燃燒持續(xù)期會(huì)大大加長(zhǎng)?？梢姡瑥墓鈱W(xué)機(jī)燃燒過程圖像中不僅可以觀察到著火落后期，燃燒持續(xù)期的區(qū)別，還可以發(fā)現(xiàn)火焰圖像顏色的區(qū)別，PODE3的火焰顏色主要呈藍(lán)色，而加入氨后的火焰顏色主要呈橙黃色，這是因?yàn)榘比紵a(chǎn)物NH2自由基的α光譜化學(xué)發(fā)光的顏色主要呈橙黃色[16]。由圖可知，PODE3燃燒的圖像中沒有發(fā)現(xiàn)有明顯碳煙生成，且少量的PODE3即可引燃大量的氨預(yù)混合氣使其發(fā)生明顯燃燒，因此利用PODE3作為氨雙燃料燃燒模式的引燃燃料具有良好的引燃特性。

2.2 光學(xué)機(jī)燃燒圖像分析

圖3 為不同PODE3 噴射時(shí)刻下NH3能量占比A=0%、154%的光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像，除α(PODE3) CA=-20°以外，所有圖像增強(qiáng)倍數(shù)均相同。由于α(PODE3)CA=-20°時(shí)，增強(qiáng)相同倍數(shù)時(shí)火焰圖像太暗，因此該工況點(diǎn)的圖像增強(qiáng)倍數(shù)更高。從圖像中可以看出，當(dāng)α(PODE3) CA=-20°時(shí)，圖像中只有少數(shù)分散的著火點(diǎn)，并未發(fā)生明顯的大面積燃燒；當(dāng)α(PODE3) CA=-15°時(shí)，可以觀察到明顯的火焰燃燒圖像，但是著火點(diǎn)面積較小，燃燒面積也較?。划?dāng)α(PODE3) CA=-10°時(shí)，著火圖像和燃燒圖像均得到明顯改善，當(dāng)α(PODE3)CA=-5°時(shí)，著火圖像和燃燒圖像與α(PODE3) CA=-10°相比區(qū)別不明顯。這可能是因?yàn)殡S著噴射角度更加靠近上止點(diǎn)，噴射時(shí)缸內(nèi)溫度和壓力更高，所噴射的PODE3燃料在缸內(nèi)擴(kuò)散混合的時(shí)間更短，引燃燃料分布更加集中，著火時(shí)更加集中，且著火點(diǎn)面積更大，從而引燃氨的效果也更好。由結(jié)果可知，在所有的噴射時(shí)刻下，加氨工況與不加氨工況相比著火落后期和燃燒持續(xù)期均增加。

圖3 不同PODE3 噴射時(shí)刻下的光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像

圖4 為不同氨能量占比下的光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像，其中α(PODE3) CA=-10°。由圖可知，隨氨能量比例增加，出現(xiàn)燃燒相位的時(shí)刻逐漸滯后。當(dāng)NH3能量占比A=77%時(shí)，首先出現(xiàn)火焰的圖像時(shí)刻雖然相同，但是著火面積明顯減少，火焰亮度也減少。綜合來看，A=77%時(shí)，火焰面積和火焰亮度最大，隨氨能量比例繼續(xù)增加，燃燒反而惡化，這說明在給定DI 噴射時(shí)刻的前提下，適當(dāng)?shù)陌蹦芰勘壤梢詢?yōu)化燃燒相位、促進(jìn)燃燒，即氨-PODE3的HCII 模式存在最佳氨-PODE3能量比。

圖4 不同氨能量占比下的光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像（（α（PODE3）CA（ATDC）=-10 °）

3 燃燒特性分析

3.1 缸壓、放熱率及指示平均壓力(IMEP)試驗(yàn)結(jié)果

不同PODE3噴射時(shí)刻下，加氨與不加氨工況的缸壓曲線和放熱率曲線如圖 5a 所示，圖 5b 顯示了PODE3噴射時(shí)刻α(PODE3)，CA（ATDC）=-10°下，不同氨能量比例(A)的試驗(yàn)結(jié)果。

圖5 缸壓曲線和放熱率曲線

由圖 5a 可知，隨著PODE3噴射時(shí)刻靠近上止點(diǎn)，NH3能量占比為0%與154%條件下放熱率峰值均增加，缸內(nèi)壓力峰值先增加后降低，說明噴射時(shí)刻對(duì)燃燒過程有重要影響；且噴射時(shí)刻相同時(shí)，154% NH3能量占比相較0% 條件下放熱率峰值降低，說明氨的加入抑制了PODE3的燃燒放熱過程。結(jié)合缸壓曲線與放熱率曲線可知，當(dāng)α(PODE3) CA=-15°時(shí)及 NH3能量占比A=154%時(shí)，由于氨的抑制作用使得放熱過程整體更加靠近上止點(diǎn)，從而使得缸內(nèi)峰值壓力高于NH3 能量占比為0%的工況。而當(dāng)α(PODE3) CA=-5°時(shí)，由于氨的抑制作用使得原本更加靠近上止點(diǎn)的放熱過程遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，從而導(dǎo)致缸內(nèi)峰值壓力降低。由于氨對(duì)引燃燃料的燃燒存在抑制作用，因此可以適當(dāng)提前引燃燃料的噴射角度以加速燃燒。當(dāng)α(PODE3) CA=-20°及 NH3能量占比A=0%時(shí)，放熱率曲線呈現(xiàn)單階段放熱的特點(diǎn)，而NH3的A=154%時(shí)則出現(xiàn)了2 階段放熱的特點(diǎn)，第1階段放熱的原因是PODE3自身燃燒放熱，由于此時(shí)活塞位置離上止點(diǎn)較遠(yuǎn)，因此缸內(nèi)溫度和壓力較低，PODE3燃燒放熱不足以引燃氨使其發(fā)生明顯燃燒；隨著活塞位置靠近上止點(diǎn)，缸內(nèi)溫度和壓力升高，氨逐漸被引燃并發(fā)生燃燒，因此出現(xiàn)了第2 個(gè)放熱率峰值。

由圖 5b 可知，隨著氨能量占比增加，缸內(nèi)壓力峰值與放熱率峰值均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，說明適量的氨能量比例能促進(jìn)燃燒的進(jìn)行，而過量的氨能量比例反而會(huì)抑制燃燒的進(jìn)行，這與圖 4 中光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像的分析相符合，進(jìn)一步說明在給定DI 噴射角度下氨-PODE3的HCII 模式存在最佳的能量比，燃料供給策略需要綜合優(yōu)化。

圖6 顯示了不同PODE3噴射時(shí)刻以及不同氨能量占比下的指示平均壓力(indicated mean effective pressure，IMEP)試驗(yàn)結(jié)果。由圖6a可見，隨著PODE3噴射時(shí)刻逐漸靠近上止點(diǎn)，NH3能量占比A=0%、154%工況下IMEP 均逐漸增加，且噴射時(shí)刻相同時(shí)，A=154%相較0%條件下IMEP 有明顯增加，特別是當(dāng)α(PODE3) CA=-20°時(shí)，IMEP 發(fā)生了大幅度的增加。當(dāng)α(PODE3) CA=-15°時(shí)，IMEP 增加276.5%，超過了氨的能量比例，而當(dāng)α(PODE3) CA=-10°、-5°時(shí)，IMEP 分別增加了134.6%和111.8%，低于氨的能量比例。

圖6b 顯示了不同氨能量占比（A）的IMEP 試驗(yàn)結(jié)果，由圖可見，隨A的增加，IMEP 也隨之增加，但是增幅逐漸減小，當(dāng)A由77%增加到308%時(shí)，IMEP相對(duì)A=0%的增幅分別為79.0%，134.6%，190.1%及203.5%，只有A=77%時(shí)，IMEP 增幅大于氨能量比例，說明適當(dāng)?shù)陌蹦芰勘壤粌H不會(huì)降低熱效率，反而有助于提高熱效率，與前文結(jié)論類似。

圖6 不同PODE3 噴射時(shí)刻及不同氨能量占比下的IMEP試驗(yàn)結(jié)果

燃燒相位對(duì)IMEP 有顯著的作用。圖 7 為不同PODE3噴射時(shí)刻與不同NH3能量占比下的CA50 試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)α(PODE3) CA=-20°時(shí)，由于此時(shí)缸內(nèi)溫度和壓力相較其他噴射時(shí)刻下更低，且較早的噴射時(shí)刻使得PODE3在缸內(nèi)擴(kuò)散混合得更加充分，導(dǎo)致適宜首先著火的區(qū)域活性下降，加之氨對(duì)PODE3著火和燃燒的抑制作用，因而顯著推遲了著火相位，加長(zhǎng)了燃燒持續(xù)期，具體結(jié)果見圖 8a 所示，使得此時(shí)CA50 相較α(PODE3) CA=-15°時(shí)更加靠近上止點(diǎn)。當(dāng)NH3能量占比A由0%提高到154%且當(dāng)α(PODE3) CA=-20°時(shí)，CA50 由CA -8.1°變?yōu)?-1.3°，從而顯著提升了IMEP。當(dāng)α(PODE3) CA=-15°、-10°、-5°時(shí)，CA50 均有約3°的推遲，因此，IMEP 均有所增加。

由圖 7b 可知，隨氨能量占比A增加，CA50 推遲的曲軸轉(zhuǎn)角不斷增加。因此，氨的加入會(huì)推遲燃燒相位，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和做功過程。

圖7 不同PODE3 噴射時(shí)刻與不同NH3 能量占比下的CA50 試驗(yàn)結(jié)果

3.2 著火落后期與燃燒持續(xù)期試驗(yàn)結(jié)果

本文以CA10 作為著火點(diǎn)，以CA10-α(PODE3)作為著火落后期，以CA90-CA10 作為燃燒持續(xù)期，不同工況下的著火落后期與燃燒持續(xù)期試驗(yàn)結(jié)果如圖 8 所示。由圖 8a 可知，在各種PODE3噴射時(shí)刻下，加入氨與不加氨工況相比著火落后期與燃燒持續(xù)期均增加，在α(PODE3) CA=-20°時(shí)，著火落后期延遲約4°，而其他噴射時(shí)刻下著火落后期均延遲約2°。隨著噴射時(shí)刻α(PODE3)從CA -20°延遲至-10°時(shí)，著火落后期與燃燒持續(xù)期逐漸降低，而在α(PODE3) CA=-10°、-5°時(shí)，著火落后期與燃燒持續(xù)期非常接近，原因可能是α(PODE3) CA=-10°時(shí)，雖然缸內(nèi)的溫度和壓力較α(PODE3) CA=-5°時(shí)更低，但是引燃燃料混合的時(shí)間更長(zhǎng)，混合更充分，從圖 5a 中也可以看出2 種工況下的放熱率曲線形狀除了燃燒相位上的差別外非常相似。由圖 8b 可知，隨氨能量占比A增加，著火落后期和燃燒持續(xù)期均增加，但是當(dāng)A=77%時(shí)，著火落后期和燃燒持續(xù)期相比A=0%時(shí)增加不多，但繼續(xù)提高氨能量占比時(shí)，著火落后期和燃燒持續(xù)期增加顯著，這也是A=77%時(shí)IMEP 增幅基本與氨能量占比相同的原因之一。

圖8 著火落后期與燃燒持續(xù)期試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

本文通過光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)以及高速攝影對(duì)不同PODE3噴射時(shí)刻以及不同氨能量占比下的NH3-PODE3雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)HCII 模式的燃燒特性進(jìn)行了光學(xué)診斷研究，得到以下結(jié)論：

1）利用PODE3引燃氨不會(huì)有碳煙生成，且少量的PODE3即可引燃大量的氨預(yù)混合氣使其發(fā)生明顯燃燒，因此，利用PODE3作為引燃燃料具有良好的引燃特性；

2）由光學(xué)機(jī)燃燒過程圖像可知，加入氨后，缸內(nèi)火焰圖像由以藍(lán)色為主變?yōu)橐猿赛S色為主，且隨著PODE3噴射時(shí)刻逐漸靠近上止點(diǎn)，火焰圖像面積和火焰亮度均增加。隨著氨能量占比增加，火焰圖像面積和火焰亮度先增加后降低；

3）隨著PODE3噴射時(shí)刻逐漸靠近上止點(diǎn)，放熱率峰值逐漸增加，缸內(nèi)壓力峰值先增加后降低；對(duì)于相同的噴射時(shí)刻加氨工況與無氨工況相比，放熱率峰值降低。氨的加入會(huì)推遲燃燒相位；在固定直噴噴射時(shí)刻為CA -10°的工況中，隨著氨能量占比增加，放熱率峰值先增加后降低，說明NH3-PODE3的HCII 模式存在最佳的能量比。

4）由著火落后期與燃燒持續(xù)期試驗(yàn)結(jié)果可知，隨PODE3噴射時(shí)刻逐漸靠近上止點(diǎn)，著火落后期與燃燒持續(xù)期先降低后幾乎不變。隨氨能量占比增加，著火落后期與燃燒持續(xù)期均增加。