在低负载或温度条件下,甲烷燃烧延迟是因为1)在较低的温度下,很难打破碳氢键,因为这个反应需要高能量kJ(40), 2)慢攻击通过氧原子,3)甲烷的反应性随温度,和4)减少自由基的可用性在较低温度( 格拉斯曼et al ., 2014)。Gunea et al。( 1998年)认为M-DDF引擎的性能可以增加较低的负载条件下通过1)使用试点燃料十六烷数量更高,2)降低喷嘴开幕,3)减少绕过过量空气的进气提供更丰富的燃料空气混合物( 卡里姆,2003 b),4)跳过发射多缸发动机,5)增加进气预热空气温度的或通过增加水套温度,和5)添加一些其他燃料在轻载条件下( 卡里尔和卡里姆,2002年)。在部分负载,只有一小部分参与燃烧的甲烷;剩下的甲烷影响到气缸壁或活塞头或移动和废气。Papagiannakis等人报道,更高的引擎加载导致更高的燃烧压力和热释放率在M-DDF引擎( Papagiannakis Hountalas, 2003)。在双燃料模式下,压力和热释放率增加而增加负载。这些影响发生由于1)燃烧温度和增加2)质量流率的增加。同样的趋势在压力、热释放率、和噪音(压力上升速度)在CNG-methane双燃料发动机与负载变化为其它Abdelaal和Hegab ( 2012年)。 图3表明作为methane-diesel双燃料发动机引擎负载的增加,热释放速率的增加显著( 特里帕西et al ., 2020 a)。这发生由于甲烷燃烧的1)更积极的参与在更高的负载,2)增加氧化速率和更快速的化学反应在高负荷,3)增强燃烧的空气燃料比接近化学计量水平更高的负载,和4)增加自由基的数量在更高的负载。

甲烷的补充燃料,柴油发动机增加了cycle-to-cycle测量燃烧特性的变化。这个问题可以很容易地解决了利用废气再循环技术。在这种技术中,部分废气与进入的空气流通,减少摄入混合物的比热容和结果在一个较低的燃烧压力、热释放率,没有_x排放。Abdelaal和Hegab燃烧压力降低,热释放速率,噪音水平(压力上升速率)和增加点火延迟期和日益苛刻的 图4)( Abdelaal Hegab, 2012)。这些影响发生,因为1)更换氧气与废气循环气体(二氧化碳和水)燃烧室,不利影响燃烧过程,2)点火延迟增加了EGR气体( 卡里姆et al ., 1989),3)充电温度下降由于空气与废气循环气体的混合,4)减少氧气的EGR气体的分压,5)的比热容的增加缸由苛刻的指控。自从EGR技术降低了燃烧压力,压力上升的速率也随EGR技术水平增加而减小。因此,燃烧噪声,这是高度依赖于压力上升的速率对曲柄角,也减少了。EGR技术水平较高导致自然gas-diesel双燃料发动机不稳定燃烧 陈et al ., 2020)。获利等人关注适度利用有效燃烧(EGR技术水平 获利,et al ., 2002)。

Papagiannakis和Hountalas (2003)调查不同的影响天然气比例燃烧压力、热释放率,点火延迟自然gas-diesel双燃料发动机。他们报道增加天然气补充率减少峰值压力和热释放率。天然气比从0到85%的增加导致减少10 - 17.93%的峰值压力加载的40 - 80%,分别。天然气燃烧缓慢,大部分的分数仍未燃烧在燃烧初期,导致减少燃烧压力和热释放率。点火延迟期和燃烧持续时间也会增加与增加的天然气份额。 图3证明了降低热释放速率随着甲烷能量分享柴油发动机( 特里帕西et al ., 2020 a)。这发生由于氧气和甲烷的更换,导致烷烃的不完全燃烧。随着甲烷份额的增加,methane-diesel双燃料发动机的燃烧压力下降( 图5)( 特里帕西et al ., 2020 a)。与甲烷增加份额,更多的氧气在进气歧管内容被替换,导致甲烷和其他碳氢化合物的不完全氧化发动机气缸。随着沼气含量的增加在发动机气缸,一个较低的温度达到压缩行程后由于高比热容的甲烷,甲烷这使得它难以实现高自动点火温度与柴油相比,这些对燃烧都有不利的影响。发动机汽缸甲烷含量较高淬灭了火焰在燃烧甲烷火焰传播速度较低,从而导致不完全燃烧。高沼气能源股减少柴油的能源份额,它充当多个点火来源的甲烷发动机气缸。甲烷的点火困难减少了燃烧压力和热释放率。在高负载,MDDF引擎特点在沼气能源份额的变化更敏感甲烷快速参与燃烧温度升高时。因此,在高负载,甲烷补充导致更高的燃烧压力和热释放率相比,在较低载荷。

柴油喷射燃烧的柴油中扮演着关键角色。Yousefi等人研究了柴油喷射的影响策略NG-DDF引擎( Yousefi et al ., 2019)。他们报告说,推进柴油机喷油正时最大燃烧压力增加。先进柴油注入时机提高预拌过程,导致早期开始燃烧和降低点火延迟期。越早开始燃烧增加MDDF燃烧的燃烧压力和热释放率。 图6显示了柴油喷射策略对燃烧特性的影响在自然gas-diesel双燃料发动机( Yousefi et al ., 2018)。作为第一个开始注入时机(SOI1)先进28°BTDC,最初开始燃烧(SOC)也先进。SOC先进由于增强预拌的天然气和空气。进一步增加SOI1时间推迟SOC由于发动机汽缸内的温度较低。最大压力上升速率的变化(MPRR)显示这样一个趋势的SOC变化曲线。

在M-DDF引擎,甲烷是吸和压缩空气。温度达到最后air-methane混合物的压缩比,压缩后的纯空气。这是因为甲烷的高比热容比空气。因此,甲烷的浓缩在柴油发动机导致缓慢燃烧,降低缸内压力和嗯相比纯柴油的操作。一般来说,嗯与燃烧柴油的曲柄角曲线显示了四个阶段;即点火延迟期其次是预混合燃烧和燃烧时间控制,最后燃烧阶段。在柴油中,mixing-controlled燃烧燃烧阶段还有很长的时间,期间柴油主要是焚烧。在双燃料燃烧的情况下,甲烷浓缩增加预混合的燃料混合物,伯恩斯突然完全或部分跳过mixing-controlled燃烧阶段根据浓缩( 魏和耿,2016)。嗯MDDF引擎曲线的峰值低于纯柴油操作,当甲烷燃烧和释放热量缓慢。一些研究也报道了相反的趋势压力和与甲烷的浓缩嗯,正如前面所讨论的。这些研究报道,甲烷的浓缩在柴油导致更高的热释放率将增加哦,激进的形成,以及增加点火延迟期( 藏et al ., 2016; 魏et al ., 2018)。在双燃料燃烧,燃烧主要发生在燃烧后阶段,这解释了较高的排气温度。MDDF引擎有一个扩展的点火延迟期补充甲烷改变自由基和混合过程的数量,这就增加了物理延迟和抑制柴油的自燃温度( 卡里姆et al ., 1989)。补充甲烷在柴油发动机燃烧的开始和扩展点火延迟,将燃烧整体向扩张中风导致减少制动功率输出。镍锰合金等。 2015年)报道,案件与燃烧点火延迟主要由柴油喷射控制策略和独立的注入大量的甲烷。燃烧噪声(压力上升速度)随负载由于点火延迟的增加,累积更多的燃料,燃烧突然增加的压力增加率。低发动机转速会导致较低的气缸压力和嗯由于降低缸内燃烧过程温度和更多的时间。 表5总结了燃烧特性,以及对比结果柴油发动机的燃烧特性和methane-diesel双燃料发动机。研究结果对甲烷的柴油发动机是有争议的。虽然大多数研究报道减少峰值压力和甲烷,嗯,一些研究报道相反。然而,并没有分歧在文献中关于点火延迟的增加与甲烷补充。 表5描述了参数的变化对燃烧的影响特点MDDF引擎。大多数研究表明,增加负荷导致峰值压力增加,嗯,CD,和燃烧噪音。相比之下,增加速度、EGR技术水平和甲烷能源份额减少峰值压力,嗯,CD,和噪音。

Abdelaal和Hegab调查的影响负载CNG-diesel双燃料发动机的性能。他们报道的增加发动机负荷的耳背式CNG-diesel双燃料发动机( Abdelaal Hegab, 2012)。负载的增加导致更高的燃烧温度,刺激甲烷燃烧更多的积极参与,而导致制动功率,导致更高的耳背式负载更高。甲烷需要更高的压缩比自燃(29:1)相比,柴油(15:1)。因此,它可以更没有点火高度压缩,导致热效率增加( 弗雷泽et al ., 1991)。Papagiannakis等人通过实验评估的影响负载BSFC 40岁,60岁,80%的发动机负荷对自然gas-diesel双燃料发动机。他们报告说,在部分负荷,利用气体燃料贫困是由于燃烧温度较低,这也导致了较低的制动功率(BP)和更高的BSFC ( Papagiannakis Hountalas, 2003)。MDDF引擎,引擎负载的增加,每个级别的耳背式增加甲烷补充( 图7)。在高负荷、燃烧温度增加,这有助于甲烷实现其自燃温度高。燃烧温度高,在较高的负载也有助于氧化甲烷和其他碳氢化合物( 特里帕西et al ., 2020 b)。

是很重要的研究EGR对M-DDF引擎的性能特征的影响,因为它直接影响发动机耳背式。Abdelaal和Hegab检查耳背式EGR和对等的效果比methane-diesel双燃料发动机( 图8)( Abdelaal Hegab, 2012)。他们报道的增加EGR技术水平增加了20%耳背式和减少等效比例加载< 70%。相比之下,增加EGR技术水平高达20%减少耳背式和增加了等效比例加载> 80%。在较低负荷,耳背式增加增加EGR由于re-combustion EGR气体,造成更高的功率输出和耳背式增长。这些部分热废气循环气体作为进入的空气预热器,提高了耳背式。活性自由基的数量增加了燃烧室由于增加了EGR技术水平,增强耳背式较低和中等负荷。在高负荷,耳背式与EGR增加减少由于废气循环气体在高温下的扩张,取代了氧含量和容积效率降低,导致减少耳背式。在高负载,更多的二氧化碳是出现在燃烧室中,这增加了进气的比热容抑制燃烧,减少耳背式。在较低负荷,增加了EGR技术水平减少燃料消费由于高度活跃的碳氢化合物和激进分子的存在,而等价比率下降。EGR技术取代了大量的空气在较高的负载,导致更高的等价比率。

Belgiorno et al。( 2018年)检查不同的甲烷的影响热效率的能源股MDDF引擎在不同试点的燃料量。他们报告说,增加甲烷注射导致增加和减少热效率更高和更低的负荷,分别。由于甲烷燃烧的更积极的参与在更高的负载条件。特里帕西等人研究了甲烷能量分享对热量的影响资产负债表MDDF引擎( 特里帕西et al ., 2020 b),报告能源相当于制动功率输出,减少热量吸收废气,热量被冷却水吸收和提高MES从0到75%。这些发现发生由于不完全燃烧的甲烷,这并不有助于BP和热吸收废气和冷却水。相比之下,失踪在不同的发动机负荷增加甲烷热损失增加能源份额。失踪损失增加,因为大多数的甲烷燃烧燃烧阶段由于SOC延长时间后,长时间的点火延迟,和甲烷的燃烧速度慢。此外,增加沼气能源份额导致废气取出的热量增加。随着补充甲烷气体比例的增加在柴油发动机,brake-specific能源消耗(BSEC)增加每个加载条件( 图9)( 特里帕西et al ., 2020 b)。BSEC是耳背式的倒数。耳背式随甲烷能源份额( 图7),与MES BSEC增加。

Yousefi et al。( 2019年)研究柴油喷射的影响策略NG-DDF引擎的性能特征,报道,推进柴油机喷油正时增强air-NG预先混合,提高热效率。Cameretti等人研究了柴油注入时机对全球的影响效率的自然gas-diesel双燃料发动机( Cameretti et al ., 2016)。他们观察到全球效率先增加然后减少柴油注入时机是先进的。全球自然gas-diesel引擎效率达到35.5%左右的试验时间,对应于在上死点之前32.5°。此外,推进注入时机减少全球自然gas-diesel双燃料发动机的效率。

的甲烷在柴油发动机进气港口取代的氧含量降低容积效率和输出功率。柴油喷射技术有效地提高发动机的性能。MDDF引擎的耳背式在部分负荷条件下降低。耳背式减少因为沼气空气的稀混合气在低负载阻止柴油燃烧;因此,燃料的主要部分仍未燃烧和排放废气。相比之下,在更高的发动机负荷,MDDF引擎的耳背式提高。在高负荷,由于更高的燃烧和火焰变得更稳定边界温度,增加制动输出功率和制动热效率。在methane-enriched柴油燃烧的情况下,方差系数(x)表示平均有效压力(IMEP)增加。因为现有的CI引擎制造single-fuel而不是双燃料燃烧,MDDF引擎有较高的浸最大压力值,表示平均有效压力。自然的愿望,甲烷感应是不一样的在每一个周期,因为不同的大气和操作条件和所提供的阻力摩擦通路和阀门IMEP障碍导致更高的x值。 EGR helps address cycle-to-cycle variations in MDDF engines. The COV for IMEP is higher at part-load conditions compared to those at higher loads. At higher loads, higher combustion temperature and higher intake of premixed charge result in a compact combustion duration that reduces the COV for IMEP. The BSFC is reduced at higher loads due to better fuel utilization at high temperatures. 表6描述了影响甲烷methane-diesel双燃料发动机的性能特征。这个表格还显示比较结果柴油和MDDF引擎之间的性能特征,展示了分歧在文献中关于甲烷的影响除了在柴油机引擎耳背式和BSFC。大多数的文献表明,甲烷在减少耳背式柴油发动机的结果和BSFC增加。然而,一些研究报道相反的趋势。甲烷补充降低容积效率。增加负荷导致增加耳背式和减少BSFC,虽然增加了发动机转速和MES导致BSFC增加。

甲烷的柴油双燃料模式降低了缸内温度( Hountalas Papagiannakis, 2000),这直接降低了没有_x形成( Mustafi和雷恩,2008)。甲烷火焰发展和火焰传播速度慢,导致更高的HC和CO排放( Mustafi和雷恩,2008)。的甲烷在不同负载和速度也以不同的方式影响发动机排放( 人工et al ., 2017)。Cozzolini et al。( 2013年)分析了排放M-DDF引擎在不同的速度和负载在欧洲固定周期(ESC)模式。他们观察到在低速度和负载(扭矩),M-DDF引擎显示不低_x排放和颗粒物浓度和更高的公司和non-methane HC排放相比传统柴油的操作。相比之下,在高速度和负载,恢复比较排放趋势。此外,公司₂排放较低的methane-diesel双燃料发动机在ESC模式,这将有助于减少全球变暖。diesel-methane双燃料发动机的燃烧的甲烷是高在低负荷和速度条件下相比,在高负载和速度的条件。

压缩点火发动机的主要问题是颗粒物排放。高微粒形成发生由于较高的木头的比率在传统CI发动机燃料和富油包内形成发动机燃烧室。的甲烷CI引擎减少PM排放,因为它有较低的碳和氢原子与传统燃料相比。补充点与甲烷排放也减少了拥有物理状态的气态甲烷燃料,因为它提高了缸内燃气混合柴油相比,传统的液体。甲烷的扩张在发动机气缸。这增强了混合,降低了丰富的燃料包形成的可能性,以及减少PM排放。Boretti ( 2019年)报道,CNG导致激烈点的快速蒸发排放。Lounici et al。( 2014 b)调查biogas-diesel双燃料发动机,报告减少点发射比纯柴油操作。作者表明,甲烷气体的燃烧效率低,气体性质的主要原因是降低微粒排放biogas-DDF引擎。作为柴油发动机补充甲烷比例增加,颗粒浓度降低( 图12)( 特里帕西et al ., 2020 b)。PM排放减少甲烷能量补充由于减少carbon-to-carbon和木头的债券。此外,增加引擎负载的增加可吸入颗粒物排放( 特里帕西et al ., 2020 b)。点形成减少负载增加,高温氧化碳氢化合物种类和减少PM排放。

表8总结了颗粒物排放的甲烷柴油双燃料发动机和柴油之间的比较的颗粒物排放和MDDF引擎。对PM排放甲烷的影响,补充的引擎仍有争议。虽然大多数研究报道减少PM排放MDDF引擎相比,柴油发动机( Gunea et al ., 1998; 刘et al ., 2003 a; Wannatong et al ., 2007; 藏et al ., 2016),几项研究报告增加PM排放MDDF引擎相比在柴油发动机( Belgiorno et al ., 2018)。一般来说,添加fuel-borne催化剂CI引擎是减少PM排放的首选;然而,早期注射methane-diesel引擎也是一个有效的技术来减少PM排放( 舒克拉et al ., 2021; 特里帕西et al ., 2022)。这种技术所示 表8也描述了参数变化的影响在MDDF PM排放发动机。MDDF引擎负载或速度增加导致PM排放增加,同时增加了MES减少PM排放。