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近年来二元燃料燃烧因具有较大的灵活性以及燃烧排放优势而成为研究焦点，但目前关于此类模式的燃烧研究更多集中在发动机台架实验上，采用的方式大都是一种燃料在进气道喷射形成均质混合气，另一种燃料是缸内直喷。为进一步挖掘二元燃料燃烧潜力，以满足更为严苛的法规要求，两种燃料喷射策略均可控的双直喷方式受到关注。前期研究表明柴油/甲醇二元燃料(Diesel Methanol Dual Fuel，DMDF)燃烧在改善发动机性能和降低NOx和Soot方面优势突出，该燃烧方式采用甲醇进气道喷射形成预混合气而柴油在缸内直喷。将两种燃料都直接喷进气缸的双直喷模式尽管国外已有产品报告，但国内外对DMDF双直喷模式下着火和燃烧行为缺乏全面认识。本课题基于双直喷定容燃烧弹，采用高速摄像和压力测量相结合，并采用ICCD(Intensified Charge Coupled Device)相机配合带通滤光片研究二元燃料在双直喷下形成的混合气着火和燃烧特性。同时，深入研究分析不同边界条件(当量比和温度)以及燃料喷射策略对二元燃料着火与燃烧特性的影响，以揭示除燃料本身性质外混合气浓度分布对二元燃料着火燃烧过程影响特性，通过调整喷射策略为不同边界条件下燃烧优化提供支持。本研究工作中还对比研究了柴油/不同碳数醇燃料形成的二元燃料混合气在着火特性、火焰发展过程以及燃烧放热规律等方面的共性与区别。所得相关结论如下：
一、双直喷方式中两种不同性质燃料喷进缸内的顺序对其着火和燃烧过程有重要影响。以DMDF为例，甲醇先于柴油喷射方案中，不同甲醇喷射时刻可改变甲醇在定容弹内的浓度分布，通过优化甲醇柴油喷射间隔可实现较长滞燃期、较高放热率和超低或无碳烟生成的高效清洁燃烧(称为“最佳间隔窗口”工况)。而甲醇晚于柴油喷射时，由于甲醇错开了柴油燃烧过程，DMDF中柴油着火燃烧特性与柴油工况(D)基本一致，甲醇未能被柴油充分引燃而表现出较为缓慢的氧化放热过程。
二、环境条件和燃料喷射策略对采用双直喷方式的混合气形成及其着火与燃烧过程有重要影响。不同边界条件下随喷射间隔变化均存在“最佳间隔窗口”工况。随甲醇当量比增大，“最佳间隔窗口”对应喷射间隔缩短。高温下DMDF与D工况滞燃期和火焰亮度差异减小，“最佳间隔窗口”工况消失。高温或大当量比下，醇易发生自燃，会促进柴油着火，碳烟生成大幅增加。柴油/乙醇二元燃料(Diesel/Ethanol Dual Fuel，DEDF)着火燃烧特性随当量比、环境温度和喷射间隔变化趋势与DMDF相似。双直喷条件下柴油喷射策略对混合气着火与燃烧特性影响比醇燃料更为重要。低乙醇当量比下，大引燃油量、中等偏长乙醇柴油喷射间隔更为有利；而高乙醇当量比下，中小引燃油量、中等偏短喷射间隔综合效果更好。预喷柴油可以引燃乙醇，随预喷油量和预喷间隔增加，被引燃乙醇燃烧越充分，燃烧出现多峰现象而使持续期拉长；为避免碳烟生成持续恶化同时兼顾燃烧放热速率，增加预喷后喷射间隔不宜过长。两次预喷在降低放热率峰值上与一次预喷没有显著差别，但碳烟生成量显著增加。后喷在降低主喷放热率峰值的同时能够较好控制碳烟生成量，但燃烧相位后移。对于三次喷油策略，把柴油分配至三次喷射中且喷射间隔不宜过长时综合效果较好。柴油单次喷射中“最佳间隔窗口”工况在多次喷射中(尤其是含预喷)由于乙醇被充分引燃，反而成为滞燃期最短，火焰亮度最强，碳烟生成量最多的工况。不同乙醇喷射策略下“最佳间隔窗口”工况变化不大，乙醇两次喷射在燃烧优化方面略有优势。
三、双直喷策略下不同碳数的醇类燃料混合气形成及其着火与燃烧特性随喷射间隔改变有类似变化趋势。滞燃期随喷射间隔增大先延长后缩短，整体而言DMDF滞燃期最长、DEDF次之，柴油/正丁醇二元燃料(Diesel/n-Butanol Dual Fuel，DBDF)滞燃期最短。从着火反应路径分析二元燃料低温氧化过程中均存在醇与正庚烷争夺OH·，而正丁醇具有更高的OH·贡献率，其对正庚烷着火抑制作用弱于甲醇和乙醇。DMDF、DEDF和DBDF放热率随喷射间隔不同均会呈现出m或h型不同形态，DBDF最大放热率峰值最高，DEDF次之，DMDF最低，最大放热率峰值对应的喷射间隔也不相同。火焰亮度随喷射间隔变化先减弱后增强，就平均火焰亮度而言，DMDF最低，DEDF次之，DBDF最高，表明甲醇抑制碳烟生成作用最强。DMDF中“最佳间隔窗口”工况出现最早，DEDF次之，DBDF最晚，DBDF中“最佳间隔窗口”工况火焰亮度仍处于较高水平。
四、利用强感光能力的ICCD相机可以记录下双直喷条件下DEDF着火过程中OH·的生成。通过ICCD相机配合带通滤光片(315±7.5nm)和紫外镜头等光学测量技术拍摄了DEDF着火过程中乙醇抑制了OH·生成，且抑制作用随乙醇浓度升高而增强。另外，利用高速相机拍摄了微量柴油引燃醇类燃料的无烟燃烧过程。高速相机在超大光圈并采用合适的拍摄频率和曝光时间可以清晰捕捉到微量柴油引燃甲醇、乙醇和正丁醇燃烧火焰，相比于同等拍摄条件下完全过曝的柴油扩散燃烧火焰图像，DMDF、DEDF和DBDF火焰呈现微黄色或淡蓝色，均实现了超低或无碳烟生成的清洁燃烧。
一、双直喷方式中两种不同性质燃料喷进缸内的顺序对其着火和燃烧过程有重要影响。以DMDF为例，甲醇先于柴油喷射方案中，不同甲醇喷射时刻可改变甲醇在定容弹内的浓度分布，通过优化甲醇柴油喷射间隔可实现较长滞燃期、较高放热率和超低或无碳烟生成的高效清洁燃烧(称为“最佳间隔窗口”工况)。而甲醇晚于柴油喷射时，由于甲醇错开了柴油燃烧过程，DMDF中柴油着火燃烧特性与柴油工况(D)基本一致，甲醇未能被柴油充分引燃而表现出较为缓慢的氧化放热过程。
二、环境条件和燃料喷射策略对采用双直喷方式的混合气形成及其着火与燃烧过程有重要影响。不同边界条件下随喷射间隔变化均存在“最佳间隔窗口”工况。随甲醇当量比增大，“最佳间隔窗口”对应喷射间隔缩短。高温下DMDF与D工况滞燃期和火焰亮度差异减小，“最佳间隔窗口”工况消失。高温或大当量比下，醇易发生自燃，会促进柴油着火，碳烟生成大幅增加。柴油/乙醇二元燃料(Diesel/Ethanol Dual Fuel，DEDF)着火燃烧特性随当量比、环境温度和喷射间隔变化趋势与DMDF相似。双直喷条件下柴油喷射策略对混合气着火与燃烧特性影响比醇燃料更为重要。低乙醇当量比下，大引燃油量、中等偏长乙醇柴油喷射间隔更为有利；而高乙醇当量比下，中小引燃油量、中等偏短喷射间隔综合效果更好。预喷柴油可以引燃乙醇，随预喷油量和预喷间隔增加，被引燃乙醇燃烧越充分，燃烧出现多峰现象而使持续期拉长；为避免碳烟生成持续恶化同时兼顾燃烧放热速率，增加预喷后喷射间隔不宜过长。两次预喷在降低放热率峰值上与一次预喷没有显著差别，但碳烟生成量显著增加。后喷在降低主喷放热率峰值的同时能够较好控制碳烟生成量，但燃烧相位后移。对于三次喷油策略，把柴油分配至三次喷射中且喷射间隔不宜过长时综合效果较好。柴油单次喷射中“最佳间隔窗口”工况在多次喷射中(尤其是含预喷)由于乙醇被充分引燃，反而成为滞燃期最短，火焰亮度最强，碳烟生成量最多的工况。不同乙醇喷射策略下“最佳间隔窗口”工况变化不大，乙醇两次喷射在燃烧优化方面略有优势。
三、双直喷策略下不同碳数的醇类燃料混合气形成及其着火与燃烧特性随喷射间隔改变有类似变化趋势。滞燃期随喷射间隔增大先延长后缩短，整体而言DMDF滞燃期最长、DEDF次之，柴油/正丁醇二元燃料(Diesel/n-Butanol Dual Fuel，DBDF)滞燃期最短。从着火反应路径分析二元燃料低温氧化过程中均存在醇与正庚烷争夺OH·，而正丁醇具有更高的OH·贡献率，其对正庚烷着火抑制作用弱于甲醇和乙醇。DMDF、DEDF和DBDF放热率随喷射间隔不同均会呈现出m或h型不同形态，DBDF最大放热率峰值最高，DEDF次之，DMDF最低，最大放热率峰值对应的喷射间隔也不相同。火焰亮度随喷射间隔变化先减弱后增强，就平均火焰亮度而言，DMDF最低，DEDF次之，DBDF最高，表明甲醇抑制碳烟生成作用最强。DMDF中“最佳间隔窗口”工况出现最早，DEDF次之，DBDF最晚，DBDF中“最佳间隔窗口”工况火焰亮度仍处于较高水平。
四、利用强感光能力的ICCD相机可以记录下双直喷条件下DEDF着火过程中OH·的生成。通过ICCD相机配合带通滤光片(315±7.5nm)和紫外镜头等光学测量技术拍摄了DEDF着火过程中乙醇抑制了OH·生成，且抑制作用随乙醇浓度升高而增强。另外，利用高速相机拍摄了微量柴油引燃醇类燃料的无烟燃烧过程。高速相机在超大光圈并采用合适的拍摄频率和曝光时间可以清晰捕捉到微量柴油引燃甲醇、乙醇和正丁醇燃烧火焰，相比于同等拍摄条件下完全过曝的柴油扩散燃烧火焰图像，DMDF、DEDF和DBDF火焰呈现微黄色或淡蓝色，均实现了超低或无碳烟生成的清洁燃烧。