综述：氨氢发动机燃烧与排放特性的研究综述

《International Journal of Hydrogen Energy》：A review of the combustion and emission characteristics of ammonia-hydrogen engines

　　

Kang Yang|Zhang Gao|Heng Guo|Yu Jin|Haotian Qi|Yang Zhang|Genmiao Guo|Zhixia He

中国江苏省大学能源研究所

摘要

氨氢发动机是用于那些难以实现电气化的运输工具的关键碳中和技术。本综述系统分析了这类发动机的燃烧特性、关键技术以及排放控制策略。研究表明，添加氢气能够显著改善燃烧效果，典型的最佳氢能比在20%到30%之间，不过这一数值会因发动机技术和运行条件而有很大差异。诸如预燃室湍流喷射点火技术和缸内直喷技术等，能够在较低的氢能比（低至3%）下实现较高的指示热效率（超过48%）。当前面临的核心挑战是如何协同控制氮氧化物（NO_x）、未燃尽的氨气（NH₃）以及一氧化二氮（N₂O）等排放物，因为这些物质之间存在复杂的相互制约关系。本综述强调了为实现效率与排放平衡而进行多参数智能优化的必要性，并提出了诸如氢能比协同阈值之类的新见解，为开发下一代零碳排放发动机提供了坚实的理论基础。

章节节选

氨氢发动机的燃烧特性

氨氢双燃料是实现零碳排放内燃机的关键途径，其自身的燃烧特性直接决定了发动机的性能和排放水平。本章系统分析了氨燃料的固有特性及其面临的挑战，重点探讨了氢气添加剂对氨燃烧的改善机制，从而为后续的发动机技术发展提供理论依据。

氨氢发动机的主要技术路径与燃烧模式

氨氢发动机的技术发展涉及多种燃料供应策略、点火技术以及发动机类型的应用。本章系统分析了氨氢发动机的相关应用技术，为工程实践提供理论指导。

性能优化与排放控制策略

氨氢发动机的性能优化与排放控制是其得以商业化应用的关键环节。Vadlamudi等人[93]对共轨直喷柴油发动机进行的实验表明，使用氨氢双燃料能够显著提高燃烧热效率，降低单位制动能量消耗，同时还能减少振动和噪音，从而使发动机运行更加平稳，充分展现了其在清洁发动机应用中的潜力。本章对此进行了系统分析。

研究结论总结

通过对氨氢发动机技术进行全面综述，可得出以下关键结论：

氨氢双燃料技术是实现零碳排放发动机的可行且重要的途径。研究表明，作为零碳排放燃料的氨在储存和运输方面具有显著优势，而通过与氢气混合，其燃烧惰性也能得到有效改善。Wang等人[72]证实，使用氨氢双燃料可将指示热效率提升至48.1%。

CRediT作者贡献说明

Kang Yang：撰写——初稿。 Zhang Gao：调研。 Heng Guo：调研。 Yu Jin：资源支持。 Haotian Qi：资源支持。 Yang Zhang：可视化处理。 Genmiao Guo：可视化处理。 Zhixia He：监督指导。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关联或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：52376113）、江苏省自然科学基金（编号：BK20240861）以及镇江市科技计划项目（城市基础研究专项计划，编号：JC2024011）的支持。