科创中国

内燃机作为交通运输业的重要动力源，如今正面临着动力系统低碳化、智能化发展的新机遇。开发更高效率同时兼顾更低排放的燃烧技术以满足现下及未来法规是新一代内燃机发展的必然要求。突破点燃式、压燃式发动机技术局限，开发先进燃烧模式成为了新一代内燃机燃烧控制的研究重点。尽管经过数十年的探索，已经形成了一些卓有成效的高效低排放的新型燃烧模式，如均质充量压缩着火（HCCI）燃烧、部分预混燃烧（PPC）、反应活性控制压缩着火（RCCI）燃烧等。但由于运行负荷范围受限、 稳定性低等问题，至今尚未实现新型燃烧模式的规模化、商业化应用。因此，为实现以内燃机为核心的交通运输业碳达峰、碳减排目标，本文提出满足宽工况范围运行要求的新型内燃机燃烧模式：智能充量压缩着火（ICCI）燃烧模式。该模式基于缸内双直喷技术，利用理化特性互补的两种燃料，在缸内分别从一次到多次交替喷射，可以实现混合气活性和浓度任意分层控制。 从而有望从本质上改善现有技术条件下缸内混合气的浓度和活性分层状态，做到根据发动机动力输出特性要求，智能匹配混合气制备状态、实时控制缸内燃烧过程，实现宽工况范围内的高效低温燃烧。

双燃料缸内直喷技术是实现 ICCI 模式的关键和核心。基于一台压燃式发动机建立汽油和柴油双燃料 ICCI 原理样机，采用两套独立的高压共轨喷射系统实现两种不同燃料的缸内双直喷解耦控制。典型的 ICCI 喷射控制策略为：在进气行程早期单次喷射汽油，在缸内创造相对均匀的混合气氛围；之后在进气行程晚期或压缩行程单次或多次喷射柴油和汽油，从而产生出浓度、组分、反应活性的可控分层效果，并最终实现合适的着火相位、可控的燃烧速率、洁净的燃烧效果等目的。基于 ICCI 原理样机，在宽发动机运行负荷范围内探索了汽、柴油喷射策略和进气条件等重要参数对 ICCI 燃烧和排放特性的影响，证实了 ICCI 模式具备超高效率、超低排放、高稳定性的潜力。尤其是，ICCI 在很宽的负荷范围内指示热效率都最高，其中，IMEP 在 6~12 bar 达到了50%以上。此外，ICCI 模式目前可以在较宽的发动机负荷范围内稳定运行，保持较高的指示热效率和更低的 NOx 排放，在颗粒物排放和燃烧效率方面还有一定的优化潜力。

本项目研制的缸内双直喷智能充量压缩着火燃烧技术特别适用于双燃料发动机，尤其是可以匹配在氨、氢等无碳燃料在重载车辆、船舶内燃机等场景，结合低比例柴油类燃料，可以实现相关领域的大幅度碳减排，从而服务我国“双碳”目标的需求。

吕兴才，博士、国家杰出青年基金获得者、万人计划领军人才、上海交通大学特聘教授。目前主要从事碳氢燃料燃烧反应动力学、燃料与发动机的耦合作用、发动机燃烧稳定性等方面的研究。主持和完成了国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家973重大基础研究项目课题、工信部低速机创新工程项目课题、上海市重大基础研究项目的研究。发表SCI论文200余篇。担任海洋动力工程国家工程实验室副主任、动力机械及工程教育部重点实验室副主任、上海市内燃机学会秘书长等。获得2013年度国家自然科学二等奖、2010年度上海市自然科学一等奖。钱勇，男，博士、上海交通大学助理教授，入选中国科协“青年人才托举工程”（2019）。主要从事内燃机先进燃烧模式工作特性、碳中性燃料/零碳燃料高效清洁利用等方面的研究。主持国防173项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金等项目的研究。发表SCI论文90余篇，其中一作/通讯40余篇，SCI论文他引1400余次。获评中国汽车工程学会优博论文、上海交通大学优博论文等奖励；担任中国汽车工程学会青委会委员、上海市内燃机学会副秘书长等职务。

围绕双直喷智能充量压缩着火燃烧模式的技术开发、燃烧优化，现已累计投入约1000万元，培养博士研究生3人、硕士研究生5人，发表SCI论文20余篇，申请发明专利6项，其中授权4项，并形成原理性样机一台。为进一步推动技术的产业化，还需开展工程样机的研发，预期需要投入2000万元，包括工程样机燃烧系统匹配优化、控制系统二次开发、氨-氢直喷子模块的匹配开发，以及样机工程化验证（1000小时耐久测试）。以上工作预计两年内完成。

以船舶运输行业为例，我国内河、沿海、远洋船舶保有量持续保持在13万艘以上，总净载重量超过2600万吨。目前，上述船舶绝大部分都是以燃用化石燃料的内燃机为动力源，在服务国家经济发展、物流输运的同时，也产生大量的碳排放。鉴于庞大的船舶保有量，有效降低船舶动力领域碳排放，是实现我国“碳达峰、碳中和”的重要一环。长久以来，人们致力于通过提高船舶内燃机燃烧效率来减少单位功率输出的二氧化碳排放。但是，要实现跨越式碳减排，单纯通过节能降耗手段无法实现，迫切需要转型升级现有船舶动力系统，实现船舶运输低碳排放。

本项目创业团队由上海交通大学科研团队领衔，该团队尚欠缺营销经验，为此拟引入相关行业龙头企业合作开发，共同完成产品的生产中试、质量管理的。预计需要融资2000万元以上，完成工程样机的验证工作，同时建立关键零部件生产线。