天然气作为替代燃料与传统柴油相比,具有低热值高;辛烷值高,抗爆性好;储量相对丰富等诸多优势。但是由于天然气层流火焰速度低,火焰传播速度慢,一直存在着排气温度高,不完全燃烧产物排放高的难题。所以传统的柴油引燃进气道喷射天然气双燃料发动机一直存在天然气替代率低,柴油喷射比例大,低负荷下燃烧不完全、未燃碳氢(UHC)排放高的问题。研究发现低负荷工况下缸内天然气当量比较低,难以形成可靠自燃的混合气,本研究采用天然气缸内直喷技术,实现天然气在缸内浓度分层,增加缸内混合气局部浓区,并通过引燃柴油附近局部浓区的优先燃烧,带动缸内其他区域,实现整个缸内混合气的分层燃烧,提高局部火焰传播速率,降低UHC排放。本文依次分析了EGR、增压压力以及喷气定时对燃烧过程以及排放的影响,并从缸内混合气分布状态、燃烧特性、排放特性等角度分析了柴油引燃天然气直喷对部分预混燃烧的影响。实现缸内混合气的分层,实现逐步着火:缸内混合气浓区部分首先开始局部燃烧,并带动缸内其他浓度区域的混合气燃烧,实现更有层次的燃烧过程;引入EGR技术,可以有效地控制燃料的活性,并缓和放热速率以及峰值,降低NOx排放物,但SOOT、UHC和CO等排放水平略有增高。研究结果表明,低负荷工况下,过早的喷气(-25～-20°CA ATDC)使缸内余隙中被压入较多可燃气混合气,造成缸内燃烧不完全,随喷气时刻的后移(-15～-10°CA ATDC),余隙中的气体明显减少,并在燃烧室内部形成局部较浓的混合气,该浓区与引燃柴油的浓度叠加。有利于引燃柴油压燃着火后,引燃着火点附近的局部较浓燃气混合气,通过局部的燃烧带动缸内燃烧反应的完全进行。随着喷气定时的推迟,燃烧过程有所推迟,燃烧持续期缩短。但继续推迟喷气(-15～-10°CA ATDC),缸内将会经历边喷气边燃烧的阶段,使燃烧持续期有所延长,促进了缸内完全燃烧的进行。同时,随着喷气定时的推迟,最高燃烧温度、最大缸压也呈现先增大后减小的变化趋势。推迟喷气缓解了由于喷气过于提前,缸内混合气进入余隙较多而导致的燃烧不完全的问题,使缸内UHC以及CO的排放水平均有所降低;而随着喷气定时的推迟,缸内NOx的排放量排放水平先增加后减少,在-15～-10°CA ATDC的喷气时刻内保持较高的排放水平,缸内喷气与燃烧同时进行,促进了燃烧反应正向进行,使缸内保持较高的环境温度,具备了NOx生成所需的“高温、富氧”的环境,使NOx排放水平居高。