对置活塞对置缸（OPOC）发动机由于其高功率密度、热效率和平衡的动力学特性而在动力总成工程中引起了广泛关注[1]，[2]。由于OPOC设计没有气缸盖，因此喷射器安装在气缸套上。为了确保二冲程循环中的快速燃油-空气混合，广泛采用了双喷射器布置[3]，[4]。因此，双喷射器喷出的燃油射流朝向气缸中心，导致复杂的喷雾碰撞行为，这从根本上决定了混合气的形成和随后的燃烧性能。在这种双喷射器系统中，喷雾碰撞是一个不可避免且关键的物理过程。根据喷射器的方向和喷嘴配置，相互作用可以是不同角度的斜向碰撞[5]。已经进行了大量的基础研究来理解这些干扰行为。Chiba等人[6]在CVCC中实验研究了60°和90°角度下的双喷雾碰撞，并证明碰撞相互作用促进了雾化的增强和喷雾扩散的扩大，这是由于局部湍流的加剧和液滴破碎。同样，Li等人[7]结合光学诊断和数值建模研究了60°、90°和120°角度下的双喷射器碰撞喷雾。他们的结果表明，喷射器间距和碰撞角度的变化显著影响了湍流动能（TKE）和液滴尺寸分布，从而提高了空气-燃油混合效率。我们之前的工作[8]定量分析了在不同碰撞角度下的喷雾特性、蒸发、点火和烟尘排放，并发现湍流动能随着碰撞角度的增加而增加，从而改善了雾化和减少了烟尘排放。数值研究也提供了关于斜向碰撞潜在机制的见解。Zhang等人[9]，[10]通过修改Estrade的框架[11]，[12]，[13]开发了一种简化的90°碰撞液滴碰撞模型，以更好地捕捉高环境压力下液滴反弹的动能耗散。他们的拉格朗日模拟显示，液滴反弹和二次破碎显著影响了喷雾穿透和蒸汽分布，从而提高了喷雾碰撞行为的预测精度。Wang等人[14]对60°碰撞角度下的高压喷射雾化进行了直接数值模拟。他们发现，喷射碰撞引起的涡流结构和界面层形成控制了液滴破碎，使得Sauter平均直径（SMD）比单喷射喷雾减少了20%以上。因此，喷雾碰撞在高功率密度OPOC发动机中对于控制混合气形成质量具有重要意义。
为了进一步强化燃烧，已经提出了双喷射器的喷射开始时间（SOI）间隔策略[15]，[16]。一些研究评估了其有效性。Chen等人[17]研究了在不同喷射时间下柴油/甲醇燃烧中的交叉喷雾和火焰发展。甲醇预喷射导致点火延迟和火焰升程长度增加，而随着柴油喷射延迟的增加，烟尘形成减少。Shi等人[18]证明，在甲醇-柴油双燃料发动机中，引导柴油喷射可以缩短点火延迟和燃烧持续时间，通过提高混合气的反应性。Ma等人[19]揭示了喷射时间和策略通过混合气反应性的分层效应来调节燃烧性能：早期柴油喷射增加了混合气的反应性，而晚期喷射促进了分层。Yin等人[20]研究了在不同甲醇喷射时间下的甲醇/柴油双直喷发动机，发现适当的喷射调度（SOIM = −60°CA aTDC）显著扩展了运行范围并提高了指示热效率，同时保持了低NOx、CO和HC排放。Li等人[21]模拟了在不同喷射时间下的柴油/甲醇双直喷发动机。结果表明，当甲醇更精确地喷射到火焰区域时，可以实现更好的燃油经济性和减少排放。
总之，大多数研究主要集中在斜向碰撞角度（通常<150°）。这些研究一致表明，斜向碰撞通过保持有助于喷雾穿透的下游速度分量并通过剪切增强湍流来改善混合气的形成。相比之下，正面喷雾碰撞也得到了研究，揭示了根本不同的行为。Zhang等人[22]研究了OPOC发动机中的喷雾碰撞，发现正面碰撞形成了一个强烈的停滞平面。这迫使燃油径向扩散，形成了“煎饼状”的形状。最近，Liu等人[23]利用分子动力学模拟分析了正面液滴碰撞。他们发现，凝聚和分离状态之间的转变对停滞层内的能量耗散非常敏感。此外，Cong等人[24]研究了不同大小液滴之间的碰撞。他们发现，动量不对称显著改变了液滴的运动和破碎方式，与对称情况相比有所不同。然而，目前的理解仅限于这些静态或对称条件。当应用SOI间隔时，两个喷射器的动量变得宏观上不对称。这导致停滞平面变得不稳定并移动，形成了复杂的流场。这种动态行为无法通过现有的对称模型[22]，[23]或简单的不等液滴理论[24]来预测。
如上所述，近年来广泛讨论了具有SOI间隔的双喷射器策略。然而，这些关于具有SOI间隔的碰撞喷雾的研究主要考察了在引导点火条件下的宏观干扰行为，其中喷雾碰撞角度通常低于150°。很少有研究关注SOI间隔下的正面碰撞。特别是，由SOI间隔引起的非对称碰撞喷雾的动态行为、潜在机制和碰撞模型尚未被探索。这种碰撞在二次液滴破碎和局部燃油积聚方面引入了不确定性，从而显著影响了燃烧和排放[25]，[26]。因此，进一步研究带有SOI间隔的正面喷雾碰撞和燃烧是必要的。
为了填补这些空白，本研究系统地研究了CVCC中具有SOI间隔的喷雾、蒸发和燃烧特性。具体来说，通过非蒸发实验分析了基本的喷雾碰撞行为；在蒸发条件下研究了喷雾的动态行为和碰撞机制，并开发了一种新的碰撞模型来描述非对称双对立喷雾的干扰行为；随后，在燃烧实验中进一步评估了燃烧和烟尘特性。预计这些结果将揭示喷雾干扰行为与SOI间隔引起的速度梯度之间的非线性耦合机制，从而超越了传统的对称碰撞模型，并有助于深入了解高功率密度OPOC发动机中非对称双对立喷雾的基本原理。
