With the rise of the concept of carbon neutrality, carbon-free fuel ammonia has attracted widespread attention from internal combustion engine researchers. Ammonia/diesel dual fuel mode can effectively overcome the ignition difficulty of ammonia in the engine and is an effective measure to promote ammonia combustion. Based on a single-cylinder engine, diesel-ignited ammonia combustion experiments were conducted under conditions of 1200 rpm and 30% load to systematically study the impact of ammonia energy ratio (AER), pilot injection ratio/timing on the combustion and emission characteristics of the ammonia/diesel dual fuel engine. This study finds that the pilot injection improves the upper limit of AER, reduces the cyclic coefficient of variation (COV). The rapid combustion fraction has been defined to understand the dual fuel combustion process. With the AER increase, the rapid combustion fraction of the single injection increases while the trend of the pilot injection strategy is the opposite. Both NOx emissions of the pilot injection strategies decrease while CO emissions increase. The reduction of NOx emissions may be caused by a decline in in-cylinder temperature. At a 35% AER,1Medium-low pilot injection ratios can increase the indicated mean effective pressure (IMEP), which is because as the pilot injection ratio exceeds 35%, the growth rate in the effective expansion efficiency (EEE) is lower than that of heat transfer loss. When the pilot injection ratio is 35%, the highest IMEP is achieved, CO and NOx emissions are cut down by 23% and 20%, respectively, compared to the single injection.

Influenced by the concept of carbon neutrality, ammonia is gaining widespread attention in the transport sector as a zero-carbon fuel. Diesel/ammonia dual fuel engines can achieve stable combustion of ammonia and reduce carbon emissions. To further enhance the low load combustion performance of a diesel/ammonia dual fuel engine, the effect of ozone addition on in-cylinder combustion and flame development was investigated based on an optical engine. Beyond that, ozone addition on pure diesel was also tested to understand the effect of ozone addition on diesel combustion enhancement in diesel/ammonia reactivity controlled compression ignition (RCCI) mode. The results show that the addition of ozone significantly advances the ignition phase, increases the flame area and brightness, and results in a growth in flame luminescence intensity along the radial length and closer to the center of the view field for diesel/ammonia RCCI combustion. In addition, chemical kinetic analysis shows that diesel/ammonia combustion requires higher ozone concentrations to overcome the inhibitory effect of ammonia to reach the upper limit of the promotional effect on the ignition phase and indicated mean effective pressure (IMEP), due to the large amount of OH consumed by ammonia compared to pure diesel. The promotional effect of added ozone on IMEP is similar for different pilot injection ratios (PIRs). At a low PIR and high ozone concentration, the diesel/ammonia RCCI engine achieves the highest IMEP, indicating that ozone addition combined with optimization of diesel injection parameters contributes to improve the performance of the diesel/ammonia RCCI engine at low loads.