[其他]煤粉尘作为内燃发动机的燃料

说明书

本发明是一种根据可燃爆粉尘的燃烧爆炸原理，依靠在气缸中燃烧可燃爆粉尘，特别是燃烧煤粉尘，直接推动活塞而做功的新方法。

众所周知，目前一般的内燃发动机，均是采用汽油、柴油等燃料和空气的混合物，直接在气缸里燃烧，所产生的高压气体推动活塞来做功。它的工作过程分如下四步，也称为“四冲程内燃机”，现以汽油内燃发动机为例介绍。

1.进气冲程。当进气冲程开始时，曲轴通过连杆带动活塞从上止点向下移动，这时进气阀开启，排气阀关闭，在活塞向下止点运动的过程中，由于气缸内活塞上方的容积逐渐变大，气体也随之变得稀薄，压力降到低于大气压，造成真空度，产生吸力。当吸入的空气经气化器喉管时，与一定量的汽油混合成适当浓度的可燃混合气，经进气阀进入气缸，可燃混合气进入气缸后，由于与气缸壁和活塞顶等高温机件接触，并与前一工作循环中排气冲程残留的高温废气混合，使其温度提高到100～125℃。当活塞运动到下止点时，进气阀关闭，进气冲程终了。

2.压缩冲程，曲轴在飞轮惯性力的作用下继续旋转，活塞由下止点向上运动。这时进、排气阀关闭，气缸内的可燃混合气被压缩到燃烧室内，体积缩小，密度增大，温度和压力升高。当活塞到达上止点，压缩冲程结束时，可燃混合气的压力达到7～12公斤/cm²，温度约为300℃左右。

3.做功冲程。又称燃烧-膨胀冲程。在压缩冲程终了时，进气阀仍然关闭，被压缩在燃烧室内的可燃混合气立刻被火花塞产生的电火花点燃迅猛燃烧，压力急剧上升到30～45公斤/cm²，温度骤增2000～2700℃。活塞在高温高压气体的推动下由上止点向下运动，通过连杆使曲轴旋转作功，直至活塞到达下止点时，做功冲程终结。

4.排气冲程。活塞由下止点向上运动，这时进气阀仍关闭，排气阀开启，可燃混合气燃烧后变成的废气，经排气阀排出气缸，直至活塞到达上止点时，排气冲程结束。

活塞经历上述四个冲程后，发动机完成了一个工作循环。当活塞由上止点向下运动，排气阀关闭，进气阀开启时，发动机又进入第二个工作循环。如此周而复始，循环不息，活塞不断地往复运动，曲轴不停地旋转，发动机也就能不断地产生动力。

汽油的主要化学成份是碳和氢，其中碳约占85%，氢约占15%，即一公斤汽油中含碳约0.85公斤，含氢约0.15公斤。汽油燃烧是一种氧化反应，其主要化学变化可用下列方程式表示：

C（气）+O₂（气）CO₂（气）+94050卡

H₂（气）+ (＊)/2 O₂（气）H₂O（气）+57800卡

从上列化学方程式计算而知，完全燃烧12公斤碳需要32公斤氧，完全燃烧2公斤氢需要16公斤氧，也就是说，完全燃烧一公斤碳需要32/12公斤氧，完全燃烧一公斤氢需8公斤氧，因此完全燃烧一公斤汽油所需要的氧气应为：

0.85× 32/12 +0.15×8＝3.4667（公斤）

而空气的含氧量约占23.2%，即一公斤空气中只含氧0.232公斤，所以，一公斤汽油完全燃烧时，需要的空气量应为：

3.4667÷0.232＝14.94（公斤）

上述计算说明，汽油燃烧完全最适当的油气比例是1∶15。

本发明的目的，是为了利用煤粉尘作燃料，在气缸中燃爆，直接推动活塞运动来做功。

漂浮在空气中的可燃爆粉尘，只要达到一定的浓度，遇到火源就会燃烧爆炸。可燃爆粉尘品种很多，有硫化矿物、金属铝、面粉、木粉、煤炭等等的粉尘，例如煤粉尘，当每立方米空气中含量达到18～2000克范围内时，遇火源即被点燃而发生燃烧或爆炸，并产生高温高压。根据理论计算，爆炸力最强时的空气含量（指纯碳）为每立方米112克，同时发生900千卡的热量。爆炸的温度可达2300～2500℃（在不变的容积下），但根据试验认为，最大爆炸力的空气含尘量为每立方米300～400克。煤粉尘从最细微的到直径为0.75～1毫米的煤粉尘都能参加爆炸，但爆炸的主体是通过80号筛孔（每平方厘米筛面上有6400个孔），即是直径小于0.075毫米的煤粒。煤尘受热时，能放出可燃性气体，一公斤煤粉尘能放出200～300升可燃性气体。这些气体遇高温时，容易燃烧或爆炸。煤粉尘的引火温度为700～800℃。煤粉尘燃烧和爆炸时的反应式如下：

1.完全燃烧时：C+O₂→CO₂+8140千卡/公斤（碳）