[00092408]生物质粉末燃料内燃机

　　汽油和柴油的价钱越来越贵，制造 ‘不烧油的发动机’，开发‘创新型 生物质 能源产业’，能够很快降低油价，消除能源危机。 ‘生物质粉末燃料内燃机’是为开发‘新能源 生物质粉燃料’而设计的‘新能源 多燃料’发动机，用它做 ‘农业机械、发电机组、车辆、船舶’的发动机，不烧油，烧‘粉燃料’（也可以烧柴油），很容易进入发动机市场。 ‘生物质粉末燃料内燃机’也是很好的环保设备，用‘生活垃圾’磨成粉做它的燃料，燃烧后无烟无味无污染，比‘垃圾焚烧炉’好；用它做的‘发电机组’发电，与建造‘垃圾发电厂’相比较：‘发电机组’的建设规模小、投资少，县城以上规模的城市都能够用‘发电机组’燃烧‘有机物垃圾’发电，垃圾的运输路程、存放加工场地减少很多，经济效益更好。 ‘生物质粉末燃料内燃机’对改善电力供应具有重要意义。用它做的小型‘发电机组’，几十户人口的村庄都有能力购买使用，用‘柴草树叶、植物秸秆’磨成 ‘粉燃料’发电，电费非常便宜，对农村和山区的经济发展有重要促进作用。 粉燃料是‘柴草树叶、植物秸秆、生活垃圾’磨成的‘生物质粉’或‘煤粉’， ‘生物质粉’压缩后用‘塑料袋’包装，在加油站‘存放、添加’和‘车辆携带、运输’都很方便，安全性能比柴油好。 ‘生物质粉末燃料内燃机’和 ‘生物质粉燃料制造业’是未来的‘战略性 创新型 能源产业’。 比开发‘石油’便宜，比开发‘核能’安全，可以‘完全消除能源危机’，对‘改善人民生活、促进国民经济发展、保持世界和平’具有重要意义。 下面讲述【‘生物质粉末燃料内燃机’的创新原理和结构设计】。 生物质粉末燃料内燃机’的创新原理和结构设计 中国铁道出版社1996年1月出版的“煤水浆内燃机车”（程永陆编）详细的阐述了美国在1980年到1990年之间研制火车用的‘煤水浆内燃机车’研制成果，美国从1980开始，由国家资助研制煤水浆内燃机车，到１９９１年第一台煤水浆内燃机车在铁路上试运行，一共花了十年时间，主要解决3个问题：2个成功，1个失败。第1个成功是：研制了能够符合运输和存放期间煤水桨悬浮液稳定性要求的配方；第2个成功是：做了很多的点火与燃烧稳定性实验，证实了不是很细的‘煤粉’在内燃机中燃烧稳定，可以代替柴油在内燃机中使用；失败原因是：没有办法使煤水浆内燃机车的寿命满足设计和使用要求。 美国的‘煤水浆内燃机车’是用柴油机改装的，主要改变的结构是：（1）增加点火喷油泵，用柴油点燃很难着火的煤水浆燃料；（2）使原来喷柴油的喷油嘴能够满足喷射煤水浆燃料的要求。而失败关键就是喷射煤水浆燃料的喷嘴，做了很多的实验，最后用最硬的金钢石喷嘴的寿命也只有几十小时；（3）试验用不同的合金钢材料提高内燃机气缸与活塞之间的磨损寿命，这也是没有办法解决的难题，最好的设计选择也只能使内燃机气缸与活塞之间的磨损寿命提高到几百小时，远远小于对内燃机使用寿命的要求。 鉴于上述美国煤水浆内燃机车的研制经验，制造‘生物质粉末燃料内燃机’要解决3个关键性的困难：（1）内燃机燃料的加入不能用喷油嘴结构，而内燃机的燃烧室在点火前有十几个大气压力，要加入燃料和压缩空气形成燃料混合气是很困难的；（2）不能使用内燃机的‘气缸、活塞’方式的热能与机械能的转换结构，必需寻找其他的热能与机械能的转换方式，也就是说，传统的内燃机结构设计和工作原理都不能用，必需有创新的‘生物质粉末燃料内燃机’结构设计和工作原理；（3）生物质粉有很大的吸水性，含水量大了不能燃烧，不能制成燃料水桨，只能用生物质干粉燃料。 上述的3个关键性的困难，用下面的办法很容易解决： 1．创立‘新的工作原理’和‘新的结构形式’，解决传统内燃机‘气缸与活塞’磨损寿命短的问题： （1）把原来没有联系的‘流体力学’和‘内燃机学’两个学科联系在一起，可以创立‘生物质粉末燃料内燃机’的工作原理：‘燃烧室、气水缸、水轮机、’方式的热能与机械能的转换原理，代替传统内燃机用的‘燃烧室、气缸、活塞、连杆、曲轴’方式的热能与机械能的转换原理。 （2）利用‘流体力学’原理，使水轮机转轮的出水口流出的做完功的‘水工质’，在内燃机的燃烧室进入新鲜压缩空气之前，自动流入和充满‘气水缸’，实现‘水工质’在内燃机内部循环使用。 （3）采用上述的工作原理设计的生物质粉末燃料内燃机，除原有的进、排气阀外，需要增加控制水流的‘进水阀、出水阀’，‘传统柴油机’使用的气阀结构对流体的阻力大，损耗大，控制复杂，不能用。生物质粉末燃料内燃机用‘旋塞阀’结构，‘旋塞阀’对流动状态‘水工质’的动能损耗小，而且控制结构简单，冷却、润滑、密封容易达到使用要求。用‘旋转燃烧室’做‘旋塞阀’的旋塞，构成‘进、排气阀’结构；用‘水轮机转轮的导水环’做‘旋塞阀’的旋塞。构成‘进、出水阀’结构，控制系统比传统内燃机简单、容易制造。 采用这样的结构设计后，内燃机就没有‘气缸、活塞、连杆、曲轴’这些零件，因此也就不存在‘气缸与活塞之间的磨损寿命’问题。精密加工零件的数量减少了很多，制造成本也会更加低廉；振动和噪音也会降低很多。 （4）采用‘燃烧室、气水缸、水轮机、’的结构形式后，生物质粉末燃料内燃机没有‘气缸、活塞’，失去了 ‘活塞式空气压缩机构’，必需增加产生压缩空气的‘气泵’，气泵可以采用‘滑片式旋转压缩机’，它的结构简单、体积小。由2级压缩结构可以容易的得到20个大气压的压缩空气，第一级的压缩比6倍、第二级的压缩比3-4倍，用压缩机设计的模拟软件显示效率在75%左右，‘滑片式旋转压缩机’比‘气缸、活塞、连杆、曲轴’的结构简单、容易制造。 2．解决在‘压缩空气’中加入‘生物质粉’燃料，在燃烧室内形成可以点燃的‘压缩空气燃料混合气’和‘内燃机点火’问题；燃料的携带、污染物排放问题。 （5）设计‘形成压缩空气燃料混合气’的结构形式：在气泵前的洁净空气中加入生物质粉的方法不能采用。因为它严重影响气泵的润滑和冷却，使气泵不能正常工作。可以用固定凸轮的多柱塞泵构成的‘粉燃料泵’，把‘生物质粉’加入到气泵输出压缩空气的管道中，结构形式为：粉燃料泵的‘燃料缸’旋转到没有压力的‘燃料进口’位置时，吸取‘生物质粉’，‘ 燃料缸’旋转到‘压缩空气输送管道’位置时，柱塞把燃料缸内的粉燃料推入‘压缩空气输送管道’，压缩空气在输送管道内的流动过程中与加入的‘生物质粉’混合，形成可点燃的燃料混合气加入到内燃机的燃烧室内。‘粉燃料泵’的使用寿命应该没有问题，因为材料的磨损是与‘相对的运动速度、压力和使用温度以接近于2次方或3次方的关系变化的，‘粉燃料泵’与美国‘煤水浆内燃机车’的‘气缸活塞运动副’相比较，相对运动速度小十几倍，工作压力小5至10倍，环境温度（按绝对温度标定）小2到3倍，而且‘粉燃料泵’的摩擦物质是燃料原粉，它的硬度比‘煤水浆内燃机车’的煤燃烧后形成的含有大量矿物质的灰分硬度低，煤水浆内燃机车的‘气缸、活塞’之间的磨损寿命有几百小时，‘粉燃料泵’的寿命应该能够做到1万小时。 （6）生物质粉末燃料内燃机的点火：美国的‘煤水浆内燃机车’用‘点火喷油泵’喷入柴油点燃‘燃烧室’内的‘煤水浆燃料’，但从气泵来的压缩空气温度低，‘燃烧室’内的温度达不到‘点火喷油泵’喷入柴油的点火温度，必需采用‘点火喷油泵’与‘电热塞’相结合的方法，用凸轮驱动点火喷油泵把‘液体点火燃料’喷到电热塞上，产生燃烧的‘燃料气体火焰’喷入燃烧室，点燃‘生物质粉燃料’燃烧做功，点火能够很准时、很稳定。 （7）燃料的加入：柴油机的柴油放在油箱里，用燃油泵送到喷油泵，‘生物质粉’放在‘粉燃料泵’上面的燃料桶里，利用重力或粉燃料输送机构用管道送到粉燃料泵里； ‘点火喷油泵’喷入的柴油增加，‘生物质粉末燃料内燃机’就可以‘烧柴油’而不用烧‘生物质粉’。 （8）污染物排放：（a）生物质粉末燃料内燃机排放的主要污染物是粉尘，是大气中经常存在的物质；（b）由于‘生物质粉’的燃烧速度比柴油慢，生物质粉末燃料内燃机 ‘燃烧室内燃气最高温度’比柴油机低，因此，氮化物的排放量不会大于柴油机；（c）柴油机‘用机油润滑’气缸和活塞，由于‘机油’气化后‘燃烧不完全’，容易产生‘有机物气体’污染物，‘生物质粉末燃料内燃机’与燃烧室连接的‘气水缸’腔体中装的是‘水工质’，没有机油，产生‘有机物气体’污染物的可能性很小。 以上是简要介绍，详细的‘结构设计’可以查阅‘生物质粉末燃料内燃机’