[发明专利]压缩冲程后期充碳式碳粉发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种固-气内燃机，一种将碳粉与氧气的化学能转化为机械能的机械装置。

背景技术

目前的主流发动机为汽油发动机和柴油发动机，这两种发动机性能优越，确实是人类历史上伟大的发明。但由于柴油、汽油的来源为石油，而石油资源日渐减少，导致燃油价格上涨，使得该两种内燃机运行成本升高。同时，石油资源最终枯竭是必然事实，就目前探明的石油仅可供人类开采40年。由此可见，汽油、柴油发动机在不久的将来必然会退出历史舞台。

另一种可行的发动机，使用乙醇作为燃料。但是目前脱离石油或石油副产品来大量生产乙醇的方法仅为发酵，而发酵的转化率低、所需时间长。举个例子来说，巴西拟将其国内汽车发动机全部改为乙醇发动机，而真要这么干的话，为满足巴西汽车所需，巴西境内一半的耕地要用来种甘蔗用以发酵酒精。由此可见那是不现实的。

作为对比，王长锋先生在2008年5月提出专利申请的发明：一种汽车用碳粉发动机(专利号：200810011341)。其发明主要提供了一种发动机供碳系统。不过该发动机存在如下缺陷：

1、因其碳粉随空气一起充入气缸，在活塞高速压缩过程中，碳粉会与活塞发生完全非弹性碰撞，粘附在活塞上。这样就使碳粉在混合气中的浓度降低了，从而降低了点火成功率。同时，由于碳粉粘附在活塞上，被点燃后放出的大部分热量会直接传给活塞，致使活塞温度过高，更容易损坏。同时由于粘附在活塞上的碳粉燃烧后只有少部分能量传给空气，致使空气加热不足，造成发动机输出力矩下降。

2、在活塞压缩碳-空混合气过程中，由于缸壁处有润滑油，致使部分碳粉粘附在缸壁上，其导致的结果与上一缺陷所述的差不多：降低了点火成功率，使发动机输出力矩下降。而且，在缸壁燃烧的碳粉会消耗掉大量的润滑油；在缸壁不燃烧的碳粉则严重阻碍活塞的往复运动。

3、点火成功率不高导致发动机输出力矩不稳定，甚至可能死火。固体粉尘的点火成功率是做不到100％的，即使成功率为99.99％，那么对于转速为1000r/min的该种发动机，平均每20每种就会出现一次点火失败。失败的点火意味着碳粉未燃烧，这些未燃烧的碳粉即使在排气冲程结束后也不会完全排出气缸，甚至可能留下大部分。这些遗留下来的碳粉可能会使下一循环的碳粉严重过量，这样的话就使碳粉浓度超出了爆炸极限范围，于是这次点火同样会失败。如此反复，发动机最终会死火。即使下一循环过程点火成功了，但由于碳粉过量会促使了反应C+CO₂＝2CO的发生，该反应是吸热反应，它降低了气体温度，进而降低了发动机的输出力矩，或者说，使输出力矩难以控制。

4、该种发动机排出的废气含有一氧化碳，其为有毒气体。

发明内容

本发明使用碳作为燃料。碳为可再生资源，制碳工艺的成熟为本发明提供了优良的能源来源。

要使碳在内燃机燃烧室急剧燃烧，则要把碳制成足够小的碳粉才行。但毕竟碳粉是固体，因此不能将碳-空混合气替换掉汽-空混合气直接充入内燃机进行燃烧。

为解决碳粉发动机的各种问题，本发明所采取的技术方案是：在压缩冲程最后的时候把碳粉充入燃烧室，从而避免了碳粉与活塞的完全非弹性碰撞，避免了碳粉粘附在涂有润滑油的气缸内壁上。

本发明采用上述技术方案的第一种发动机为火花塞点燃式的。碳粉经过电热式烘干器、滤网，再被抽粉机抽至发动机主体顶部以供燃烧使用。在这里，有两种充碳装置可供选择。第一种为耐高温高压喷粉装置，第二种为低压贮粉器。(在本说明书后面部分会对这两种充碳装置的工作原理作出详细说明。)燃烧室顶部装有压力传感器，用以检测缸内碳粉是否被点燃。如果点火失败，计算机系统会控制火花塞进行多次点火，或者适当调整下一次的进碳量以防止下一循环过程碳粉过量。气缸上止点处置有一圈疏润滑油的耐高温高压物质，用以避免润滑油向燃烧室润进，从而避免了碳粉会粘附在燃烧室壁上。

本发明采用上述技术方案的第二种发动机为压燃式的。碳粉经过电热式烘干器、滤网，再被抽粉机抽至发动机主体顶部以供燃烧使用。在这里，有两种充碳装置可供选择。第一种为耐高温高压喷粉装置，第二种为低压贮粉器。(在本说明书后面部分会对这两种充碳装置的工作原理作出详细说明。)气缸上止点处置有一圈疏润滑油的耐高温高压物质，用以避免润滑油向燃烧室润进，从而避免了碳粉会粘附在燃烧室壁上。

本发明有如下优点：

1、缓解石油危机。

本发明使用碳作为燃料，而碳为可再生资源，且生产周期短。大范围推广本发明后，石油资源的枯竭速度可有效降低。