CN106640356B - 一种自进料粉尘爆炸式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自进料粉尘爆炸式发动机，属于动力装置领域。本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，包括：燃料箱、进料室和活塞，燃料箱通过送料装置向燃烧室内送料；所述进料室一端与送料装置连通，另一端通过进料口与燃烧室连通，进料室的空腔内设有挡料球；所述活塞顶部设置有顶针，顶针与挡料球配合使粉尘燃料进入燃烧室；活塞与燃烧室上的排气孔配合控制燃烧废气与外界气体交换。本发明的技术方案，通过进料室、挡料球与顶针之间的配合，实现向燃烧室内自动进料，而且能够直接在燃烧室内与空气混合，结构简单，性能稳定。

Description

一种自进料粉尘爆炸式发动机

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，更具体地说，涉及一种自进料粉尘爆炸式发动机。

背景技术

随着社会工业的不断发展，汽车数量大幅上升，尤为突出的问题已经出现在我们的生活中那就是动力输出问题。目前的主要动力装置有内燃机和电动机，内燃机的技术已然非常成熟，但是内燃机会产生大量废气对环境造成不小的污染，而且会加快石油危机。而电动机有时不能保障足够的动力输出。为了解决这两大难题，粉尘动力装置诞生了，它甚至可以使用面粉作为燃料，所以足以保障燃料的充足和对环境的保护。

粉尘在日常生活中容易获取、来源广泛，且燃烧后对环境无污染。粉尘包括镁铝金属粉尘，粮食作物粉尘如面粉等可燃粉尘。现如今依然已经获得了粉尘的爆炸极限，其爆炸下限一般为20至60克每立方米，其爆炸上限一般为2至6千克每立方米；且粉尘粒径越小，爆炸下限越低。氧浓度越高，爆炸下限越低；可燃挥发分含量越高，粉尘爆炸下限越低。除此之外，仅少量粉尘在产生爆炸后就会产生巨大的能量，因此粉尘可用于提供动力。

经过检索发现，现有技术中存在相关利用粉尘作为驱动燃料的相关技术，如中国专利申请号：201110408017.7，申请日：2011年12月8日，该申请案公开了一种动力装置，包括：可燃粉尘容器，可燃粉尘容器内存储有可燃粉尘；混合室，混合室的第一进口与可燃粉尘容器的出口连通，空气由混合室的第二进口进入混合室内；燃烧室，燃烧室的入口与混合室的出口连接，燃烧室包括用于驱动外部的机械设备的驱动输出部。该装置利用可燃粉尘燃烧时产生的能量向外部的机械设备提供动力。

又如中国专利申请号：2006200785949，授权公告日：2007年4月25日，该申请案公开了一种利用固体燃料代替液体或气体燃料进行能量转转的内燃机，由储料装置、燃料装置和辅助控制装置组成，其中：储料装置具有一个带加料口、出料口和加压管的固体粉料仓，混合给料装置包括一根带有进料、进气、进油输入端口和前端喷嘴的混合给料管，燃料装置具有一个内装活塞的活塞缸，活塞缸的上端和下端分别开设有呼吸口和排料口，在活塞缸下壁处设有火花塞以及混合料进口。工作中，粉尘状固体燃料经混合给料装置与空气按比例混合后喷入活塞缸中，粉料-空气组分在活塞缸内经压缩后，在高浓度火花塞点火，发生爆炸，推动活塞运动。

上述专利方案都需要先把空气与粉料混合后才能送入燃料室，结构相对较为复杂，使用时易出现各种故障，有待进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中因粉尘燃料需要与空气混合后才能进入燃烧室而导致装置结构复杂的不足，提供了一种自进料粉尘爆炸式发动机。本发明的技术方案，通过进料室、挡料球与顶针之间的配合，实现向燃烧室内自动进料，而且能够直接在燃烧室内与空气混合，结构简单，性能稳定。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，包括：

燃料箱，该燃料箱通过送料装置向燃烧室内送料；

进料室，所述进料室一端与送料装置连通，另一端通过进料口与燃烧室连通，进料室的空腔内设有挡料球；

活塞，所述活塞顶部设置有顶针，顶针与挡料球配合使粉尘燃料进入燃烧室；活塞与燃烧室上的排气孔配合控制燃烧废气与外界气体交换。

作为本发明更进一步的改进，所述进料室与送料装置连通处为球冠状，该连通处球冠状的球冠直径大于挡料球直径。

作为本发明更进一步的改进，所述进料口是位于燃烧室顶部的球冠状开口，球冠状开口的球冠直径大于挡料球直径。

作为本发明更进一步的改进，所述进料室侧壁中部设置有容料槽。

作为本发明更进一步的改进，所述容料槽为环形。

作为本发明更进一步的改进，所述活塞侧壁长度为其行程的0.34～0.46倍。

作为本发明更进一步的改进，所述排气孔与活塞中部所在的行程中点位置对应。

作为本发明更进一步的改进，所述活塞为M形结构，连杆铰接在活塞的中部凸出块上。

作为本发明更进一步的改进，燃烧室的侧壁上端或顶壁设置有点火装置。

作为本发明更进一步的改进，所述粉尘燃料为金属粉尘、煤炭粉尘、粮食粉尘、饲料粉尘或林产品粉尘。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，在进料装置与燃烧室之间设置了进料室，进料室的空腔内放置挡料球，通过气压以及顶针对挡料球的作用，实现自动进料，而且能够与空气直接混合，不需要设置混合装置，简化了机械结构，装置的使用性能更稳定；

(2)本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，进料室的上部设置为球冠状，其下部与燃烧室顶壁连接处设置为球冠状的进料口，并且两者直径均大于挡料球直径，则挡料球能够完全与两处位置贴合，具有较好的封闭效果；

(3)本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，在进料室侧壁中部设置有容料槽，该容料槽能够作为过渡槽，便于粉尘燃料进入下部的燃烧室，该容料槽可以是间隔的槽体，也可为连通的环形槽，以便根据不同需求控制进料量；

(4)本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机，结构简单，性能稳定，利用粉尘作为原料，有助于减轻能源危机和环境污染，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的一种自进料粉尘爆炸式发动机的结构示意图；

图2为本发明的自进料粉尘爆炸式发动机工作状态示意图；

图3为本发明中容料槽的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、燃料箱；2、送料装置；3、进料室；4、挡料球；5、顶针；6、燃烧室；7、活塞；8、排气孔；9、连杆；10、曲轴；11、点火装置；12、进料口；13、容料槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种自进料粉尘爆炸式发动机，主要由燃料箱1、进料室3和活塞7组成，其中：燃料箱1通过送料装置2向燃烧室6内送料；本实施例中的燃烧室6包括燃烧腔部分和压缩气体部分，结构上相当于缸体，送料装置2用于向燃烧室6的燃烧腔输送粉尘燃料。粉尘燃料可为金属粉尘、煤炭粉尘、粮食粉尘、饲料粉尘或林产品粉尘等，没有具体限制，本实施例可选择粮食粉尘。

本实施例中进料室3一端与送料装置2连通，另一端通过进料口12与燃烧室6连通，进料室3的空腔内设有挡料球4，该挡料球4可在进料室3内上、下运动，当其运动到进料室3顶部时，挡料球4堵住送料装置2的排料口，使其停止送料，同时进料室3内的粉尘燃料通过下部的进料口12向燃烧室内进料；当挡料球4运动到进料室3下部堵住进料口12时，停止向燃烧室6内供料，同时送料装置2开始向进料室3内送料。

为了能够让挡料球4自动上升，本实施在活塞7顶部设置有顶针5，该顶针5位于活塞7的中心位置，顶针5长度与挡料球4的直径之和等于进料室3高度与预留燃烧腔高度之和。预留燃烧腔高度是当活塞处于最顶端时，活塞顶部与燃烧室顶壁内侧之间的距离。通过顶针5与挡料球4的配合使粉尘燃料进入燃烧室6。

本实施例在燃烧室6侧壁设置有排气孔8，燃烧室6的压缩腔内有连杆9和曲轴10，连杆9的上端与活塞7铰接连接，连杆9的下端与曲轴10铰接，通过活塞7的运动驱动曲轴10转动。当活塞7位于行程初始位置时，排气孔8位于活塞7下部，外界空气与压缩腔连通，并使排气孔8与活塞7底壁之间有一定预留距离；当活塞7位于行程最低端位置时，外界空气与燃烧腔连通，并使排气孔8与活塞7顶端之间有一定预留距离；则通过活塞7与燃烧室6上的排气孔8的配合可控制燃烧废气与外界气体交换。

其工作原理如下：当活塞7运动至最上方时，即初始位置，其上方顶针5推动挡料球4上升堵住送料装置2的出料口，从而使进料室3下部产生容纳空间，粉尘燃料流动到进料室3下部，并由进料口12进入燃烧室；此时火花塞工作，燃烧室6顶壁上的点燃装置11点燃粉尘燃料产生可控爆炸并推动活塞7向下运动；活塞7带动连杆9运动，连杆9带动曲轴10运动。

如图2所示，当活塞7运动到排气孔8下方位置时，燃烧腔与外界空气连通，燃烧废气排出，同时外界空气进入燃烧腔，压力平衡，挡料球4向下运动；送料装置2输送粉尘燃料进入进料室3上部；随着活塞7的回程运动，顶针5不断上移把挡料球4顶起，再次把送料装置2的出料口堵住，重复上述动作，从而产生源源不断的动力。本实施例通过气压以及顶针对挡料球的作用，实现自动进料，而且能够与空气直接混合，不需要设置混合装置，简化了机械结构，装置的使用性能更稳定。

实施例2

本实施例的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例中进料室3的上部为球冠状，即进料室3与送料装置2连通处为球冠状，球冠直径大于挡料球4直径，则挡料球4能够更好的与进料室3配合，封堵紧密，可有效避免漏料现象。

进一步地，所设置进料口12是位于燃烧室6顶部的球冠状开口，即进料室3下部也为球冠状，球冠直径大于挡料球4直径。由于两者直径均大于挡料球直径，则挡料球能够完全与两处位置紧密贴合，具有较好的封闭效果。

实施例3

结合图3，本实施例的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例在进料室3侧壁中部设置有容料槽13，该容料槽13为间隔设置的凹槽。

虽然挡料球4能够在进料室3内上下运动，但如果侧壁间隙过小，能够通过的物料有限，在较短的时间内难以流入足够的粉尘燃料。如果间隙过大，挡料球4在运动时容易移位，难以实现有效封堵。而所设置的容料槽13则可提供较大的容纳空间，具有中间转换槽的作用，实现更多物料得到流通，而且不会影响挡料球的运动。

实施例4

本实施例的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于：本实施例中设置的容料槽13为环形，以提供更大的容纳空间。

此外，活塞7侧壁长度为其行程的0.34～0.46倍，具体可根据实际使用进行设定，在能够保证活塞的正常运动并满足自动进料的情况下，在0.38～0.44范围时效果较好，该范围内没有具体限定，本实施例中优选为0.42倍。

如果侧壁过长，排气孔无法与内外连通，难以实现气体交换，需要单独的设置排气和进气孔，结构相对较为复杂，整体的运动原理也会相应的改变；如果侧壁较短，则活塞侧壁在行程两端距离排气孔距离势必为增加，则会导致排气或进气时间过久，大量能量被损耗，导致设备动力不足，因此，本实施例优选活塞7侧壁长度为其行程的0.38～0.44倍。

实施例5

本实施例的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其基本结构与实施例4相同，其不同之处在于：本实施例中排气孔8与活塞7中部所在的行程中点位置对应，即活塞7中部一点运动到行程中点时所对应的燃烧室6侧壁上的位置，即为排气孔8所在高度位置。在该位置时，能够较好的实现压缩和排气之间的转换，而且能够保证进料的时间控制，保证充足的物料用于爆炸燃烧。

活塞7可设为M形结构，连杆9铰接在活塞7的中部凸出块上，预留出较大的压缩强空间，有助于提高活塞回程速度。普通的活塞7可以直接涉及为块状结构，块状结构的活塞重力大，压缩动力更大，但是其需要更大的行程来满足压缩气体需要，否则难以充分利用压缩气体和惯性实现回程运动。而M形的活塞内部形成两个凹陷空间，有更大的容量，可以压缩更大的空气。此外，M形结构的活塞与排气孔配合，实现进料与气体交换过程，具有较好的效果，而且结构被简化。

本发明通过进料室、挡料球与顶针之间的配合，实现向燃烧室内自动进料，而且能够直接在燃烧室内与空气混合，结构简单，性能稳定。利用粉尘作为原料，一定程度上取代目前的内燃机，合理有效的运用新能源，有助于减轻能源危机和环境污染，便于推广使用。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于，包括：

燃料箱(1)，该燃料箱(1)通过送料装置(2)向燃烧室(6)内送料；

进料室(3)，所述进料室(3)一端与送料装置(2)连通，另一端通过进料口(12)与燃烧室(6)连通，进料室(3)的空腔内设有挡料球(4)，所述进料室(3)与送料装置(2)连通处为球冠状，该连通处球冠状的球冠直径大于挡料球(4)直径；所述进料口(12)是位于燃烧室(6)顶部的球冠状开口，球冠状开口的球冠直径大于挡料球(4)直径；该挡料球(4)可在进料室(3)内上、下运动；

活塞(7)，所述活塞(7)顶部设置有顶针(5)，顶针(5)与挡料球(4)配合使粉尘燃料进入燃烧室(6)；活塞(7)与燃烧室(6)上的排气孔(8)配合控制燃烧废气与外界气体交换。

2.根据权利要求1所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述进料室(3)侧壁中部设置有容料槽(13)。

3.根据权利要求2所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述容料槽(13)为环形。

4.根据权利要求1所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述活塞(7)侧壁长度为其行程的0.34～0.46倍。

5.根据权利要求4所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述排气孔(8)与活塞(7)中部所在的行程中点位置对应。

6.根据权利要求5所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述活塞(7)为M形结构，连杆(9)铰接在活塞(7)的中部凸出块上。

7.根据权利要求1所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：燃烧室(6)的侧壁上端或顶壁设置有点火装置(11)。

8.根据权利要求1所述的一种自进料粉尘爆炸式发动机，其特征在于：所述粉尘燃料为金属粉尘、煤炭粉尘、粮食粉尘、饲料粉尘或林产品粉尘。

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