专利名称：内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法
技术领域：
本发明内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法，特别是关于利用微小或纳米颗粒
状可燃物质如各种方法得到的木素或加工提取后得到的木素如碱木素，酸木素、中性木 素、硝化木素、硝化纤维素、硝化半纤维素、生物质的硝化产物、经脱除灰分杂质处理后的煤 粉、经酸脱除生物质中灰分研磨破碎后的天然生物质材料、不含有害元素氯、硫或经脱除了 氯、硫和金属氧化物等杂质后的废旧塑料、橡胶粉与汽油、煤油、柴油等燃料油为液态载体 静态或动态地混合形成悬液或准乳化液替代石化燃料作为内燃机燃料的方法。
背景技术：
内燃机的石化燃料替代大多停留在对液态燃料的寻找中，传统的如乙醇燃料，煤 液化，生物质热解制油的方法，非传统的液化方法如中国专利申请中的一种内燃机燃油 (公开号CN1425745)，秸秆化学法制备汽车用燃油的方法(公开号CN101182420)，高能液体 组合燃料(公开号CN1053809)，主要是利用硝化的方法将可再生的生物质进行液化产出液 体燃料。中国专利公开号CN101171324提出了 "用来将木质素催化转化为液体生物燃料的 方法"，主要是利用化学反应的方法得到不同的木素分解液体产物。因为生物质的液化过程 复杂，液化产物复杂，液化成本高，因此，液化方法不能从根本上解决石化燃料替代燃料的 问题。 中国专利公开号CN1566289的专利申请提出了一种木素醇燃料制造工艺，涉及一 种用乙醇法造纸制浆所得蒸煮残液为主要原料，制作木素醇这种液体清洁燃料的工艺。但 由于常温下木素在乙醇中的溶解度有限，木素的比重大(大约在1. 35-1. 5之间)，使其在乙 醇(比重大约为0.79)中沉底，因此木素并没有真正大量和有效地用作为液体燃料。另外， 有希望用于燃料的乙醇的生产要么消耗粮食或用于种植糖料植物而占用耕地，要么需要利 用成本很高的纤维素酶酶解植物纤维素，这些也使乙醇作为替代液体燃料的大规模利用难 以实现。 中国专利公开号CN1370217涉及用生物质预水解方法获得的一种催化纤维木质 素燃料，该纤维木质素燃料是由纤维素和成球的木质素组成，其比表面积约1. 5-2. 5m2/g， 并可被碾碎为小于250ym的颗粒。由于含有相当量低热值的纤维素(约17.3kJ/g)，其 燃烧热值只可达18-20kJ/g，能量密度不高，低于标准煤的热值(约29kJ/g)，且是粉末状 固体燃料，因此单独使用只能作为普通燃料，不能作为内燃机的动力燃料来使用。其它利 用固体粉末或颗粒作为内燃机燃料的专利申请还有利用煤粉作为内燃发动机的燃料(专 利申请公开号CN86104451)，内燃煤机(CN2318407)，柴草内燃机(CN1043368)，粉末燃料 活塞式内燃机(CN2066896)，可燃粉末内燃机(CN1916381)，利用火药作为固体燃料内燃机 (CN2167197)。单独利用固体粉末或颗粒作为目前利用液态燃料的内燃机需要完全重新设 计改进现有内燃机的燃料输送供给方式以及点火方式，另外未经处理的固体燃料燃烧后一 般均有固体灰分，因此要求设计有灰分排出结构，这些均使固体粉末燃料难以在交通运输 车辆上得以应用。
综合前述现状，有必要发现新的液体或准液体燃料系统替代或部分替代石化燃料 用于驱动内燃机。
发明内容
本发明内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法，是要解决以下几个问题，第一是 寻找一种具有较高能量密度的生物质材料或其衍生物作为汽油、煤油、柴油的替代能源；第 二是提供一种介于液体和固体之间的准液体燃料全部或部分替代汽油或煤油或柴油，仍然 以汽油、煤油、柴油作为输送载体，以便只需最低限度地改变现有内燃机的结构即可作为内 燃机的燃料，或者将低热值的生物质微粒材料与高能量密度的汽油、煤油、柴油混合后获得 仍然具有较高能量密度的准液体混合燃料作为内燃机的燃料；第三是利用合适的发动机输 油和喷射方法使该准液体能够被输送入内燃机气缸内喷射燃烧。 本发明的第一目的是利用从生物质材料中利用各种方法获得的木素用之于各类 汽油、柴油(轻或重柴油)内燃发动机，作为准"液体"燃料全部或部分替代汽油或柴油燃 料；本发明的第二目的是提供一种合适的方法将该准液体燃料输送入内燃机汽缸内进行喷 射燃烧；本发明的第三目的是等同地利用高能量密度的硝化木素、硝化纤维素、生物质的硝 化产物、糠醛、经脱除灰分杂质或/及经过表面处理后的微米或纳米煤粉或经酸脱除灰分 并研磨破碎后的天然生物质材料、不含有害元素氯、硫或经脱除了氯、硫和金属氧化物等杂 质后的废旧塑料、橡胶粉或它们的混合物代替木素或与前述木素共混后与汽油、柴油等燃 料油为液态载体静态或动态地混合形成半流体的悬液或准乳化液作为仍然具有较高能量 密度的内燃机准液体燃料；本发明的第四目的是提供一种使固体粉末或颗粒在汽油和柴油 中微米或纳米化的方法。 木素的优点之一是热值高，是含能最高的天然高分子化合物，由于其比重大于目
前所使用的汽油、柴油，其单位体积的燃烧热与汽油、柴油相当( 36kJ/cm3)，可比目前作
为替代能源的乙醇(燃烧热大约30kJ/g)高1. 5倍。根据资料，木素的燃烧热为26. 6kJ/g，
又据资料，脱除灰分的盐酸或硫酸木素的燃烧热更高，如云杉盐酸木素的燃烧热是110kJ/
g，硫酸木素的燃烧热是109. 6kJ/g，另外，由于与纤维素结构的一维方向性不同，木素结构
的方向性不明显，容易形成球状颗粒，因此可以容易地通过研磨，如使用胶体磨，縮小木素
颗粒大小至微米或纳米级，形成高比表面积，使木素的实际燃点降低并容易在内燃机内点
燃和进行燃烧，当与柴油混合时不致于引起柴油十六烷值的过分降低。再者，木素容易从生
物质材料中直接提取，是造纸工业的废弃物和污染源，不象生物乙醇那样需要利用粮食作
为原料，或者利用纤维素进行复杂的处理后作为原料进行发酵生产。正是因为木素具有这
些特点和优点，木素比生物燃料乙醇更具有优势作为石油石化能源的替代能源，因此，可以
利用木素热值高的特点，直接将木素粉末注射入汽缸燃烧驱动汽缸活塞做功。 虽然具有优点，但常温使用状态下木素不溶于汽油、煤油、柴油，要利用木素首先
需要解决的是如何将木素与常规的液体燃料如汽油、煤油、柴油的有效混合并输送入发动
机汽缸内喷射点火迅速燃烧，显然，通过机械晃动、震动、搅拌的方法动态地保持它们的相
互混合和流动性是直接且简单易行的技术方案，或利用合适的表面活性剂使汽油或煤油或
柴油等燃料油与木素形成均匀混合的乳化液或准乳化液也是优选的方案。木素比重大，倾
向于下沉，但在震动或搅拌状态下尚能形成亚稳定的悬液。为了保持悬液状态便于定量输送入发动机汽缸，该悬液须在搅拌或震动(目前的手扶拖拉机用柴油机油箱与发动机汽缸 安装在同一个支架上，如江苏常动牌R170型柴油机，发动机运行时的震动即可自动保持油 箱的震动，因此该震动状态可以通过将该油箱与发动机汽缸固定在同一个支架上，利用汽 缸的震动带动油箱的不停震动)、摇动状态下通过喷油泵直接经过喷油器喷入汽缸内。或者 为发动机配置两个油箱，其中一个油箱是传统的汽油或煤油或柴油油箱，另外一个油箱则 是带有搅拌器的油箱，或者该油箱处于摇动状态或处于震动状态，用来盛装含有木素与汽 油或煤油或柴油相混合的燃料，两个油箱分别配置高压喷油泵分别将各自的燃油按设定的 比列经各自的喷油器泵入汽缸；或者将喷油器改造成为双油路的喷射结构，在喷射后木素 与汽油或煤油或柴油在汽缸内得到充分混合燃烧。 汽油发动机是先在化油器内形成油和空气的混合气再经点燃后燃烧，含有木素的
汽油在喷雾后与空气混合时容易造成在未点火燃烧前木素的下沉，因此，汽油发动机最好
配置两个油箱，其中之一为传统的油箱按现有方式提供油气混合气进入汽缸，另外一个油
箱盛装含木素的油箱，在点火前的一瞬间，通过高压喷油泵将含木素的汽油泵入汽缸内。 为方便加油站计量销售，使用方法是将木素粉末或与燃料油预先混合后的木素通
过管道计量泵入带搅拌器或震动的油箱内；或包装成袋，使用时将木素或与燃料油预先混
合后的木素倾倒入油箱内。 木素或其它可燃固体粉末或颗粒在燃料油如汽油或煤油或柴油中研磨，一方面可 以继续縮小粉末颗粒尺寸直至微米、纳米尺度，增加颗粒表面积(以利于固体粉末的点火 和燃烧，解决一般固体粉末燃点高，比石化燃料难燃的缺点)的同时可以避免其与空气中 水分子，氧气分子等杂质分子接触发生化学或物理反应或吸附杂质分子的作用，促使其与 添加入的表面活性物质(如醇类、酮类、酯类、醚类等)以及燃料油分子产生表面吸附作用， 利于在静态或动态时形成悬液。 木素尤其是细小颗粒的木素遇空气中氧气或光照下容易被氧化而变深颜色，因 此，添加适合的抗氧化剂有助于解决此问题。木素在酸性条件下易于发生縮合縮聚反应， 因此，维持或在添加入燃料油中之前维持弱碱性或添加微量蒽醌有助于防止木素縮合的发 生。 纤维素的燃烧值较低，因此纤维素颗粒本身单独直接作为内燃机的燃料非最优技 术方案。但硝化纤维素具有易燃烧的特点，因此可以替代木素与汽油或煤油或柴油混合配 制前述准液体燃料。硝化木素颗粒也具有易燃和高能量密度的特点，因此同样可以替代木 素与汽油或煤油或柴油混合配制前述准液体燃料。全量的生物质经过硝化处理除了得到硝 化纤维素和硝化木素外还可以得到硝化淀粉、硝化酯、硝化蛋白、硝化半纤维素、硝化松柏 椁、硝化壳糖、硝化胶质等硝化物质以及非硝化物质如丙二酸二乙酯、甲醇、环氧乙烷，这些 硝化或非硝化物质也同样可以作为木素替代品与汽油或或煤油或柴油混合配制前述准液 体燃料，同理，硝化甘油、硝化碳氢化合物(如硝基甲苯)、硝酸铵，以及来自于酸水解生物 质得到的糠醛也可以作为木素的替代物。由于在硝化过程中的条件不同，其含氮也不同，溶 解度也互有差异，含氮量过高者为爆炸品，因此，作为燃料使用的硝化物首选低硝化度者。 考虑到硝化物属于易爆品，在与汽、柴油、煤油混合前不宜完全脱水，其中水分可以在硝化 物与油品混合后再将吸水剂如氧化钙、氯化钙、硅胶等放入脱除多余水分；同样的方法可以 用于脱除木素与燃油混合时及下述煤粉等与燃油混合时多余的水分。
利用煤粉替代木素与汽油或柴油等燃料油混合配制前述准液体燃料的方法如下 首先优选灰分杂质少，氮、硫、磷、氟、氯、砷含量低的煤炭，并进行筛选研磨等处理。也即，为 了提高煤粉质量使之适合在内燃机内燃烧，使用浮选精煤或水洗煤进行研磨加工、微米或 纳米化，筛除煤炭中不能充分燃烧的成份及产生污染的硫、灰分等杂质，通过水洗选、磁选 等除去部分矿物质颗粒或溶解洗涤部分水溶性氮、硫、磷、氟、氯、砷化合物，再碱洗脱除氧 化硅、氧化铝、腐殖酸等，酸洗脱除金属氧化物。所得煤粉再经过脱水后与汽油或煤油或柴 油进行混合搅拌。另外，还可以用具有与煤炭同样或相似性质的焦炭，具有较好润滑性能的 石墨、炭黑、碳60等代替煤粉与汽油或煤油或柴油混合配制前述准液体燃料。
煤炭经粉碎，碱洗，酸洗，脱水后，所得煤粉颗粒表面易于保留吸附的水分子、氧分 子或氧原子，因此，在此状态下颗粒不宜研磨至太小，如最小达到微米尺度即可。为了进一 步除去水分和氧，所得煤粉在高温条件下通过加氢或一氧化碳还原或加热通氮气流脱除颗 粒表面吸附的水分和分子或原子氧，最好在惰性气体保护下再直接倾倒入燃料油内进一步 在隔绝空气的条件下再研磨至微米或纳米大小，以形成类似水煤浆的"油煤浆"的目的。
类似或等同地，与利用煤粉相类似，不含有害元素氯、硫的废旧塑料或者经脱氯脱 硫后的废旧塑料也可以通过研磨粉碎过筛得到微米小颗粒后加入燃料油中，或者进一步的 利用酸洗、碱溶方法除去废旧塑料微小颗粒中的金属或非金属氧化物，以及碳酸钙添加剂 等杂质后再加入燃料油中作为前述准液体燃料。 —般全量的生物质材料(如林木、柴草或农业废弃物秸秆、利用后的生物质残渣 如甘蔗渣、糠醛渣等)含有一定量的氧化硅和一些金属氧化物灰分，因此，作为内燃机准液 体燃料的一部分，需要利用盐酸或硫酸或硝酸处理的方法脱除金属氧化物灰分，以及再利 用氢氟酸脱除氧化硅灰分。将脱除灰分的全量生物质材料颗粒(主要含有半纤维素、纤维 素、木素)水洗过滤至中性后，烘干脱水并研磨至微小颗粒后直接与汽油或煤油或柴油混 合获得含全量生物质材料的准液体燃料。
图1为本发明中对传统喷油器的改造剖视示意图以及附属的准液体燃料油输送 系统示意图。 图2为图1中附属的准液体燃料油输送系统中出油阀相关结构剖视示意图。
具体实施方式
实施例1 本发明利用木素热值高，颗粒小，提取容易或来源于造纸等行业的副产品，具有成 本低的优点，直接将木素流体态粉末注射入柴油机汽缸内压縮燃烧做功，此时相当于混合 有0%的汽油或柴油。试验所用木素为市售碱木素(由新沂市经纬科技有限公司提供，主 要技术指标外观棕(黄)褐色粉末水不溶物《1. 5% ra值8 10水份《7. 0%细度80 目通过率^ 95% )。为模拟发动机喷油器工作，利用去掉针头的医用注射器进行喷粉实验。 当木素粉喷向火焰上方时(火焰提供燃烧点火条件)，即可见木素粉末着火燃烧。
实施例2 在100克标号为10号的市售柴油(或利用同样的操作以标号93号的购自于南京市的纯93号汽油代替柴油)中加入约70克或超过70克以上的前述市售木素后(即木素重 量含量大于约40%时)，以油为连续相的悬液变成可流动的半流体状态。试验也发现，木素 具有吸油能力，因此，大量的木素与少量的汽油或柴油混合时，可以避免木素粉末形成粉尘 或吸收空气中的水分粘结成团的问题，使木素成为半流体而被容易地在输油管路中输送。
木素也可进一步用酸洗脱除残余的灰分提高木素燃烧热，酸洗后再经碱中和活化 或同时再添加微量蒽醌起到防止木素縮聚的作用。 作为实例，将100克上述市售柴油(或汽油)放入容器中并依次添加前述市售木 素达10克，15克，20克，25克，30克，35克，40克，45克，50克，55克，60克，65克，70克，75 克，80克，85克，90克，95克，100克，IIO克，120克，130克，140克，150克，200克，250克， 300克，400克，500克，600克，800克，900克，并且在添加后进行晃动或震动或搅拌使木素
与油在动态条件下保持动态的均匀混合。
实施例3 作为示范，将前述市售木素80克添加入市售柴油450克内形成悬液作为准液体燃 料(木素含量为15%，所有含量均为重量含量，下同)。在搅拌或震动或摇晃状态，木素与 柴油形成动态稳定的悬液。将该530克准液体燃料倒入江苏常州常鑫柴油机有限公司生产 的单缸四冲程，喷油器为单孔轴针式R170型柴油机的油箱内(注油箱油出口处的燃油滤 清器必须拆除以便颗粒状的木素可以与燃油一起通过油管进入喷油泵被泵入喷油器而进 入汽缸内燃烧)，在空载状态发动机发动后可以运行65分钟直至油箱内因所剩余的油量太 少而无法供油时停止。运行过程中发动机排烟量与发动机轰鸣声有高低变化现象，这是由 于喷油泵吸入和泵出的木素量不均匀而造成的泵入汽缸的木素量和柴油量不是很均匀的 缘故。在此低木素含量的情况下，油箱本身的震动已足以保证木素与油的均匀混合。
继续增加木素含量，当将100克木素与300克柴油混合后(木素含量25% )用于 上述发动机时，发动机与前述状态一样仍然可以正常工作，工作时间为43分钟。当将120克 木素与280克柴油混合后(木素含量30%)用于上述发动机时，发动机启动较难，运行时容 易熄火，油箱的震动已不能保证木素与油的均匀混合，油箱内的燃料还需要进行不断搅拌， 不然容易造成油路不畅而熄火，但此时仍勉强可以断续的处于工作状态。但当将木素140 克与柴油260克混合后(木素含量35%)用于上述发动机时，即使在搅拌状态下，发动机 由于油路不畅，难以点火启动，也不能稳定运转，但只要通过手动转动飞轮强迫燃料供入汽 缸，还可见发动机气缸内发生爆燃并放出烟气。继续增加木素为160克柴油240克、或木素 200克柴油200克时，即木素含量分别为40%或50%时，同样只要能通过手动转动飞轮方式 启动发动机强迫准液体燃料供入汽缸，也还可见发动机气缸内发生爆燃并放出烟气，说明 限制木素含量增加的主要原因是木素难以通过现有的发动机油路、喷油泵和喷油器。因此 为了能够使用高含量的木素，实施例7提供了双油箱的供油方案。
实施例4 为了进一步减少木素的颗粒大小并促进悬液的动态稳定，上述混合物在隔绝空气 状态下胶体磨中或利用重球滚动进行充分研磨约10分钟并用200目筛过滤。试验发现，将 木素140克与柴油260克混合后(木素含量35% )用于上述发动机时，同样的动态搅拌状 态下，与上述实施例相比，发动机变得可以较平稳地工作，工作时间为45分钟。因此说明， 降低木素颗粒大小可以改善准液体燃料的工作性能和提高木素的添加量。
实施例5 另外，可以现场制造木素并与汽油或柴油混合。作为示范，将100克稻壳洗净后加 入10克氢氧化钠，再加入氢氧化钙饱和溶液加热蒸煮，过滤得到褐色溶液，用稀硫酸中和 该褐色溶液至PH = 4-6，滤纸过滤得到木素及含有少量胶体和其它有机物的"胶态"状半固 体，经过清水洗涤并初步过滤脱水至没有水滴后，取出2克该产物放入5克汽油(或用同样 的操作以柴油代替汽油)并进行摇晃搅拌混合而形成悬液，在该混合悬液内继续分别加入 10克、20克、30克柴油并经充分搅拌摇荡混合仍然可以得到混合的悬液。为了减少混合物 中的水分，利用袋装石灰或其它吸水剂放入燃料油中吸收水分，或者加热使水分沸腾分离。
实施例6 为模拟发动机喷油器工作，利用市售气动喷漆枪进行喷油点火试验。当油壶强力 摇动(模拟油箱震动或摇动或搅拌作用)装有市售碱木素5克、汽油(或柴油)195克，或 木素15克、油185克，或木素25克、油175克，或木素35克、油165克，或木素45克、油155 克，或木素55克、油145克，或木素65克、油135克，或木素80克、油120克时，油气与木素 在气压流的驱动下可以共同喷出，并可被点燃燃烧。因此含木素的燃料油的利用方法是通 过在发动机油箱内装置一个搅拌机或震动或摇动油箱保持木素与燃料油形成稳定的悬液 或半流体，以便喷油泵同时将木素和燃料油经喷油器喷射入发动机汽缸内进行燃烧。
进一步增加木素的含量，如木素135克、油65克，或木素180克、油20克时，则需 要利用可以喷射类似干粉的喷嘴进行喷雾雾化，如利用现有的水煤浆喷嘴结构喷雾方法和 技术，因为是成熟的技术方案，在此不再赘述。同时当木素含量高至使准液体燃料成为可流 动的半固体半流体状态时，输送方式采用螺旋给料方式更有效。
实施例7 为方便发动机利用含木素的燃料油，发动机配置两个油箱，其中一个为现有传统 油箱提供常规的纯汽油或纯柴油，另外一个油箱则配置有搅拌装置或油箱震动或摇荡装置 盛装含纯木素或含部分木素的汽油或柴油。该两个油箱经三通管与喷油泵入口管相连接 (图略)，三通管上的两个控制阀分别控制两个油箱的油管是否可流通入喷油泵，发动机启 动时只开通纯燃料油油阀，保证发动机启动容易，待发动机启动后关闭纯燃料油油阀，开启 含木素的准液体燃料油阀使之进入喷油泵供发动机的工作运行；或者为了动态地清洗喷油 泵和喷油器的输油油路，可以在发动机工作时动态地交替开启和关闭纯燃料油和准液体燃 料供油阀。 或者上述每个油箱分别配置喷油泵，通过两个独立的喷油器将燃料喷入同一个发 动机汽缸(图略)。或者将该两个独立的喷油器合二为一，如图l所示。经喷油泵l的作 用(该油泵还可以以带桨螺旋杆驱动方式将含木素量大的半流体物料输送入喷油器内)， 喷油器内的出油阀4开启，含木素或木素与燃油相混合的燃料从油箱2中沿箭头方向抽送 入或螺旋推入喷油器内腔3，根据喷入汽缸内木素量的要求(在0-100重量％范围内)，通 过计量泵泵入相应体积的准液体燃料，(即在实际应用中，准液体燃料油箱2中可以不含汽 油或柴油，即汽油或柴油的含量为0%，而是通过在喷油器内腔3内的现场混合达到准液体 燃料在内燃机汽缸内所要求的木素含量的要求)。在完成准液体燃料的注入后，内腔10内 的压力降低，出油阀4自动关闭。在准液体燃料泵入喷油器内腔3前，内腔3内有在前次喷 射停止后来自常规油箱内残留的不含木素的燃油，在泵入含木素的燃油的同时部分不含木素的燃油向上回流。因为喷油器内腔3在喷射动作完成后，其内腔压力急剧变小，因此，准 液体燃料的喷油泵1无需是喷油泵即可实现燃料的泵送，低压力下工作减少了粉末或颗粒 对混合油油泵的磨损。在完成准液体燃料的注入后，或在准液体燃料注入停止前适当时间， 纯汽油或纯柴油通过传统的喷油泵(图省略)加压驱动，从出油口 5沿图示箭头进入内腔 3，当喷油器内腔3的内压力达到要求的强度时，按照传统的喷油器设计方案，针阀6被顶开 开始向气缸内喷射内腔3内的高压混合燃料并进行均匀燃烧。 纯汽油或纯柴油入口 5也可以在准液体燃料出油口 4的上方，以便纯燃油在进入 喷油器内腔3时可以对准液体燃料出油口处的出油阀4提供清洗，避免油路的阻塞。因为 燃料中的粉末或颗粒成分比重大于燃油的比重，因此，粉末或颗粒受重力作用处在喷油器 内腔3的下部，每次喷油器喷射，上部的纯燃油对喷油器下部都进行了一次清洗，最大限度 地保持喷油嘴处针阀6表面和其偶合面上没有混合在燃油中的粉末或颗粒物质，减少针阀 6和其偶合面之间的机械磨损，以及燃油喷嘴的阻塞。 为了避免油箱2在摇荡或震动时或利用搅拌器7搅拌时油料与空气的接触，在油 箱2的上方增加一主油箱8，准液体燃料从油箱口 9处进入，沿管道按箭头方向进入油箱2 并保持油箱2始终充满准液体燃料避免空气的进入，再从油箱2经喷油泵1进入喷油器内 腔3。油箱2内或装有搅拌器7或该油箱2以电动驱动使其处在摇动状态，以保证准液体燃 料处于最佳的均匀混合状态。 图2是准液体燃料出油阀4开或闭相关的自动控制机构细节示意图，当然，还可以 是其它类似的控制方案。当喷油器顶针6顶起使混合燃油喷出后，通过内燃机的控制机构 指令喷油泵1开始加压工作，准液体燃料通过阀门4-1上的开口 4-2或另设的其它通道进 入内腔10，当压力大到使出油阀弹簧11所限定的强度时，出油阀4左移导致准液体燃料流 入喷油器内腔3。阀4和4-1通过一连杆相连，当喷油泵1停止加压工作时，出油阀弹簧11 促使阀4处于向右移动的关闭状态。因为喷油泵1可以是低压泵，因此，可以利用传统的喷 油泵或"污泥泵"结构来泵送含微小颗粒的准液体燃料。
实施例8 类似或等同地，具有高能量密度的硝化纤维素或其它硝基碳氢化合物、硝酸铵火 药，可以替代木素与汽油或柴油混合配制前述准液体燃料，但为了避免硝化物易于摩擦点 燃问题和使之易于管道输送，须将其与燃油充分浸润混合，其最大含量不超过90% 。硝化木 素颗粒也具有易燃和高能量密度的特点，因此同样可以替代木素与汽油或柴油混合配制前 述准液体燃料。生物质经过硝化处理除了得到硝化纤维素和硝化木素外还可以得到硝化淀 粉、硝化酯、硝化蛋白、硝化五碳糖(硝化半纤维素)、硝化松柏椁、硝化壳糖、硝化胶质等硝 化物质，以及生物质酸水解产物糠醛等，也同样可以作为木素的替代品与汽油或柴油混合 配制前述准液体燃料。考虑到硝化物属于易爆品，在与汽、柴油混合前不宜完全脱水，其中 水分可以在硝化物与油品混合后再将吸水剂如氧化钙、氯化钙、硅胶等放入脱除多余水分。
实施例9 类似或等同地，煤粉替代木索与汽油或柴油混合配制前述准液体燃料，但为了使 煤粉被燃油充分浸润便于管道输送，煤粉最大含量为90%。首先优选灰分杂质少，氮、硫、 磷、氟、氯、砷含量低的煤炭，并进行筛选研磨等处理。也即，为了提高煤粉质量使之适合在 内燃机内燃烧，使用浮选精煤或水洗煤进行研磨加工过筛200目以上、使之微米或纳米化，筛除煤炭中大颗粒及不能充分燃烧的成份及产生污染的硫、灰等杂质，通过水洗选、磁选等 除去部分矿物质颗粒或溶解洗涤部分水溶性氮、硫、磷、氟、氯、砷化合物，再碱洗脱除氧化 硅、氧化铝、腐殖酸等，酸洗脱除金属氧化物。所得煤粉再经过脱水后与汽油或柴油进行混 合搅拌。另外，还可以用具有与煤炭同样或相似性质的焦炭，具有较好润滑性能的石墨、碳 60、木炭等代替煤粉与汽油或柴油混合配制前述内燃机准液体燃料。 煤炭经粉碎，碱洗，酸洗，脱水后，所得煤粉颗粒表面易于保留吸附的水分子、氧分 子或氧原子，因此，在此状态下颗粒不宜研磨至太小，如最小达到微米尺度即可直接倾倒入 燃料油内进一步在隔绝空气的条件下再研磨至微米或纳米大小，以形成类似水煤浆的"油 煤浆"的目的。为了进一步除去水分和氧，所得煤粉在高温条件下通过加氢或一氧化碳还原 或加热通氮气流脱除颗粒表面吸附的水分和分子或原子氧，最好在惰性气体保护下再直接 倾倒入燃料油内进一步在隔绝空气的条件下再研磨至微米或纳米大小，以形成类似水煤浆 的"油煤浆"的目的。常规的工艺技术过程，如洗选过程、加氢技术、一氧化碳还原等即不再 赘述。 实施例10 类似或等同地，与利用煤粉相类似，不含有害元素氯、硫的废旧塑料或橡胶或者经 脱氯脱硫后的废旧塑料或橡胶也可以通过研磨粉碎过200目筛得到微米小颗粒后加入燃 料油中，或者进一步的利用酸洗、碱溶方法除去废旧塑料微小颗粒中的金属或非金属氧化 物，以及碳酸钙添加剂等杂质后再加入燃料油中作为前述内燃机的准液体燃料。
实施例11 类似或等同地，全量的生物质材料(如林木、柴草或农业废弃物秸秆或其加工后
的剩余物糠醛渣、甘蔗渣)制成的微小颗粒用作为内燃机准液体燃料的一部分，与利用煤
粉相类似，为了保持颗粒被燃油浸润便于管道输送，同时增加准液体燃料的总体燃烧热值
(生物质的平均热值较低只是约标准煤的一半)，燃油的含量须高于10 % 。作为示范，0. 5公
斤杂木木粉放入1升10%硫酸溶液中，煮沸30分钟后，过滤掉水分，再加入1. 5升清水中，
用氢氧化钠中和至中性，挤压过滤水分后，再用清水洗涤2次并挤压出水分，放入烘箱内
11(TC温度烘烤20分钟，再用玛瑙磨具研磨该木粉至过100目筛，按前述方法直接与10%以
上的汽油或煤油或柴油混合即可获得含全量生物质材料的准液体燃料。经过酸处理，木粉
中的金属氧化物可以被大部分脱除，当然也有部分纤维素因水解而流失。 上述实施例给出了利用本发明的示范举例，不是对本发明可以实际利用范围的限定。
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权利要求
一种内燃机准液体燃料，其特征在于，微小或纳米颗粒状可燃物质与燃料油为液态载体静态或动态地混合形成悬液或半流体。
2. 如权利要求1所述的内燃机准液体燃料，其特征在于，所述的可燃物质是木素，其含 量范围为0% -90%或90% -100%。
3. 如权利要求1所述的内燃机准液体燃料，其特征在于，所述的可燃物质是硝化木 素或硝化纤维素或硝化半纤维素或生物质的硝化产物或硝化碳氢化合物或糠醛或硝酸 铵或经脱除灰分杂质处理后的煤粉或废旧塑料粉或全量的生物质材料颗粒，其含量为 0% -90%。
4. 如权利要求1所述的内燃机准液体燃料，其特征在于，所述的燃料油为汽油或柴油。
5. 如权利要求1所述的内燃机准液体燃料，其特征在于，所述的可燃物质在燃料油中 隔绝空气进行研磨。
6. —种内燃机准液体燃料的输送和喷射方法，其特征在于，内燃机配置两个油箱，其中 之一为现有传统油箱结构盛装纯燃料油，另外一个油箱盛装含微小或纳米颗粒状可燃物质 的燃料油。
7. 如权利要求6所述的内燃机准液体燃料的输送和喷射方法，其特征在于，含微小或 纳米颗粒状可燃物质的燃料油箱内安置有搅拌装置或该油箱保持处于摇荡或振动状态。
8. 如权利要求6所述的内燃机准液体燃料的输送和喷射方法，其特征在于，内燃机汽 缸配置两个喷油器，使含与不含微小或纳米颗粒状可燃物质的燃料油分别经独立的喷油器 喷出后在汽缸内均匀混合燃烧。
9. 如权利要求6所述的内燃机准液体燃料的输送和喷射方法，其特征在于，内燃机的 喷油器具有两个油料通道分别泵入含和不含微小或纳米颗粒状可燃物质的燃料油，在同时 经喷油器喷出后在汽缸内混合燃烧。
10. 如权利要求9所述的内燃机准液体燃料的输送和喷射方法，其特征在于，含微小或 纳米颗粒状可燃物质的燃料油在低压下先泵入喷油器，再由高压喷油泵泵入纯燃料油后喷 入汽缸。
全文摘要
本发明内燃机准液体燃料及其输送和喷射方法，特别是关于利用微小或纳米颗粒状固体、或半固体或胶体或流体高能可燃物质(如各种方法得到的木素或加工提取后得到的木素如碱木素，酸木素、中性木素、硝化木素、硝化纤维素、硝化半纤维素、生物质的硝化产物、经脱除灰分杂质处理后的煤粉、经酸脱除生物质中灰分后研磨破碎后的天然生物质材料)与汽油、柴油等燃料油为液态载体静态或动态地混合形成悬液或乳化液替代石化燃料作为内燃机燃料的方法。
文档编号F02M37/00GK101768487SQ20091000344
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者秦才东 申请人:秦才东