JP2014101789A - 固体燃料用の内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室で固体燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関において固体燃料の燃焼残渣（燃焼により生じた残渣）による不具合の発生を防止できるようにする。
【解決手段】クランク軸１２を中心に回転可能に配置された集合回転体１３に、燃焼室１８を有するシリンダ１４を一体的に回転可能に設け、モータで集合回転体１３（燃焼室１８）を回転駆動することで遠心力を発生させる。そして、燃焼室１８の回転中心側から燃焼室１８内へ固体燃料を供給する燃料供給パイプ１５を設けることで、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室１８内へ強制的に移動させて供給する。更に、燃焼室１８の回転外周側に固体燃料の燃焼残渣を排出する排気ポート２２を設けることで、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室１８の回転外周側へ強制的に移動させて排気ポート２２から排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室で固体燃料を燃焼させて動力を発生させる固体燃料用の内燃機関に関する発明である。

将来の化石燃料の枯渇や高騰に備えて、熱機関の燃料として固体燃料（例えば木材のチップ等の木質燃料やマグネシウム等の金属の酸化反応を利用する燃料等）を使用することが検討されている。固体燃料を使用する技術として、例えば、特許文献１（特公昭６１−５８６５７号公報）では、燃焼室でマグネシウムやアルミニウム等の固体燃料を燃焼させて、その燃焼熱を熱交換器で作動流体に熱移動させ、この作動流体で動力を発生させる外燃機関が開示されている。

特公昭６１−５８６５７号公報

しかし、外燃機関は、機関外部の燃焼室で燃料を燃焼させるため、構成が複雑になるという欠点があり、更に、構成の複雑化に加えて比出力（単位容積当りの出力）が小さいため、機関全体が大型になるという欠点もある。

そこで、本出願人は、固体燃料を使用する内燃機関を研究している。しかし、固定燃料の燃焼後には、燃焼残渣（燃焼により生じた残渣）が残る。例えば、木質燃料の場合には燃焼残渣として灰が残り、金属の酸化反応を利用する燃料の場合には燃焼残渣として酸化物が残る。また、固体燃料は、表面積を大きくして燃焼速度や燃焼効率を高めるために粉末状や粒子状或はフレーク状（薄片状）の形態で用いられるため、燃焼残渣も固体で粉末状や粒子状或はフレーク状の形態となる。このため、機関内部の燃焼室で燃料を燃焼させて動力を発生させる内燃機関では、固体燃料を使用すると、燃焼室内で燃焼残渣が可動部の隙間（例えばピストンとシリンダとの間の隙間等）に噛み込まれて内燃機関の作動を阻害するという不具合が発生する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、固体燃料の燃焼残渣による不具合の発生を防止することができる固体燃料用の内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃焼室（１８，４３）で固体燃料を燃焼させて動力を発生させる固体燃料用の内燃機関であって、燃焼室（１８，４３）が軸体（１２，２９，３９）の周りを回転可能に設けられ、燃焼室（１８，４３）を回転駆動する駆動源（２６）と、燃焼室（１８，４３）の回転中心側から燃焼室（１８，４３）内へ固体燃料を供給する燃料供給手段（１５，４５）と、燃焼室（１８，４３）の回転外周側に設けられて固体燃料の燃焼により生じた残渣を排出又は回収する残渣処理手段（２２，３７，４７）とを備えた構成としたものである。

この構成では、駆動源で燃焼室を回転駆動することで遠心力を発生させることができる。そして、燃焼室の回転中心側から燃焼室内へ固体燃料を供給する燃料供給手段を設けることで、燃焼室の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室内へ移動させて供給することができる。更に、燃焼室の回転外周側に固体燃料の燃焼残渣（燃焼により生じた残渣）を排出又は回収する残渣処理手段を設けることで、燃焼室の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室の回転外周側へ強制的に移動させて排出又は回収することができる。これにより、固体燃料の燃焼残渣による不具合（例えば燃焼室内で燃焼残渣が可動部の隙間に噛み込まれて内燃機関の作動を阻害するという不具合）の発生を防止することができる。また、外燃機関に比べて構成を簡素化することができると共に小型化することができるという利点もある。

図１は本発明の実施例１における内燃機関の断面図である。 図２は実施例１の内燃機関の側面図である。 図３は燃料位置Ｙとピストン位置Ｘの算出方法を説明する図である。 図４は集合回転体の回転速度と固体燃料又は燃焼残渣の移動距離との関係の一例を示す図である。 図５は吸気行程及び圧縮行程を説明する図である。 図６は膨張行程及び排気行程を説明する図である。 図７は実施例２の内燃機関の断面図である。 図８は実施例２の内燃機関の側面図である。 図９は実施例３の内燃機関の断面図である。 図１０は実施例３の内燃機関の側面図である。 図１１は実施例４の内燃機関の吸気行程及び膨張行程の状態を示す断面図である。 図１２は実施例４の内燃機関の圧縮行程及び排気行程の状態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１及び図２に基づいて内燃機関１１の概略構成を説明する。

内燃機関１１の中心には、クランク軸１２（軸体）が回転可能に配置され、このクランク軸１２の外周側に、集合回転体１３がクランク軸１２を中心に回転可能に配置されている。この集合回転体１３には、複数（例えば四つ）のシリンダ１４と複数（例えば四つ）燃料供給パイプ１５（燃料供給手段）等が一体的に回転可能に設けられている。各シリンダ１４には、それぞれシリンダ１４内で往復運動するピストン１６が設けられ、シリンダ１４とピストン１６とシリンダヘッド１７によって燃焼室１８が形成されている。これにより、各燃焼室１８がそれぞれクランク軸１２を中心にしてクランク軸１２の周りを回転可能に設けられている。

各シリンダ１４は、円周方向に等間隔で配置され、それぞれピストン１６の往復運動の方向が燃焼室１８の回転（集合回転体１３の回転）に対して直角方向になるように配置されている。これにより、軸体１２の周りに複数のシリンダ１４がバランス良く配置されている。

各シリンダ１４のピストン１６は、それぞれコンロッド１９を介してクランク軸１２のクランクピン１２ａに連結され、これらのコンロッド１９とクランクピン１２ａによってピストン１６の往復運動がクランク軸１２の回転運動に変換されるようになっている。これらのコンロッド１９とクランクピン１２ａ等が特許請求の範囲でいうクランク機構としての役割を果たす。

各シリンダ１４には、それぞれ燃焼室１８の回転中心側（クランク軸１２側）から燃焼室１８内へ固体燃料（例えば木材のチップ等の木質燃料やマグネシウム等の金属の酸化反応を利用する燃料等）を供給する燃料供給パイプ１５が接続され、各燃料供給パイプ１５には、それぞれ固体燃料の供給を停止するための燃料供給停止バルブ２５（燃料供給停止手段）が開閉可能に設けられている。燃料供給停止バルブ２５は、モータ等で駆動される電気駆動式であっても良いし、カム軸（図示せず）等に機械的に連結されて駆動される機械駆動式であっても良い。

各シリンダ１４のシリンダヘッド１７には、それぞれ吸気ポート２０を開閉する吸気バルブ２１と排気ポート２２を開閉する排気バルブ２３が設けられている共に点火プラグ２４が設けられている。吸気バルブ２１は、シリンダヘッド１７のうちの燃焼室１８の回転方向（図１中に矢印Ａで示す方向）の前面側（進角側）に配置され、排気バルブ２３は、シリンダヘッド１７のうちの燃焼室１８の回転方向の後面側（遅角側）に配置されている。また、シリンダヘッド１７（つまり燃焼室１８の回転外周側）に設けられた排気ポート２２が、固体燃料の燃焼残渣（燃焼により生じた残渣）を排出する残渣処理手段としての役割も果たす。

図２に示すように、集合回転体１３は、モータ２６の回転軸に連結され、このモータ２６が集合回転体１３と一体的に燃焼室１８を回転駆動する駆動源となる。一方、クランク軸１２は、モータジェネレータ２７の回転軸に連結されている。
次に、内燃機関１１の作動についてを説明する。尚、内燃機関１１の制御は、図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）等によって行う。

［始動］
内燃機関１１を始動する場合には、まず、モータ２６で集合回転体１３を回転駆動して集合回転体１３と一体的に燃焼室１８を回転させ、集合回転体１３の回転速度（＝燃焼室１８の回転速度）が所定値以上になるまで集合回転体１３の回転速度を上昇させる。ここで、所定値は、固体燃料の燃焼残渣による不具合を防止するのに必要な遠心力（例えば固体燃料の燃焼残渣をピストン１６よりも早く燃焼室１８の回転外周側へ移動させるのに必要な遠心力）が発生する回転速度に設定される。

図３に示すように、燃焼室１８の回転半径をＲ、燃焼室１８の角速度をωとし、ピストン１６のストローク長を２ｒ、コンロッド１９の長さをＣとした場合、燃料位置Ｙ（固体燃料又は燃焼残渣の位置）とピストン位置Ｘは、それぞれ下記の（１），（２）式で表すことができる。

ここで、ｙは固体燃料又は燃焼残渣の初期位置で、ｖは固体燃料又は燃焼残渣の初期速度である。
図４は、集合回転体１３の回転速度と固体燃料又は燃焼残渣の移動距離（ピストン１６の往復移動時間中に遠心力により固体燃料又は燃焼残渣が移動する距離）との関係の一例を示したものである。

例えば、一気筒５００ｃｃでスクエアストロークの場合、シリンダ１４のボア径（内径）とピストン１６のストローク長はそれぞれ８６ｍｍとなる。クランク軸１２の相対回転速度（クランク軸１２と集合回転体１３の回転速度差）を１５００ｒｐｍとした場合、ピストン１６の往復移動時間（ピストン１６がシリンダ１４内を一往復するのに必要な時間）は４０ｍｓとなる。図４は、ピストン１６の往復移動時間を４０ｍｓとし、燃焼室１８の回転半径Ｒを２００ｍｍとして、上記（１）式を用いて求めたものである。この図４から固体燃料又は燃焼残渣がピストン１６の往復移動時間中に距離８６ｍｍ（＝ボア径又はストローク長）を移動するためには少なくとも２００ｒｐｍが必要なことが判る。

モータ２６で集合回転体１３を回転駆動して集合回転体１３と一体的に燃焼室１８を回転させて、集合回転体１３とクランク軸１２とに回転速度差が生じると、シリンダ１４内でピストン１６が往復運動して燃焼室１８の容積が変化するが、集合回転体１３の回転速度が所定値に達するまでは、吸気バルブ２１と排気バルブ２３の制御により燃焼室１８内の圧力を逃がすデコンプレッションを行うと共に、燃料供給停止バルブ２５を閉弁して燃焼室１８内への固体燃料の供給を停止する。

その後、集合回転体１３（燃焼室１８）の回転速度が所定値以上になったときに、デコンプレッションを終了すると共に固体燃料の供給を開始して、燃焼室１８で固体燃料を燃焼させて動力を発生させる処理を次のようにして行う。

［吸気行程（燃料供給）］
図５（ａ）に示すように、吸気行程では、吸気バルブ２１が開弁して、ピストン１６の下降（回転中心方向への移動）による燃焼室１８の容積拡大によって吸気ポート２２から燃焼室１８内に新気（空気）が導入される。尚、吸気バルブ２１は、ピストン１６の上死点直前（燃焼室１８の容積が最小になる直前）で開弁しても良い。吸気行程後半（例えば−３０ｄｅｇ）で、燃料供給停止バルブ２５を開弁して、燃料供給パイプ１５から燃焼室１８内へ粒子状の固体燃料Ｆ（例えばマグネシウム）を供給する。この際、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料Ｆを回転中心側から燃焼室１８内へ強制的に移動させて供給することができる。尚、圧縮行程前半で燃料供給停止バルブ２５を開弁して固体燃料を供給するようにしても良い。

［圧縮行程（点火）］
図５（ｂ）に示すように、圧縮行程では、吸気バルブ２１と排気バルブ２３が両方とも閉弁して、ピストン１６の上昇（回転中心方向と反対方向への移動）による燃焼室１８の容積縮小によって燃焼室１８内の空気が圧縮される。この際、例えば、集合回転体１３の回転速度が５００ｒｐｍであれば、固体燃料Ｆがピストン１６よりも早く燃焼室１８の回転外周側へ移動する。圧縮行程後半（例えば１５０ｄｅｇ）で、点火プラグ２４により点火する。

［膨張行程（燃焼）］
図６（ｃ）に示すように、膨張行程では、吸気バルブ２１と排気バルブ２３が両方とも閉弁した状態で、固体燃料Ｆが燃焼して燃焼室１８内の圧力が上昇し、ピストン１６が回転中心方向に押されて燃焼室１８の容積が拡大する。この際、燃焼室１８内には、固体燃料Ｆの燃焼により燃焼残渣Ｚが生じる。

［排気行程］
図６（ｄ）に示すように、排気行程では、排気バルブ２３が開弁して、ピストン１６の上昇（回転中心方向と反対方向への移動）による燃焼室１８の容積縮小によって燃焼室１８内の燃焼ガスと固体燃料の燃焼残渣Ｚが排気ポート２２から排出される。この際、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣Ｚを燃焼室１８の回転外周側へ強制的に移動させて排気ポート２２から排出することができる。例えば、集合回転体１３の回転速度が６００ｒｐｍであれば、燃焼残渣Ｚがピストン１６よりも早く燃焼室１８の回転外周側へ移動する。

［出力］
内燃機関１１の運転中は、固体燃料の燃焼による熱エネルギで駆動されるピストン１６の往復運動をクランク機構（コンロッド１９とクランクピン１２ａ等）によりクランク軸１２の回転運動（回転中の集合回転体１３に対する相対的な回転運動）に変換し、このクランク軸１２の動力でモータジェネレータ２７を回転駆動することで、モータジェネレータ２７で発電して電力を出力する。

以上説明した本実施例１では、モータ２６で集合回転体１３（燃焼室１８）を回転駆動することで遠心力を発生させることができる。そして、燃焼室１８の回転中心側から燃焼室１８内へ固体燃料を供給する燃料供給パイプ１５を設けたので、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室１８内へ強制的に移動させて供給することができる。更に、燃焼室１８の回転外周側に固体燃料の燃焼残渣（燃焼により生じた残渣）を排出する排気ポート２２を設けたので、集合回転体１３の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室１８の回転外周側へ強制的に移動させて排気ポート２２から排出することができる。これにより、固体燃料の燃焼残渣による不具合（例えば燃焼室１８内で燃焼残渣がピストン１６とシリンダ１４との間の隙間に噛み込まれて内燃機関１１の作動を阻害するという不具合）の発生を防止することができる。また、外燃機関に比べて構成を簡素化することができると共に小型化することができるという利点もある。

また、本実施例１では、モータ２６で集合回転体１３（燃焼室１８）を回転駆動して集合回転体１３（燃焼室１８）の回転速度が所定値以上になったときに燃焼室１８内に固体燃料を供給して燃焼させるようにしたので、燃焼室１８の回転速度が所定値以上で、十分な遠心力（例えば固体燃料の燃焼残渣による不具合を防止するのに必要な遠心力）を得られる状態になってから、燃焼室１８内に固体燃料を供給して燃焼させることができ、固体燃料の燃焼残渣による不具合を確実に防止することができる。

更に、本実施例１では、集合回転体１３（燃焼室１８）の回転速度が所定値に達するまで固体燃料の供給を燃料供給停止バルブ２５により停止するようにしたので、燃焼室１８の回転速度が所定値よりも低く、十分な遠心力が得られない期間は、燃料供給停止バルブ２５により固体燃料の供給を確実に停止することができる。

また、本実施例１では、集合回転体１３（燃焼室１８）の回転速度が所定値に達するまで燃焼室１８内の圧力を逃がすデコンプレッションを行うようにしたので、燃焼室１８の回転速度が所定値に達するまでは燃焼室１８内の圧力上昇による回転負荷トルクの増加を抑制することができ、燃焼室１８の回転速度を速やかに所定値以上に上昇させることができる。

次に、図７及び図８を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、図７に示すように、内燃機関２８の中心に、複数（例えば二つ）の軸体２９が同軸上に回転可能に配置されている（例えば第１の軸体の外周側に筒状の第２の軸体が配置されている）。これらの軸体２９の外周側に、集合回転体３０が回転可能に配置され、この集合回転体３０に、複数（例えば四つ）のシリンダ１４と複数（例えば四つ）の燃料供給パイプ１５等が一体的に回転可能に設けられている。

各シリンダ１４は、円周方向に等間隔で配置され、それぞれピストン１６の往復運動の方向が燃焼室１８の回転（集合回転体３０の回転）に対して接線方向になるように配置されている。これにより、軸体２９の周りに複数のシリンダ１４がバランス良く配置されている。

各軸体２９には、それぞれ複数（例えば二つ）のアーム３１が一体的に回動可能に取り付けられ、各シリンダ１４のピストン１６は、それぞれコンロッド１９を介してアーム３１に連結されている（例えば点対称の位置にある一対のピストン１６がそれぞれ同じ軸体２９のアーム３１に連結されている）。これらのコンロッド１９とアーム３１によってピストン１６の往復運動が軸体２９の揺動運動（回転方向の振動）に変換されるようになっている。これらのコンロッド１９とアーム３１等が特許請求の範囲でいうリンク機構としての役割を果たす。

吸気バルブ２１は、シリンダヘッド１７の内径側（回転中心側）に配置され、排気バルブ２３は、シリンダヘッド１７の外径側（回転外周側）に配置されている。
図８に示すように、集合回転体３０は、モータ２６の回転軸に連結されている。一方、複数（例えば二つ）の軸体２９は、それぞれ異なるモータジェネレータ２７の回転軸に連結されている。

［始動］
内燃機関２８を始動する場合には、まず、モータ２６で集合回転体３０を回転駆動すると共にモータジェネレータ２７で軸体２９（アーム３１）を回転駆動して、集合回転体３０と軸体２９とを同一の回転速度で回転させながら、集合回転体３０（燃焼室１８）の回転速度が所定値以上になるまで集合回転体３０及び軸体２９の回転速度を上昇させる。

その後、集合回転体３０及び軸体２９の回転速度が所定値以上になったときに、始動完了するまでピストン１６が所定の振幅で往復運動するように軸体２９（アーム３１）の回転速度を変化させる。この際、二つの軸体２９が互いに反対方向の振幅で動くように制御する。

［吸気行程（燃料供給）］
吸気行程では、吸気バルブ２１が開弁して、吸気ポート２２から燃焼室１８内に新気（空気）が導入される。尚、吸気バルブ２１は、ピストン１６の上死点直前（燃焼室１８の容積が最小になる直前）で開弁しても良い。吸気行程後半で、燃料供給停止バルブ２５を開弁して、燃料供給パイプ１５から燃焼室１８内へ固体燃料を供給する。この際、集合回転体３０の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室１８内へ強制的に移動させて供給することができる。尚、圧縮行程前半で燃料供給停止バルブ２５を開弁して固体燃料を供給するようにしても良い。

［圧縮行程（点火）］
圧縮行程では、吸気バルブ２１と排気バルブ２３が両方とも閉弁して、燃焼室１８内の空気が圧縮され、圧縮行程後半で、点火プラグ２４により点火する。

［膨張行程（燃焼）］
膨張行程では、吸気バルブ２１と排気バルブ２３が両方とも閉弁した状態で、固体燃料が燃焼して燃焼室１８内の圧力が上昇し、ピストン１６が押されて燃焼室１８の容積が拡大する。この際、燃焼室１８内には、固体燃料の燃焼により燃焼残渣が生じる。

［排気行程］
排気行程では、排気バルブ２３が開弁して、燃焼室１８内の燃焼ガスと固体燃料の燃焼残渣が排気ポート２２から排出される。この際、集合回転体３０の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室１８の回転外周側へ強制的に移動させて排気ポート２２から排出することができる。

［出力］
内燃機関２８の運転中は、固体燃料の燃焼による熱エネルギで駆動されるピストン１６の往復運動をリンク機構（コンロッド１９とアーム３１等）により軸体２９の揺動運動（回転中の集合回転体３０に対する相対的な揺動運動）に変換し、この軸体２９の動力でモータジェネレータ２７を駆動することで、モータジェネレータ２７で発電して電力を出力する。

以上説明した本実施例２においても、固体燃料の燃焼残渣による不具合（例えば燃焼室１８内で燃焼残渣がピストン１６とシリンダ１４との間の隙間に噛み込まれて内燃機関２８の作動を阻害するという不具合）の発生を防止することができる。

次に、図９及び図１０を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例２と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例２と異なる部分について説明する。

本実施例３では、図９に示すように、内燃機関３２の中心に、複数（例えば四つ）の軸体２９が同軸上に回転可能に配置されている（例えば第１の軸体の外周側に筒状の第２〜第４の軸体が配置されている）。これらの軸体２９の外周側に、集合回転体３３が回転可能に配置され、この集合回転体３３に、複数（例えば四つ）のシリンダ３４と複数（例えば四つ）の燃料供給パイプ１５等が一体的に回転可能に設けられている。

各シリンダ３４には、それぞれシリンダ３４の一つに対して燃焼室１８が一つとピストン１６が二つ設けられ、二つのピストン１６が一つの燃焼室１８を挟むように対向して往復運動するように配置されている。

各軸体２９には、それぞれ複数（例えば二つ）のアーム３１が一体的に回動可能に取り付けられ、各シリンダ３４のピストン１６は、それぞれコンロッド１９を介してアーム３１に連結されている（例えば点対称の位置にある一対のピストン１６がそれぞれ同じ軸体２９のアーム３１に連結されている）。

各シリンダ３４の内径側（回転中心側）には、吸気スリーブ３５と該吸気スリーブ３５を開閉する開閉弁３６が設けられ、各シリンダ３４の外径側（回転外周側）には、排気孔３７（残渣処理手段）が設けられている。また、各シリンダ３４の中央部（二つのピストン１６の間）に、それぞれ点火プラグ２４が配置されている。尚、排気孔３７に、開閉弁を設けるようにしても良い。

図１０に示すように、集合回転体３３は、モータ２６の回転軸に連結されている。一方、複数（例えば四つ）の軸体２９は、それぞれ異なるモータジェネレータ２７の回転軸に連結されている。

［始動］
内燃機関３２を始動する場合には、まず、モータ２６で集合回転体３３を回転駆動すると共にモータジェネレータ２７で軸体２９（アーム３１）を回転駆動して、集合回転体３３と軸体２９とを同一の回転速度で回転させながら、集合回転体３３（燃焼室１８）の回転速度が所定値以上になるまで集合回転体３３及び軸体２９の回転速度を上昇させる。

その後、集合回転体３３及び軸体２９の回転速度が所定値以上になったときに、始動完了するまでピストン１６が所定の振幅で往復運動するように軸体２９（アーム３１）の回転速度を変化させる。この際、各シリンダ３４の対向する二つのピストン１６が互いに反対方向の振幅で往復運動するように制御する。

［吸気行程（燃料供給）］
吸気行程では、開閉弁３６が開弁して、吸気スリーブ３５から燃焼室１８内に新気（空気）が導入される。尚、開閉弁３６は、ピストン１６の上死点直前（燃焼室１８の容積が最小になる直前）で開弁しても良い。吸気行程後半で、燃料供給停止バルブ２５を開弁して、燃料供給パイプ１５から燃焼室１８内へ固体燃料を供給する。この際、集合回転体３３の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室１８内へ強制的に移動させて供給することができる。尚、圧縮行程前半で燃料供給停止バルブ２５を開弁して固体燃料を供給するようにしても良い。

［圧縮行程（点火）］
圧縮行程では、開閉弁３６が閉弁して、燃焼室１８内の空気が圧縮され、圧縮行程後半で、点火プラグ２４により点火する。

［膨張行程（燃焼）］
膨張行程では、開閉弁３６が閉弁した状態で、固体燃料が燃焼して燃焼室１８内の圧力が上昇し、ピストン１６が押されて燃焼室１８の容積が拡大する。この際、燃焼室１８内には、固体燃料の燃焼により燃焼残渣が生じる。

［排気行程］
排気行程では、ピストン１６の移動に伴って排気孔３７が開放され、燃焼室１８内の燃焼ガスと固体燃料の燃焼残渣が排気孔３７から排出される。この際、集合回転体３３の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室１８の回転外周側へ強制的に移動させて排気孔３７から排出することができる。

［出力］
内燃機関３２の運転中は、固体燃料の燃焼による熱エネルギで駆動されるピストン１６の往復運動をリンク機構（コンロッド１９とアーム３１等）により軸体２９の揺動運動（回転中の集合回転体３３に対する相対的な揺動運動）に変換し、この軸体２９の動力でモータジェネレータ２７を駆動することで、モータジェネレータ２７で発電して電力を出力する。

以上説明した本実施例３においても、固体燃料の燃焼残渣による不具合（例えば燃焼室１８内で燃焼残渣がピストン１６とシリンダ１４との間の隙間に噛み込まれて内燃機関３２の作動を阻害するという不具合）の発生を防止することができる。

また、本実施例３では、各シリンダ３４の二つのピストン１６を対向して往復運動するように配置したので、対向する二つピストン１６で互いに振動を打ち消しあうことができ、ピストン１６の往復運動による振動の発生を抑制することができる。

次に、図１１及び図１２を用いて本発明の実施例４を説明する。
本実施例４では、図１１及び図１２に示すように、内燃機関３８の中心には、軸体３９が配置され、この軸体３９の外周側に、ハウジング４０とベーン４１が軸体３９を中心に回動可能に配置されている。ハウジング４０内に形成された複数（例えば四つ）のベーン収容室４２に、それぞれベーン４１が配置され、各ベーン収容室４２がベーン４１によって燃焼室４３と油圧室４４とに区画されている。これにより、燃焼室４３と油圧室４４が軸体３９を中心にして軸体３９の周りを回転可能に設けられ、ベーン４１がハウジング４０内（ベーン収容室４２内）で燃焼室４３の回転の円周方向に往復運動できるようになっている。これにより、軸体３９の周りに複数の燃焼室４３やベーン４１がコンパクトに集約して配置されている。

ハウジング４０の内径側のうちの各燃焼室４３に対応する位置には、それぞれ燃焼室４３の回転中心側（軸体３９側）から燃焼室４３内へ固体燃料を供給する燃料供給通路４５（燃料供給手段）が設けられ、各燃料供給通路４５に、それぞれ燃料供給停止バルブ（図示せず）が設けられている。

また、ハウジング４０の内径側のうちの各燃焼室４３に対応する位置には、それぞれ吸気孔４６が設けられ、ハウジング４０の外径側のうちの各燃焼室４３に対応する位置には、それぞれ排気孔４７（残渣処理手段）が設けられている。各吸気孔４６と各排気孔４７には、それぞれ開閉弁（図示せず）が設けられている。

更に、ハウジング４０のうちの各燃焼室４３に対応する位置には、それぞれ点火プラグ４８が設けられている。ハウジング４０は、油圧で回転駆動される油圧モータ（図示せず）の回転軸に連結されている。

［始動］
内燃機関３８を始動する場合には、まず、油圧モータでハウジング４０を回転駆動して、ハウジング４０とベーン４１とを同一の回転速度で回転させながら、ハウジング４０（燃焼室４３）の回転速度が所定値以上になるまでハウジング４０及びベーン４１の回転速度を上昇させる。

その後、ハウジング４０及びベーン４１の回転速度が所定値以上になったときに、始動完了するまでハウジング４０内（ベーン収容室４２内）でベーン４１が所定の振幅で往復運動するように油圧室４４内の油圧を変化させる。

［吸気行程（燃料供給）］
図１１に示すように、吸気行程では、吸気孔４６の開閉弁が開弁して、ベーン４１の移動による燃焼室４３の容積拡大によって吸気孔４６から燃焼室４３内に新気（空気）が導入される。尚、吸気孔４６の開閉弁は、燃焼室４３の容積が最小になる直前で開弁しても良い。吸気行程後半で、燃料供給停止バルブを開弁して、燃料供給通路４５から燃焼室４３内へ固体燃料を供給する。この際、ハウジング４０の回転に伴う遠心力で固体燃料を回転中心側から燃焼室４３内へ強制的に移動させて供給することができる。尚、圧縮行程前半で燃料供給停止バルブを開弁して固体燃料を供給するようにしても良い。

［圧縮行程（点火）］
図１２に示すように、圧縮行程では、吸気孔４６の開閉弁と排気孔４７の開閉弁が両方とも閉弁して、ベーン４１の移動による燃焼室４３の容積縮小によって燃焼室４３内の空気が圧縮される。圧縮行程後半で、点火プラグ４８により点火する。

［膨張行程（燃焼）］
図１１に示すように、膨張行程では、吸気孔４６の開閉弁と排気孔４７の開閉弁が両方とも閉弁した状態で、固体燃料が燃焼して燃焼室４３内の圧力が上昇し、ベーン４１が押されて燃焼室４３の容積が拡大する。この際、燃焼室４３内には、固体燃料の燃焼により燃焼残渣が生じる。

［排気行程］
図１２に示すように、排気行程では、排気孔４７の開閉弁が開弁して、ベーン４１の移動によるによる燃焼室４３の容積縮小によって燃焼室４３内の燃焼ガスと固体燃料の燃焼残渣が排気孔４７から排出される。この際、ハウジング４０の回転に伴う遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室４３の回転外周側へ強制的に移動させて排気孔４７から排出することができる。

［出力］
内燃機関３８の運転中は、固体燃料の燃焼による熱エネルギで駆動されるベーン４１の往復運動を油圧室４４により油圧に変換して出力する。

以上説明した本実施例４においても、固体燃料の燃焼残渣による不具合（例えば燃焼室４３内で燃焼残渣がベーン４１とハウジング４０との間の隙間に噛み込まれて内燃機関３８の作動を阻害するという不具合）の発生を防止することができる。

尚、上記各実施例１〜４では、固体燃料の燃焼残渣を排気ポートや排気孔から排出するようにしたが、これに限定されず、例えば、燃焼室の回転外周側に固体燃料の燃焼残渣を回収する回収部（残渣処理手段）を設け、遠心力で固体燃料の燃焼残渣を燃焼室の回転外周側へ強制的に移動させて回収部で回収する（例えば回収部内に蓄積させる）ようにしても良い。

その他、本発明は、内燃機関の構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…内燃機関、１２…クランク軸（軸体）、１５…燃料供給パイプ（燃料供給手段）、１８…燃焼室、２２…排気ポート（残渣処理手段）、２５…燃料供給停止バルブ（燃料供給停止手段）、２６…モータ（駆動源）、２８…内燃機関、２９…軸体、３２…内燃機関、３７…排気孔（残渣処理手段）、３８…内燃機関、３９…軸体、４３…燃焼室、４５…燃料供給通路（燃料供給手段）、４７…排気孔（残渣処理手段）

Claims (12)

1. 燃焼室（１８，４３）で固体燃料を燃焼させて動力を発生させる固体燃料用の内燃機関であって、
   前記燃焼室（１８，４３）が軸体（１２，２９，３９）の周りを回転可能に設けられ、
   前記燃焼室（１８，４３）を回転駆動する駆動源（２６）と、
   前記燃焼室（１８，４３）の回転中心側から前記燃焼室（１８，４３）内へ前記固体燃料を供給する燃料供給手段（１５，４５）と、
   前記燃焼室（１８，４３）の回転外周側に設けられて前記固体燃料の燃焼により生じた残渣を排出又は回収する残渣処理手段（２２，３７，４７）と
   を備えていることを特徴とする固体燃料用の内燃機関。
2. 前記駆動源（２６）で前記燃焼室（１８，４３）を回転駆動して前記燃焼室（１８，４３）の回転速度が所定値以上になったときに前記燃焼室（１８，４３）内に前記固体燃料を供給して燃焼させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料用の内燃機関。
3. 前記燃焼室（１８，４３）の回転速度が前記所定値に達するまで前記固体燃料の供給を停止する燃料供給停止手段（２５）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の固体燃料用の内燃機関。
4. 前記燃料供給停止手段（２５）は、機械駆動式又は電気駆動式であることを特徴とする請求項３に記載の固体燃料用の内燃機関。
5. 前記燃焼室（１８）の回転速度が前記所定値に達するまで前記燃焼室（１８）内の圧力を逃がすデコンプレッションを行うように構成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
6. 前記燃焼室（１８）を形成するシリンダ（１４）と、
   前記シリンダ（１４）内で往復運動するピストン（１６）とを備え、
   前記シリンダ（１４）は、前記ピストン（１６）の往復運動の方向が前記燃焼室（１８）の回転に対して直角方向になるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
7. 前記燃焼室（１８）を形成するシリンダ（１４，３４）と、
   前記シリンダ（１４，３４）内で往復運動するピストン（１６）とを備え、
   前記シリンダ（１４，３４）は、前記ピストン（１６）の往復運動の方向が前記燃焼室（１８）の回転に対して接線方向になるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
8. 前記シリンダ（３４）には、該シリンダ（３４）の一つに対して前記燃焼室（１８）が一つと前記ピストン（１６）が二つ設けられ、前記二つのピストン（１６）が前記一つの燃焼室（１８）を挟むように対向して往復運動するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の固体燃料用の内燃機関。
9. 前記ピストン（１６）の往復運動を前記軸体（１２）の回転運動に変換するクランク機構（１９，１２ａ）を備えていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
10. 前記ピストン（１６）の往復運動を前記軸体（２９）の揺動運動に変換するリンク機構（１９，３１）を備えていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
11. 前記燃焼室（４３）を形成するハウジング（４０）と、
    前記ハウジング（４０）内で前記燃焼室（４３）の回転の円周方向に往復運動するベーン（４１）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体燃料用の内燃機関。
12. 前記ベーン（４１）の往復運動を油圧に変換する油圧室（４４）を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の固体燃料用の内燃機関。

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