(57)【要約】【課題】重油や軽油やガソリン等の石油燃料とともに木材や竹等を燃料として燃焼室に供給することができる内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室２と、圧縮または火花着火される石油燃料を燃焼室２に噴射する噴射ノズル４と、燃焼室２に接続され吸気を燃焼室２に送り込む吸気管５と、燃焼室２に接続され排気を燃焼室２から排出する排気管６とを備えた内燃機関において、吸気管５には吸気とともに竹粉８を燃焼室２に供給する竹粉供給装置７が接続されており、竹粉供給装置７は、竹粉８を貯蔵するホッパー９と、一端部がホッパー９に接続され他端部が吸気管５に接続されており、ホッパー９に貯蔵された竹粉８を所望の量だけ連続して吸気管５に搬送可能なスクリューフィーダ１０とを備える。【選択図】図１
2015148201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、
前記燃焼室に石油燃料を噴射する噴射装置と、
燃焼室に接続され吸気を燃焼室に送り込む吸気管と、
燃焼室に接続され排気を燃焼室から排出する排気管と、
を備えた内燃機関において、
前記吸気管には吸気とともに木竹粉を前記燃焼室に供給する木竹粉供給装置が接続されており、
前記木竹粉供給装置は、木竹粉を貯蔵する貯蔵部と、
一端部が前記貯蔵部に接続され他端部が前記吸気管に接続されており、貯蔵部に貯蔵された木竹粉を所望の量だけ連続して吸気管に搬送可能な搬送部とを備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記燃焼室には石油燃料によって火炎を発生させる火炎発生装置が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関であって、
木竹粉が投入される前記貯蔵部の投入口には篩いが設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記貯蔵部は前記排気管に隣接して設置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記貯蔵部はエンジンに支持されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関であって、
前記搬送部はスクリューフィーダを備えており、
前記スクリューフィーダを駆動するモータの回転数は調整可能であることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木竹粉を燃料として使用可能なディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トウモロコシやサトウキビを発酵・濾過して作りだしたアルコールをバイオマスアルコール燃料としてガソリンエンジンに使用している。ディーゼルエンジンに使用する場合には、たとえば動植物油脂をメタノール処理あるいは水素化分解したものをバイオディーゼル燃料として使用している。バイオマスアルコール燃料は硫黄酸化物や窒素酸化物の排出量が極めて少なく、植物を原料とするので新たに二酸化炭素を出さない長所がある。
【０００３】
また、木炭自動車の燃料として木炭を用いるものがある。木炭は木炭ガス発生装置に投入され、木炭ガス発生装置で発生した一酸化炭素が燃焼室に送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、バイオマスアルコール燃料やバイオディーゼル燃料を製造するためには、トウモロコシやサトウキビを発酵・濾過し、あるいは動植物油脂をメタノール処理する設備が必要となる。木材を木炭自動車の燃料として使用する場合には、木炭を製造するための設備が必要となる。
【０００６】
昨今、竹や樹木が大量に放置された森林が増えており、森林の荒廃を招いている。この放置された竹や樹木を木炭等に加工することなくそのまま内燃機関の燃料として使用して、たとえば発電機を駆動して電力を発生させることができれば、森林に放置された竹や樹木を有効利用することができ、森林の荒廃を抑制することができる。
【０００７】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、重油や軽油やガソリン等の石油燃料とともに、樹木や竹等を燃料として燃焼室に供給することができる内燃機関である。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一の内燃機関によれば、燃焼室と、前記燃焼室に石油燃料を噴射する噴射装置と、前記燃焼室に接続され吸気を燃焼室に送り込む吸気管と、前記燃焼室に接続され排気を前記燃焼室から排気する排気管とを備えた内燃機関において、前記吸気管には吸気とともに木竹粉を前記燃焼室に供給する木竹粉供給装置が接続されており、前記木竹粉供給装置は、木竹粉を貯蔵する貯蔵部と、一端部が前記貯蔵部に接続され他端部が前記吸気管に接続されており、貯蔵部に貯蔵された木竹粉を所望の量だけ連続して吸気管に搬送可能な搬送部とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、重油、軽油あるいはガソリンを内燃機関に供給して、たとえばアイドリングを保った状態で、所望の出力に対応した量の木竹粉を貯蔵部から搬送部を介して連続して吸気管の内部に搬送することができる。吸気管の内部に搬送された木竹粉は吸気とともに燃焼室に供給されて重油、軽油あるいはガソリンの火炎によって燃焼した後、重油、軽油あるいはガソリンの排気とともに排気管から排出される。
【００１０】
また、木竹粉が投入される前記貯蔵部の投入口には篩いが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、木竹粉の固まりを細かく分断して貯蔵部に貯蔵することができる。
【００１２】
また、前記貯蔵部は前記排気管に隣接して設置されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、貯蔵部に貯蔵した木竹粉が湿気を含んでいる場合には、排気管の周囲に放出される排気の熱によって木竹粉を乾燥させることができる。
【００１４】
また、前記貯蔵部は内燃機関に支持されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、貯蔵部は内燃機関の振動を受けるので、貯蔵部に貯蔵した木竹粉が固まっている場合であっても、内燃機関の振動で粉状に分離させることができる。
【００１６】
また、前記搬送部はスクリューフィーダを備えていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、貯蔵部に貯蔵した木竹粉を容易に連続して一定量吸気管に搬送することができる。
【００１８】
また、燃焼室には石油燃料によって火炎を発生させる火炎発生装置が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、ガソリン、軽油、重油等の石油燃料によって火炎発生装置において火炎を発生させ、燃焼室に供給した木竹粉を、この火炎発生装置で発生させた火炎によって良好に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のディーゼルエンジンの構成部品を示す概略図である。
【図２】竹粉供給装置の斜視図である。
【図３】直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室の概略図である。
【図４】渦流式ディーゼルエンジンの燃焼室の概略図である。
【図５】燃焼室に直接噴射するガソリンエンジンの燃焼室を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明のディーゼルエンジンの構成部品を示す概略図である。図２は竹粉供給装置７の斜視図である。図３は直接噴射式ディーゼルエンジンの燃焼室の概略図である。図４は渦室式ディーゼルエンジンの燃焼室の概略図である。図５は燃焼室にガソリンを直接噴射するガソリンエンジンを示す概略図である。
【００２２】
ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための内燃機関を例示するものであって、内燃機関を以下のものに限定するものではない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２３】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１は、燃焼室２を備えたエンジン本体３と、軽油や重油を燃焼室２に噴射する噴射ノズル４と、燃焼室２に吸気を供給する吸気管５と、燃焼室２で燃焼した排気ガスを排気する排気管６とを備えている。吸気管５には、竹粉８を吸気管５の内部に供給する竹粉供給装置７が設置されている。
【００２４】
竹粉８は、粒径が３００μｍ以下のものであれば、竹粉８を吸気とともに燃焼室２に供給したとき石油燃料の火炎によって粉塵爆発を起こすことが確認されており、本実施例では、竹林から伐採した竹を３００μｍ以下の粒径に加工した竹粉を使用している。なお、竹を竹粉に加工する装置として、株式会社バンブーケミカル研究所製の自動竹粉作成装置を使用している。
（竹粉供給装置７）
【００２５】
竹粉供給装置７は竹粉８を貯蔵する貯蔵部であるホッパー９と、ホッパー９の底部に取り付けられ、ホッパー９に貯蔵された竹粉８を吸気管５の内部に搬送する搬送部であるスクリューフィーダ１０とを備えている。
（ホッパー９）
【００２６】
ホッパー９は、たとえば上部に竹粉８を投入する投入口１１を備えた円筒形の容器で形成される。ホッパー９の底部はテーパ状に縮径されており、底部の下端に排出孔１２が設けられている。竹粉８は投入口１１から投入されてホッパー９の内部に貯蔵されており、下部の排出孔１２から自重によって排出されてスクリューフィーダ１０に供給される。
【００２７】
竹林から伐採した竹は水分を含んでおり、竹を竹粉８に加工したとき、この水分によって竹粉８が固まることがある。竹粉８が固まりのまま吸気とともに燃焼室２に送られて、竹粉８が完全燃焼しにくくなることを防止するために、ホッパー９の投入口１１には網目状の篩い１３が設置されており、竹粉８の固まりはこの篩い１３によって細かく分断された状態でホッパー９に投入され貯蔵される。ホッパー９は排気管６に隣接して設置されているので、排気管６から放出される排気ガスの熱を受けやすく、ホッパー９に貯蔵した竹粉８は、排気ガスの熱によって加熱され、内部に含んだ水分が取り除かれて乾燥した状態となる。なお、排気管６の外周に放熱用のフィン２２を設ける等して、一層有効に排気ガスの熱を竹粉に伝えることもできる。
【００２８】
また、本実施例では、竹粉供給装置７は、取付ブラケット１４によってエンジン本体３のエンジンブロックに取り付けられており、エンジン本体３の振動を受けやすい。ホッパー９に貯蔵された竹粉８は、排気ガスの熱によって乾燥するとともに、エンジン本体３の振動を受けるので篩い１３の網目をくぐり抜けた竹粉８の小さな固まりはさらに細かく粉体状にほぐされる。
（スクリューフィーダ）
【００２９】
スクリューフィーダ１０はホッパー９の下部に接続される。スクリューフィーダ１０は、回転軸１５の周囲に螺旋状の羽根１６が設けられたスクリュー１７を備えている。スクリュー１７は円筒形のケーシング１８に収容されており、回転軸１５の一端部に取り付けられたモータ１９によって駆動される。ケーシング１８の一端部側には、ホッパー９の排出孔１２と連結された投入口２０が設けられており、ケーシング１８の他端部は吸気管５に連結されている。スクリューフィーダ１０に供給された竹粉８は、一端部側から他端部側に搬送されて吸気管５の内部に供給される。
【００３０】
モータ１９の回転数は、不図示のスピードコントローラによって調整可能であり、竹粉８の送り量は、このスピードコントローラによって任意に調整することができる。スクリューフィーダ１０にはエンジンの振動が伝わるので、竹粉８がスクリューフィーダ１０の内部でスクリュー１７に押されて固まることを有効に防止して、竹粉８を粉体の状態で吸気管５に搬送することができる。
【００３１】
スクリューフィーダ１０と吸気管５との接続部に竹粉８の流れ方向を規制する邪魔板２１を設置することもできる。邪魔板２１は一枚の板で形成されたものでもよく、あるいは複数の板で形成されるものでも良い。邪魔板２１は、竹粉８の流れ方向を規制して竹粉８を吸気中に均一に分布させるために有効である。
（ディーゼルエンジン）
【００３２】
ディーゼルエンジン１は、図３に示すように噴射ノズル４によって軽油等の石油燃料が燃焼室２に直接噴射されるものでもよく、あるいは図４に示すように、予燃焼室である渦室２５と、渦室２５に設けられ軽油等の石油燃料を渦室２５に噴射する噴射ノズル４とを備え、渦室２５で石油燃料の火炎を発生させるものでもよい。渦室２５と噴射ノズル４とで火炎発生装置が構成される。渦室式の燃焼室では、たとえば全ての圧縮室の７０％の容積が渦室２５とされており、軽油等の石油燃料と空気との混合を助け、石油燃料を良好に燃焼させることができる。
【００３３】
ディーゼルエンジン１に竹粉８を供給する下準備として、ディーゼルエンジン１に石油燃料を供給して、負荷が掛かっていないアイドリングの状態で稼動する。この状態で、ホッパー９に投入された竹粉８は、スクリューフィーダ１０から排出されて吸気管５の内部に投入される。吸気管５の内部を流れる吸気は負圧を受けており、スクリューフィーダ１０から排出された竹粉８は吸気とともに主燃焼室２に流入する。このとき竹粉８は吸気中に均一に分布している。
【００３４】
図３に示す燃焼室２の場合には、噴射した石油燃料が燃焼して燃焼室２に火炎が発生する。この石油燃料の火炎によって燃焼室２に供給されている竹粉８が燃焼する。燃焼した竹粉８は石油燃料の排気ガスとともに排気管６から排出される。
【００３５】
渦室式の燃焼室の場合には、渦室２５で渦状となった吸気に噴射ノズル４によって石油燃料が噴射されるので、石油燃料が完全燃焼しやすくなり、石油燃料の良好な火炎が発生する。この渦室２５で予め発生した良好な火炎が主燃焼室２３に噴出して竹粉８に着火するので、竹粉８は完全燃焼し易くなる。
【００３６】
竹粉８は、このようにして石油燃料の火炎によって燃焼する。ディーゼルエン１はガソリンエンジンと比較して圧縮比が高いため、ピストン２４が圧縮行程で上死点に位置したとき燃焼室２，２３の空間がガソリンエンジンに比べて狭くなる。燃焼室２，２３に供給する竹粉８の量が多い場合には、ピストン２４が圧縮行程で上昇するとき、圧縮された竹粉８の固まりに接触してディーゼルエンジン１を破損する虞がある。
(ガソリンエンジン）
【００３７】
本実施例で使用するガソリンエンジン２８を図５に示す。ガソリンエンジン２８のシリンダーヘッド２６には凹部２７が形成されており、この凹部２７の中央部に点火プラグ３０が設けられ、点火プラグ３０の一方側にガソリン噴射ノズル３１が設けられている。ガソリン噴射ノズル３１は点火プラグ３０の方向に傾斜した状態で設けられており、凹部２７の開口部には金属製の仕切り板３４が取り付けられている。仕切り板３４は、開口部のうち、点火プラグ３０とガソリン噴射ノズル３１とが設けられている部分を覆っており、点火プラグ３０から見てガソリン噴射ノズル３１が設置されていない他方側には、隙間３５が形成されている。仕切り板３４の他方側端部は、凹部２７の内側に向かって断面が円弧状に曲げられている。凹部２７と仕切り板３４とで副燃焼室３６が構成されており、副燃焼室３６と点火プラグ３０とガソリン噴射ノズル３１とで火炎発生装置３７が構成される。
【００３８】
ガソリンエンジン２８に竹粉８を供給する下準備として、ガソリン噴射ノズル３１からガソリンを噴射して、負荷が掛かっていないアイドリングの状態でガソリンエンジン２８を稼動する。仕切り板３４の端部は、点火プラグ３０を囲むように円弧状に形成されているので、仕切り板３４に当たったガソリンは仕切り板３４の円弧に沿って移動して、点火プラグ３０の方向に向きを変えることができる。これによってガソリン噴射ノズル３１が噴射したガソリンは点火プラグ３０で確実に点火され、副燃焼室３６で良好な火炎が発生する。副燃焼室３６で発生した火炎は隙間３５から主燃焼室３２に噴出する。
【００３９】
このアイドリングの状態でガソリンエンジン２８を稼動した状態で、ホッパー９に貯蔵された竹粉８が、スクリューフィーダ１０から排出されて吸気管５の内部に投入される。吸気管５の内部を流れる吸気は負圧を受けており、吸気管５の内部に投入された竹粉８は吸気中に均一に分布した状態で主燃焼室３２に流入する。主燃焼室３２に流入した竹粉８は、予め副燃焼室３６で発生し主燃焼室３２に広がったガソリンの火炎によって安定して燃焼させることができる。なお、ガソリンエンジン２８を使用する場合に、点火プラグ３０の火花で直接竹粉８を燃焼させることは一般に難しい。
【００４０】
ガソリンエンジン２８はディーゼルエンジン１と比較して圧縮比が低いため、ピストン３３が上死点に位置したときの主燃焼室３２の空間は、ディーゼルエンジン１に比べて広いので、ピストン３３が圧縮行程で上昇するとき、主燃焼室３２に供給した竹粉８が圧縮されてピストン３３に接触する可能性は低くなる。したがって、竹粉８の供給量を増やして出力を上げる場合には、ディーゼルエンジン１よりも、ピストン−ヘッド間すきま容量の大きいガソリンエンジン２８を使用することが望ましい。
【００４１】
本実施例で使用するディーゼルエンジン１やガソリンエンジン２８は、たとえば発電機を連結して一定の場所に設置する定置型とすることができる。不要になった竹を伐採して竹粉を製造し、この竹粉を連続してディーゼルエンジン１やガソリンエンジン２８に供給して発電することができる。竹から竹粉を製造して使用しているが、山林に放置された樹木や廃材から木粉を製造して使用することもできる。
【００４２】
ディーゼルエンジン１やガソリンエンジン２８に使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータリーエンジン等の内燃機関にも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の内燃機関は、森林に放置されている樹木や竹から製造した木竹粉を燃料として使用して発電機等を駆動することができるディーゼルエンジンやガソリンエンジンとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…ディーゼルエンジン
２…燃焼室
３…エンジン本体
４…噴射ノズル
５…吸気管
６…排気管
７…竹粉供給装置
８…竹粉
９…ホッパー
１０…スクリューフィーダ
１１…投入口
１２…排出孔
１３…篩い
１４…取付ブラケット
１５…回転軸
１６…羽根
１７…スクリュー
１８…ケーシング
１９…モータ
２０…投入口
２１…邪魔板
２２…フィン
２３…主燃焼室
２４，３３…ピストン
２５…渦室
２６…シリンダーヘッド
２７…凹部
２８…ガソリンエンジン
３０…点火プラグ
３１…ガソリン噴射ノズル
３２…主燃焼室
３４…仕切り板
３５…開口部
３６…副燃焼室
３７…火炎発生装置
【図１】
2015148201.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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