JPH10142106A - 燃焼室内観測装置 - Google Patents

燃焼室内観測装置

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JPH10142106A
JPH10142106A JP30022796A JP30022796A JPH10142106A JP H10142106 A JPH10142106 A JP H10142106A JP 30022796 A JP30022796 A JP 30022796A JP 30022796 A JP30022796 A JP 30022796A JP H10142106 A JPH10142106 A JP H10142106A
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JP
Japan
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combustion chamber
piston
fuel
laser beam
observation device
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JP30022796A
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English (en)
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Rou Chiyou
瓏 張
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Testing Of Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射された燃料の液相部と蒸気相部とを明瞭
に区別でき、しかも実エンジンとの構造の差がないよう
にする。 【解決手段】 燃焼室12の底面を区画する頂部13a
に観測用の石英ガラス20が設けられたピストン13
と、燃焼室12に燃料14を噴射する燃料噴射ノズル1
5とを有した燃焼室内観測装置11である。石英ガラス
2の下方から燃焼室12へレーザービームLを入射させ
るための投光手段35と、ピストン13の外周上部に設
けられ入射されたレーザービームLを屈折させて噴射燃
料14を適宜照射する上部反射鏡36とを備える。上部
反射鏡36は、燃焼室12の側面を区画するリング体2
3の一部である切欠39に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を模して
形成され、燃焼室に噴射された燃料の液相などを観察・
測定するための燃焼室内観測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】直噴式ディーゼルエンジンなど、燃焼室
(シリンダ)内に直接燃料を噴射するエンジンにおい
て、その構造の一部を可視化し、噴射燃料の液相或いは
着火後の挙動などを観測するための装置として、特開昭
54−47016号公報及び実開昭61−52253号
公報に開示された装置がある。ただし前者は、燃焼室内
を照明装置によって照らして噴射燃料を撮影するもの
で、蒸気相部や液相部の稀薄部分(微粒液滴部)の観測
ができない。また後者においては、燃焼室内を高輝度の
光によって照らし、噴射燃料の影を撮影するもので、蒸
気相部と液相部とが一体の影となってしまい、これらの
区別がつかない。
【0003】このような問題を解消し得る技術として、
「SAE(Society of AutomotiveEngineers )−PA
PER,952456」に開示されたエンジン観測シス
テムがある。図3に示すように、このエンジン観測シス
テムは、燃料噴射ノズル1から噴射された燃料2に対向
するようにレーザーシート3を照射するようになってお
り、液相部(液柱,液滴部)内でレーザー光が乱反射し
てこの部分が浮かび上がるので、ピストン4の頂部に設
けられた窓(ガラス)5を通して精度よく観測できるも
のである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記エン
ジン観測システムにおいては、噴射燃料2にレーザーシ
ート3を照射するための専用窓6をシリンダブロック7
の上部に形成する必要があるため、実エンジンからの改
造規模が大きく、製造コスト高となってしまう。またこ
の開示された構成では、実エンジンの圧縮比の再現性が
悪く、噴射燃料2の挙動が実エンジンと異なりやすいと
いう課題が残されていた。すなわちピストン4の上部の
うち、レーザーシート3の通る箇所8を大きく切り欠く
ので、ピストン自体の容積が大幅に減少してしまうこ
と、その切欠を形成するのに伴い、ピストンリング位置
を下げざるを得ず、トップランド容積が増えてしまうこ
と、さらに照射用窓6にはガラス体を取り付けるが、ガ
ラス体自体の加工精度並びにガラス体の取付精度の確保
が困難で、余計な隙間(無駄容積)を生じやすいこと、
などの事情があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく本
発明は、燃焼室の底面を区画する頂部に観測用の透過部
材が設けられたピストンと、燃焼室に燃料を噴射する燃
料噴射ノズルとを有した燃焼室内観測装置において、透
過部材の下方から燃焼室へレーザー光を入射させるため
の投光手段と、ピストンの外周上部に設けられ入射され
たレーザー光を屈折させて噴射燃料を適宜照射する屈光
部材とを備えたものである。この構成によって、噴射さ
れた燃料の液相部及び蒸気相部はレーザー光によって明
瞭に区別される。そしてシリンダブロックには照射用の
窓を設ける必要がなくなり、実エンジンと同じ構成にす
ることができ、実エンジンの作動を忠実に再現すること
ができる。上記屈光部材は、燃焼室の側面を区画する側
壁部材の一部に設けられたものであってよい。その側壁
部材は、透過部材の上面に載置されピストンの外径と同
じ外径のリング体とすることが好ましい。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
【0007】図1及び図2は、本発明にかかわる燃焼室
内観測装置を直噴式ディーゼルエンジンを模して構成し
た場合で示したものである。この燃焼室内観測装置11
は、その上方に燃焼室12を区画するピストン13と、
燃焼室12に燃料14を噴射する燃料噴射ノズル15と
を備えて構成されている。
【0008】ピストン13は、シリンダブロック(ライ
ナー)16のシリンダ壁16aに沿って上下方向に摺動
自在に設けられている。ピストン13の下方には駆動軸
17により適宜回転するフライホイール18が設けら
れ、クランク19によってピストン下端に連結されてい
る。ピストン13の内部は空洞となっており、全体とし
て縦長の有底筒体状を呈している。そしてピストン13
の頂部13aには、所定の高い透過率及び硬度を有した
透過部材たる石英ガラス20が設けられ、その上面20
aにより燃焼室12の底面が区画されている。石英ガラ
ス20は所定の厚さの短円柱状に形成され、上面20a
がピストン頂部13aの上端面に揃えられている。ピス
トン13の内部空洞21の壁面21aには、石英ガラス
20の下部外縁に係合して固定支持するための段部22
が形成されている。ピストン13の外周上部には側壁部
材たるリング体23が設けられ、石英ガラス20の上面
20aにかけて載置されている。すなわちこのリング体
23が燃焼室12の側面を区画しており、燃焼室12の
容積及び深さを実質的に規定している。リング体23
は、ピストン13の外周と揃うように同じ外径で形成さ
れ、内径は石英ガラス20の外径よりも小さくなってい
る。リング体23の外周面には、ピストンリング24が
三段に設けられている。なおピストンリング24は、ピ
ストン13の外周面に設けるようにしてもよい。
【0009】図2に示したように、ピストン13の内部
空洞21の底部には、略45度に傾けられた底部反射鏡2
5が上向きに設けられ、その表面に臨む側のピストン側
部には所定の大きさの開口26が形成されている。そし
てシリンダブロック16の側部には、底部反射鏡25及
び開口26に相応した位置で観測用のガラス窓27が設
けられ、その真横に適宜隔てられた位置には高速度撮影
ができるカメラ28が設けられている。すなわち燃焼室
12の内部を、石英ガラス20、底部反射鏡25及び窓
ガラス27を介して撮影できるようになっている。燃料
噴射ノズル15は、シリンダヘッド29にピストン軸心
位置に沿って立設され、ノズル下端には燃焼室12内に
臨む複数の噴口30が斜め下方の所定方向に向けて設け
られている。またシリンダヘッド29には、吸気ポート
31に設けられた吸気弁32と、排気ポート33に設け
られた排気弁34とが備えられている。
【0010】そしてこの燃焼室内観測装置11には、石
英ガラス20の下方から燃焼室12へレーザービームL
を入射させるための投光手段35と、入射されたレーザ
ービームLを屈折させて噴射燃料14を適宜照射する屈
光部材たる上部反射鏡36とが備えられている。投光手
段35は、シリンダブロック16の外方において上向き
にレーザービームLを発射するレーザー発光機37と、
レーザー発光機37の上方且つガラス窓27の側方に設
けられた外部反射鏡38とで成る。すなわち発射された
レーザービームLは、外部反射鏡38及びガラス窓27
によってピストン13の内部空洞21に導かれるように
なっている。外部反射鏡38は、反射させたレーザービ
ームLを底部反射鏡25の下端部分に当てて、内部空洞
21のガラス窓27側の壁面に近くこれと並行な経路を
辿って石英ガラス20に達するように設置されている。
上部反射鏡36は、リング体23の内周下端部分の一部
に形成された断面三角形の切欠39の切欠面に取り付け
られ、表面が斜め下方に向くように、石英ガラス上面2
0aから所定の角度θに傾斜した状態に保持されてい
る。すなわち石英ガラス20を通って切欠39に入って
きたレーザービームLを、ピストン軸心側に反射させ
て、燃料噴射ノズル15の噴口30の軸心(噴射燃料1
4の中心軸)と略一致する方向に向けられるようになっ
ている。
【0011】この構成の燃焼室内観測装置11によっ
て、噴射燃料14の液相測定などを行うに際しては、カ
メラ28を撮影状態にセットしておき、フライホイール
18の回転によりピストン13をシリンダ壁16aに沿
って上昇させる。上昇したピストン13が上死点付近に
達すると、そのタイミングで燃料噴射ノズル15が燃焼
室12に向けて燃料14を噴射する。これと同期して、
又はこれに先立ってレーザー発光機37がレーザービー
ムLを発射する。発射されたレーザービームLは、外部
反射鏡38、ガラス窓27、底部反射鏡25、石英ガラ
ス20を順次経由して燃焼室12へと向かう。石英ガラ
ス20を通過したレーザービームLは、上部反射鏡36
によって斜め上方へと方向転換して、噴射された燃料1
4に対向してこれを照らす。照らされた燃料14のう
ち、噴口30に近い液柱,液滴の液相部14aは、レー
ザービームLを大きく乱反射させるので、燃料14の先
端側の蒸気相14bとは明確に区別される。この噴射燃
料14の相分布、或いは着火後の挙動などの燃焼室12
内の様子は、石英ガラス20、底部反射鏡25及びガラ
ス窓27を介してカメラ28により撮影される。
【0012】このように、ピストン頂部13aに設けら
れた観測用の石英ガラス20を通して、レーザービーム
Lを下方から入射させ、上部反射鏡36で照射方向を調
整して、燃焼室12内の燃料14を適正に照らすように
したので、噴射された燃料14の液相部14a及び蒸気
相部14bが明瞭に区別され、液相の稀薄部分(微粒液
滴部)などの測定を正確に行うことができる。そしてシ
リンダブロック16には窓が不要であり、実エンジンと
同じ構成にすることができ、量産品からの改造度は小さ
くてすむので、製造コストを低く抑えることができる。
また燃焼室12の形状、ピストン13の容積、ピストン
リング24の位置なども実エンジンと略同じ構成にする
ことができる。すなわち実エンジンの作動、特に圧縮比
を忠実に再現することができ、極めて実用性に富む。ま
た上部反射鏡36をリング体23の一部である切欠39
に支持させたので、取付精度を容易に確保でき、下方か
らのレーザービームLを適確に噴射燃料14の軸線方向
に向けることができる。またリング体23の切欠39
は、上部反射鏡36を取り付けるだけの小さなものでよ
く、デッドボリュームを必要最少限のものにできる。そ
してリング体23の外径をピストン13の外径に一致さ
せたので、実エンジンと変わることのないピストン機能
を確保することができる。
【0013】なおこの実施の形態では、上部反射鏡36
をリング体23に設けるようにしたが、燃焼室を石英ガ
ラス及びピストン外周部のみで区画する場合などでは、
上部反射鏡をピストン外周部に直接設けるようにしても
よい。また屈光部材としては反射鏡に限らず、レーザー
ビームLを適宜方向転換できるものであればよく、例え
ばプリズムを設けるようにしてもよい。そして投光手段
35として二枚の反射鏡25,38を利用するレーザー
発光機37を示したが、例えばカメラ28の撮影を妨げ
ない側方位置にレーザー発光機を設けて、ピストン内部
空洞21の底部反射鏡25に対してレーザービームLを
発射するようにしてもよい。さらにレーザー光をレーザ
ービームLとしたが、噴射された燃料の撮影ができる程
度のものであればよく、レーザーシートでも構わない。
またレーザー発光機37としては例えばYAGレーザー
のほか、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー、アルゴン
レーザーなどが使用できる。
【0014】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、投光手段
によりレーザー光を下方から燃焼室へ入れ、ピストン上
部の屈光部材により噴射燃料を照らすようにしたので、
噴射された燃料の液相部及び蒸気相部を明瞭に区別する
ことができ、液相測定等を正確に行うことができる。そ
して燃焼室及びシリンダブロックを実エンジンと略同じ
構成にすることができ、製造コストを低く抑えることが
できると共に、実エンジンの圧縮比等を忠実に再現する
ことができ、極めて実用性に富む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかわる燃焼室内観測装置の実施の形
態を示した要部断面図である。
【図2】図1の全体を示した側断面図である。
【図3】従来の技術であるエンジン観測システムを示し
た側断面図である。
【符号の説明】
11 燃焼室内観測装置 12 燃焼室 13 ピストン 13a 頂部 14 噴射燃料 15 燃料噴射ノズル 16 シリンダブロック 20 石英ガラス(透過部材) 20a 上面 23 リング体(側壁部材) 24 ピストンリング 35 投光手段 36 上部反射鏡(屈光部材) 37 レーザー発光機 39 切欠(リング体の一部) L レーザービーム(レーザー光)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室の底面を区画する頂部に観測用の
    透過部材が設けられたピストンと、上記燃焼室に燃料を
    噴射する燃料噴射ノズルとを有した燃焼室内観測装置に
    おいて、上記透過部材の下方から上記燃焼室へレーザー
    光を入射させるための投光手段と、上記ピストンの外周
    上部に設けられ入射されたレーザー光を屈折させて噴射
    燃料を適宜照射する屈光部材とを備えたことを特徴とす
    る燃焼室内観測装置。
  2. 【請求項2】 上記屈光部材が、燃焼室の側面を区画す
    る側壁部材の一部に設けられた請求項1記載の燃焼室内
    観測装置。
  3. 【請求項3】 上記側壁部材が、上記透過部材の上面に
    載置され上記ピストンの外径と同じ外径のリング体であ
    る請求項2記載の燃焼室内観測装置。
JP30022796A 1996-11-12 1996-11-12 燃焼室内観測装置 Pending JPH10142106A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005121538A1 (de) * 2004-06-08 2005-12-22 Avl List Gmbh Kolbenanordnung
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