JP3439938B2 - In-cylinder observation device for internal combustion engines - Google Patents

In-cylinder observation device for internal combustion engines

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JP3439938B2
JP3439938B2 JP00731397A JP731397A JP3439938B2 JP 3439938 B2 JP3439938 B2 JP 3439938B2 JP 00731397 A JP00731397 A JP 00731397A JP 731397 A JP731397 A JP 731397A JP 3439938 B2 JP3439938 B2 JP 3439938B2
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visualization window
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公孝 斎藤
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の筒内
観察装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-cylinder observation device for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関のシリンダ内を直接可視化する
技術として、(1)ガラスシリンダを用いて可視化した
り、(2)ピストン頂面に可視化窓を取り付けボトムか
ら可視化したり、(3)ヘッド側燃焼室壁面に可視化窓
を取り付けトップから可視化している。より詳しくは、
前記(2)の例として、例えば、実公昭63−3390
号公報においては、ピストン頂面に可視化窓を設け、底
部からミラーを介して可視化できるようにしている。
2. Description of the Related Art As a technique for directly visualizing the inside of an internal combustion engine, (1) a glass cylinder is used for visualization, (2) a visualization window is attached to the top of the piston to visualize it from the bottom, and (3) a head. A visualization window is attached to the wall of the side combustion chamber to visualize from the top. For more details,
As an example of the above (2), for example, Japanese Utility Model Publication No. 63-3390.
In the publication, a visualization window is provided on the top surface of the piston so that it can be visualized from the bottom through a mirror.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
を用いて可視化を行う場合には、内燃機関を大幅に改造
しなければならないという問題がある。又、近年、ガソ
リン用内燃機関でも燃料の筒内直接噴射が行われるよう
になり、それによりピストンもピストン頂面にキャビテ
ィを有するような形状になってきている。そのため、サ
イドビューとなる前述の(1)のガラスシリンダではキ
ャビティ内での混合気挙動や着火直後の燃焼の様子を可
視化できない。さらに、前述の(2)のボトムからの可
視化では可視化窓をキャビティ状に形成し取り付けるこ
とができない。又、前述の(3)のトップからの可視化
では可視化範囲の確保と光量の確保の面から大きな可視
化窓を取り付けなくてはならず、実際の燃焼室形状に即
した混合気挙動や燃焼挙動を観察することはできなかっ
た。
However, when visualization is performed using these techniques, there is a problem that the internal combustion engine must be remodeled significantly. Further, in recent years, direct injection of fuel into a cylinder has also been performed in an internal combustion engine for gasoline, so that the piston has a shape having a cavity on the top surface of the piston. Therefore, it is not possible to visualize the behavior of the air-fuel mixture in the cavity or the state of combustion immediately after ignition in the glass cylinder of (1) described above, which is a side view. Furthermore, the visualization window cannot be formed in a cavity shape and attached by the visualization from the bottom of (2). In addition, in the visualization from the top of (3) above, a large visualization window must be attached in order to secure the visualization range and the amount of light, and to achieve mixture behavior and combustion behavior that match the actual combustion chamber shape. It could not be observed.

【0004】そこで、この発明の目的は、筒内の挙動を
容易かつ正確に観察することができる内燃機関の筒内観
察装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an in-cylinder observing device for an internal combustion engine, which can observe the behavior in the cylinder easily and accurately.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、発光部により内燃機関におけるシリンダ内に撮
像のための光が供給され、前記シリンダと対向する位置
に配置された撮像素子により、前記前記シリンダと前記
撮像素子の間に介在する可視化窓を通してシリンダ内が
撮像される。この撮像素子にて内燃機関の筒内の挙動が
観察される。
According to the first aspect of the invention, a light emitting portion supplies light for imaging into a cylinder of an internal combustion engine, and a position facing the cylinder.
The arranged image pickup device, the said said cylinder
The inside of the cylinder is imaged through a visualization window interposed between the image pickup devices . The behavior inside the cylinder of the internal combustion engine is observed with this image pickup device.

【0006】このようにシリンダヘッド等に観察用窓を
形成するといった工夫を加えるだけであるので、改造が
少なくて済む。又、ピストン頂面を加工する必要がない
ので、ピストン頂面にキャビティを有する内燃機関にも
適用できる。さらに、発光部を有するので、火炎が無く
ても観察が可能となる。
As described above, since the device such as forming the observation window on the cylinder head is simply added, the number of modifications can be reduced. Further, since it is not necessary to machine the piston top surface, it can be applied to an internal combustion engine having a cavity on the piston top surface. Further, since it has a light emitting portion, it is possible to observe without a flame.

【0007】請求項2に記載の発明によれば、点火直前
における前記撮像素子による画像データから点火プラグ
の火花ギャップ近傍の混合気形成度合いが観察される。
請求項3に記載の発明によれば、燃料噴射後所定期間後
における前記撮像素子による画像データから燃料噴霧の
挙動が観察される。
According to the second aspect of the invention, the degree of mixture formation near the spark gap of the spark plug is observed from the image data obtained by the image pickup device immediately before ignition.
According to the invention described in claim 3, the behavior of the fuel spray is observed from the image data by the image pickup device after a predetermined period after the fuel injection.

【0008】このように、請求項2,3の発明によれ
ば、混合気形成度合いや燃料噴霧の挙動を容易に観察す
ることができる。請求項4に記載の発明によれば、混合
気形成度合いの観察結果に基づいて点火時期または噴射
時期の少なくともいずれか一方が制御される。
As described above, according to the second and third aspects of the invention, the degree of mixture formation and the behavior of fuel spray can be easily observed. According to the invention of claim 4, at least one of the ignition timing and the injection timing is controlled based on the observation result of the degree of mixture formation.

【0009】請求項5に記載の発明によれば、燃料噴霧
の挙動の観察結果に基づいて点火時期または噴射時期の
少なくともいずれか一方が制御される。このように、請
求項4,5の発明によれば、混合気形成度合いや燃料噴
霧の挙動の観察結果を点火時期や噴射時期に反映させる
ことができる。
According to the fifth aspect of the invention, at least one of the ignition timing and the injection timing is controlled based on the observation result of the behavior of the fuel spray. As described above, according to the inventions of claims 4 and 5, the observation result of the degree of mixture formation and the behavior of the fuel spray can be reflected in the ignition timing and the injection timing.

【0010】つまり、例えば、吸気管噴射においては内
燃機関の筒内に吸い込まれた混合気の状態を、又、筒内
直接噴射においては筒内に噴射された噴霧の状態を、点
火時期や噴射時期に反映させ、最適点火・最適燃焼を行
うことが可能となる。
That is, for example, in the intake pipe injection, the state of the air-fuel mixture sucked into the cylinder of the internal combustion engine, and in the direct cylinder injection, the state of the spray injected into the cylinder, the ignition timing and the injection It becomes possible to perform optimum ignition and optimum combustion by reflecting the timing.

【0011】又、請求項6に記載の発明によれば、可視
化窓と発光部と撮像素子とが点火プラグに組み込まれ
る。よって、内燃機関への取付けが容易となる。又、請
求項7に記載の発明によれば、可視化窓においてはシリ
ンダ側に凹部を有するので、撮像素子の視野角拡大を図
り観察視野の確保を図ることができる。
According to the sixth aspect of the invention, the visualization window, the light emitting portion, and the image pickup element are incorporated in the spark plug. Therefore, the attachment to the internal combustion engine becomes easy. Further, according to the invention described in claim 7, since the visualization window has the concave portion on the cylinder side, the viewing angle of the image pickup device can be widened and the viewing field can be secured.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

(第1の実施の形態)以下、この発明を具体化した第1
の実施の形態を図面に従って説明する。
(First Embodiment) The first embodiment of the present invention will be described below.
Embodiments will be described with reference to the drawings.

【0013】図1には、本実施形態での内燃機関の筒内
観察装置が組み込まれるエンジン1の縦断面図を示す。
エンジン1として筒内直接噴射式ガソリンエンジンが用
いられる。
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an engine 1 in which an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to this embodiment is incorporated.
A direct injection gasoline engine is used as the engine 1.

【0014】図1において、シリンダブロック2の上に
はシリンダヘッド3が設けられるとともに、シリンダ4
内にはピストン5が配置されている。ピストン5の外周
部にはピストンリング6が設けられている。ピストン5
の頂上面にはキャビティ7が形成されている。
In FIG. 1, a cylinder head 3 is provided on a cylinder block 2 and a cylinder 4 is provided.
A piston 5 is arranged inside. A piston ring 6 is provided on the outer peripheral portion of the piston 5. Piston 5
A cavity 7 is formed on the top surface of the.

【0015】シリンダヘッド3には吸気バルブ8と排気
バルブ9が装着され、このバルブ8,9により吸気ポー
ト10と排気ポート11とが開閉されるようになってい
る。つまり、吸気バルブ8と排気バルブ9はバルブスプ
リング12,13によりポート10,11を塞ぐ方向に
付勢されており、エンジンの駆動に伴い図示しないバル
ブ駆動機構によりバルブスプリング12,13の付勢力
に抗して所定のタイミングにてポート10,11を開く
ようになっている。
An intake valve 8 and an exhaust valve 9 are mounted on the cylinder head 3, and the intake port 10 and the exhaust port 11 are opened and closed by the valves 8 and 9. That is, the intake valve 8 and the exhaust valve 9 are urged by the valve springs 12 and 13 in the direction of closing the ports 10 and 11, and the urging force of the valve springs 12 and 13 is increased by the valve drive mechanism (not shown) as the engine is driven. On the contrary, the ports 10 and 11 are opened at a predetermined timing.

【0016】又、シリンダヘッド3には燃料噴射弁14
が装着されており、その先端部がシリンダ4内に位置し
ている。この燃料噴射弁14には図示しない加圧ポンプ
により加圧された高圧のガソリンが供給され、燃料噴射
弁14からガソリンがキャビティ7に向けて噴射され
る。
A fuel injection valve 14 is provided on the cylinder head 3.
Is mounted, and its tip is located in the cylinder 4. High-pressure gasoline pressurized by a pressure pump (not shown) is supplied to the fuel injection valve 14, and the gasoline is injected from the fuel injection valve 14 toward the cavity 7.

【0017】又、シリンダヘッド3には点火プラグ15
が取り付けられ、点火プラグ15の下端部がシリンダ4
内に露出している。そして、点火プラグ15の下端部に
設けられた接地電極16と中心電極17との間に所定の
タイミングにて高電圧が印加され、火花による点火が行
われるようになっている。
Further, the cylinder head 3 has an ignition plug 15
Is attached, and the lower end of the spark plug 15 is attached to the cylinder 4.
It is exposed inside. Then, a high voltage is applied between the ground electrode 16 and the center electrode 17 provided at the lower end of the ignition plug 15 at a predetermined timing to ignite by sparks.

【0018】図2には点火プラグ15における一部断面
図を示す。図2に示すように、点火プラグ15には筒内
観察装置18が組み込まれている。筒内観察装置18
は、図3に示すように、可視化窓19と撮像素子20と
光ファイバー21とを備えており、これら部材は図2に
示すように円筒状ケース22内に収納されている。
FIG. 2 shows a partial sectional view of the spark plug 15. As shown in FIG. 2, an in-cylinder observation device 18 is incorporated in the spark plug 15. In-cylinder observation device 18
3, includes a visualization window 19, an image pickup element 20, and an optical fiber 21, and these members are housed in a cylindrical case 22 as shown in FIG.

【0019】図2に示すように、円筒状ケース22内に
おいて下端開口部には可視化窓19がシリンダ4を臨む
ように配置され、この可視化窓19は透明体よりなる。
可視化窓19の上には円柱状の撮像素子20が配置され
ている。撮像素子20には超小型CCDカメラが用いら
れる。尚、撮像素子20としてCCDカメラに限ること
はなく他の光電変換素子を用いてもよく、又、可視光の
他にも電子ビームやレーザ光などに感光する素子を用い
てもよい。
As shown in FIG. 2, a visualization window 19 is arranged at the lower end opening in the cylindrical case 22 so as to face the cylinder 4, and the visualization window 19 is made of a transparent material.
A columnar image pickup device 20 is arranged on the visualization window 19. A microminiature CCD camera is used for the image pickup device 20. The image pickup element 20 is not limited to the CCD camera, and other photoelectric conversion elements may be used, and an element sensitive to an electron beam, a laser beam, or the like other than visible light may be used.

【0020】このように、点火プラグ15に可視化窓1
9が配置されるとともに撮像素子20が燃焼室の近くに
配置され、点火プラグ15の火花ギャップ近傍(接地電
極16と中心電極17との空隙近傍)が撮像素子20に
よる撮像領域となっている。
In this way, the visualization window 1 is attached to the spark plug 15.
9 and the image pickup device 20 is arranged near the combustion chamber, and the vicinity of the spark gap of the spark plug 15 (near the gap between the ground electrode 16 and the center electrode 17) is the image pickup region of the image pickup device 20.

【0021】前述の円筒状ケース22内での撮像素子2
0の上には光ファイバー21の端部が配置され、光ファ
イバー21の他端には光源23が接続されている。光源
23にはストロボ装置が用いられ、駆動信号(発光指
令)の入力にてストロボ光を光ファイバー21に対し発
する。尚、光源23としては、他にも、キセノン光、レ
ーザ光などを用いてもよい。
Image pickup device 2 in the aforementioned cylindrical case 22
The end of the optical fiber 21 is arranged above the optical fiber 0, and the light source 23 is connected to the other end of the optical fiber 21. A strobe device is used as the light source 23, and strobe light is emitted to the optical fiber 21 when a drive signal (light emission command) is input. In addition, as the light source 23, xenon light, laser light, or the like may be used.

【0022】そして、光源23の発するストロボ光が光
ファイバー21の内部を伝搬して点火プラグ15での光
ファイバー21の先端から照射されて、撮像素子20の
外周部を通って可視化窓19から燃焼室に発せられる。
Then, the strobe light emitted from the light source 23 propagates inside the optical fiber 21 and is emitted from the tip of the optical fiber 21 in the spark plug 15, passes through the outer peripheral portion of the image pickup element 20, and enters from the visualization window 19 to the combustion chamber. Is emitted.

【0023】この際、図4に示すように、光ファイバー
21の先端面の面積よりも撮像素子20の断面積が小さ
くなるようにし、光ファイバー21の先端面の中心と撮
像素子20の中心とが一致するように配置する。このよ
うにすると、撮像素子20の周囲を通ってストロボ光が
可視化窓19に至るので、光量のロスが少なく、均一な
光をシリンダ4内に供給することができる。
At this time, as shown in FIG. 4, the cross-sectional area of the image pickup device 20 is made smaller than the area of the front end face of the optical fiber 21 so that the center of the front end face of the optical fiber 21 and the center of the image pickup device 20 coincide with each other. Arrange to do. In this case, the strobe light reaches the visualization window 19 through the periphery of the image sensor 20, so that the loss of the light amount is small and uniform light can be supplied into the cylinder 4.

【0024】このように本実施形態では、発光部は別の
場所に設置してある光源23からの光を導く光ファイバ
ー21を用いている。ここで、可視化窓について更に言
及すると、図5(a)に示すように、可視化窓としてシ
リンダ4側の端面30aが凹状となった可視化窓30を
用いると、可視化窓30が凹レンズの機能を有すること
になる。そして、この凹レンズ機能により、撮像素子2
0の視野角が拡大するとともに、光ファイバー21の先
端面(発光部)からの光がシリンダ4内に拡散する。
尚、視野角拡大や光の拡散を必要としなければ、図5
(b)に示すように、シリンダ4側の端面31aが平面
形状の可視化窓31を用いてもよい。又、図5(c)に
示すように、可視化窓としてシリンダ4側の端面32a
が凸状となった可視化窓32を用いると、可視化窓32
が凸レンズの機能を有することになる。このようにする
と、光を1点に集中させることができる。
As described above, in the present embodiment, the light emitting section uses the optical fiber 21 for guiding the light from the light source 23 installed at another place. Here, further referring to the visualization window, as shown in FIG. 5A, when the visualization window 30 having the concave end surface 30a on the cylinder 4 side is used as the visualization window, the visualization window 30 has a function of a concave lens. It will be. Then, due to this concave lens function, the image pickup device 2
As the viewing angle of 0 expands, the light from the tip surface (light emitting portion) of the optical fiber 21 diffuses into the cylinder 4.
If you do not need to expand the viewing angle or diffuse the light,
As shown in (b), the visualization window 31 in which the end surface 31a on the cylinder 4 side is planar may be used. Further, as shown in FIG. 5C, the end surface 32a on the cylinder 4 side is used as a visualization window.
If the visualization window 32 having a convex shape is used, the visualization window 32
Has the function of a convex lens. In this way, the light can be concentrated on one point.

【0025】図2の説明に戻り、撮像素子20はケーブ
ル24によりマイクロコンピュータ(以下、マイコンと
いう)25に接続され、撮像素子20による画像データ
がマイコン25に取り込まれるようになっている。又、
マイコン25は光源23と接続され、マイコン25から
光源23へ駆動信号が出力される。
Returning to the description of FIG. 2, the image pickup device 20 is connected to a microcomputer (hereinafter, referred to as a microcomputer) 25 by a cable 24, and image data from the image pickup device 20 is taken in by the microcomputer 25. or,
The microcomputer 25 is connected to the light source 23, and a drive signal is output from the microcomputer 25 to the light source 23.

【0026】次に、このように構成した内燃機関の筒内
観察装置の作用を説明する。まず、図1の直噴式ガソリ
ンエンジンにおける圧縮および爆発行程の概略について
説明する。
Next, the operation of the in-cylinder observation device for an internal combustion engine configured as above will be described. First, the outline of the compression and explosion strokes in the direct injection gasoline engine of FIG. 1 will be described.

【0027】圧縮行程において、シリンダ4内のピスト
ン5が上動する。そして、所定の噴射タイミングにて燃
料噴射弁14から燃料が噴射される。この際、燃料はキ
ャビティ7に向かって噴射される。より詳しくは、図6
に示すピストン5を上から見た図において、キャビティ
7の側壁7aに向かって噴射され、その霧化燃料はキャ
ビティ7の側壁7aおよび側壁7bに沿って延び点火プ
ラグ15による点火位置に至る。
In the compression stroke, the piston 5 in the cylinder 4 moves upward. Then, fuel is injected from the fuel injection valve 14 at a predetermined injection timing. At this time, the fuel is injected toward the cavity 7. More specifically, FIG.
When the piston 5 is viewed from above, it is injected toward the side wall 7a of the cavity 7, and the atomized fuel thereof extends along the side wall 7a and the side wall 7b of the cavity 7 to reach the ignition position by the ignition plug 15.

【0028】この際、図6(a)のように、燃料噴射弁
14からの噴霧燃料はキャビティ7の側壁7aに沿って
細く延び、さらに側壁7bに沿って細く延び点火プラグ
15による点火位置に達していると、燃料の噴霧状態が
良好である。又、図6(b)示す状態では、燃料噴射弁
14からの噴霧燃料はキャビティ7の側壁7a,7bに
沿って太く延びており、燃料の噴霧状態が悪い。さら
に、図6(c)示す状態では、燃料噴射弁14からの噴
霧燃料はキャビティ7の側壁7bに沿わずに、側壁7b
を越えてしまっており、点火位置に噴霧化した燃料が存
在せず、燃料の噴霧状態が悪い。
At this time, as shown in FIG. 6 (a), the sprayed fuel from the fuel injection valve 14 extends narrowly along the side wall 7a of the cavity 7 and further along the side wall 7b at the ignition position by the ignition plug 15. When it has reached, the fuel spray state is good. Further, in the state shown in FIG. 6B, the atomized fuel from the fuel injection valve 14 extends thickly along the side walls 7a and 7b of the cavity 7, and the atomized state of the fuel is poor. Further, in the state shown in FIG. 6C, the sprayed fuel from the fuel injection valve 14 does not go along the side wall 7b of the cavity 7 but the side wall 7b.
Since there is no atomized fuel at the ignition position, the atomized state of the fuel is poor.

【0029】燃料を噴射した後において所定の点火タイ
ミングになると、点火プラグ15の接地電極16と中心
電極17との間に高電圧が印加され、火花による点火が
行われる。
When a predetermined ignition timing comes after the fuel is injected, a high voltage is applied between the ground electrode 16 and the center electrode 17 of the spark plug 15, and spark ignition is performed.

【0030】このような行程中において、図2のマイコ
ン25は、点火直前において、光源23に駆動信号を出
力し、この信号に応答して光源23からストロボ光が発
せられる。この光が光ファイバー21により点火プラグ
15に伝えられ、光ファイバー21の先端面から照射さ
れ、可視化窓19からシリンダ4内の燃焼室に発せられ
る。この光にて撮像素子20による点火プラグ15の火
花ギャップ近傍が撮像される。このようにして得られた
画像データはマイコン25に送られ、マイコン25にて
画像処理され噴霧状態に関する解析が行われる。つま
り、マイコン25において画像処理を行い、点火プラグ
15の火花ギャップ近傍の混合気形成度合い、つまり、
混合気の分布が観察される。この結果は、図示しない表
示装置にて表示される。
In such a process, the microcomputer 25 of FIG. 2 outputs a drive signal to the light source 23 immediately before ignition, and the light source 23 emits strobe light in response to this drive signal. This light is transmitted to the spark plug 15 by the optical fiber 21, is irradiated from the tip end surface of the optical fiber 21, and is emitted from the visualization window 19 to the combustion chamber in the cylinder 4. With this light, the vicinity of the spark gap of the spark plug 15 is imaged by the image sensor 20. The image data obtained in this way is sent to the microcomputer 25, and the microcomputer 25 performs image processing to analyze the spray state. That is, image processing is performed in the microcomputer 25, and the degree of mixture formation near the spark gap of the spark plug 15, that is,
A mixture distribution is observed. The result is displayed on a display device (not shown).

【0031】ストロボの発光時期について言及すれば、
エンジン回転数、エンジン負荷、噴射形態(吸気管噴射
か筒内直接噴射かにより)、燃料噴射圧力などにより決
定される。そのための信号がマイコン25に取り込まれ
る。
As for the strobe emission timing,
It is determined by the engine speed, engine load, injection mode (whether intake pipe injection or direct cylinder injection), fuel injection pressure, and the like. The signal for that is taken in by the microcomputer 25.

【0032】このように本実施形態においては、下記の
特徴を有する。 (イ)筒内直接噴射式ガソリンエンジン1における点火
プラグ15に可視化窓19、撮像素子20、光源23に
接続された光ファイバー21の先端部を組み込み、撮像
素子20による画像データにより内燃機関の筒内の挙動
を判定するようにしたので、キャビティ7内での混合気
挙動を容易かつ正確に観察することができる。つまり、
シリンダヘッド部に観察窓19を形成するのみであるの
で、改造が少なくて済むとともに、ピストン5の頂面を
加工する必要がないので、キャビティ7を有する直噴エ
ンジンに好適なものとなる。さらに、光源23に接続さ
れた光ファイバー21を有するので、火炎が無くても観
察が可能となる。 (ロ)点火直前における撮像素子20による画像データ
から点火プラグ15の火花ギャップ近傍の混合気形成度
合いを容易に観察できる。 (ハ)可視化窓19と発光部(21)と撮像素子20と
を点火プラグ15に組み込んだので、エンジン1への取
付けが容易となる。 (ニ)図5(a)に示す可視化窓30においてはシリン
ダ側に凹部30aを有するので、撮像素子20の視野角
拡大を図り観察視野の確保を図ることができる。さら
に、光ファイバー21により導入されたストロボ光をシ
リンダ4に拡散させ、シリンダ内全体を可視化できる。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, the present embodiment has the following features. (B) The visualization window 19, the image pickup device 20, and the tip of the optical fiber 21 connected to the light source 23 are incorporated in the spark plug 15 of the direct injection gasoline engine 1, and the inside of the cylinder of the internal combustion engine is determined by the image data from the image pickup device 20. Therefore, the behavior of the air-fuel mixture in the cavity 7 can be easily and accurately observed. That is,
Since the observation window 19 is only formed in the cylinder head portion, the modification is less necessary and the top surface of the piston 5 does not need to be machined, which is suitable for the direct injection engine having the cavity 7. Further, since it has the optical fiber 21 connected to the light source 23, it is possible to observe without a flame. (B) The degree of air-fuel mixture formation in the vicinity of the spark gap of the spark plug 15 can be easily observed from the image data obtained by the image pickup device 20 immediately before ignition. (C) Since the visualization window 19, the light emitting portion (21) and the image pickup device 20 are incorporated in the ignition plug 15, the attachment to the engine 1 becomes easy. (D) Since the visualization window 30 shown in FIG. 5 (a) has the concave portion 30a on the cylinder side, the viewing angle of the image pickup device 20 can be widened and an observation viewing field can be secured. Further, the strobe light introduced by the optical fiber 21 can be diffused to the cylinder 4 to visualize the entire inside of the cylinder. (Second Embodiment) Next, the second embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0033】図7には、本実施の形態でのピストンヘッ
ド部の斜視図を示す。図2に示す第1の実施の形態にお
いては点火プラグ15の内部に筒内観察装置18を設け
たが、本実施の形態においては、図7に示すように、点
火プラグ15の取付け位置とは別の場所、具体的には点
火プラグ15の近傍に筒内観察装置40を配している。
このようにして、シリンダ4内の様子が観察できる。 (第3の実施の形態)次に、第3の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
FIG. 7 shows a perspective view of the piston head portion in this embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 2, the in-cylinder observation device 18 is provided inside the ignition plug 15, but in the present embodiment, as shown in FIG. The in-cylinder observation device 40 is arranged at another place, specifically, near the ignition plug 15.
In this way, the inside of the cylinder 4 can be observed. (Third Embodiment) Next, the third embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0034】図8には、本実施の形態でのピストンヘッ
ド部の斜視図を示す。図2に示す第1の実施の形態にお
いてはシリンダ4の真上からシリンダ4内を覗くように
点火プラグ15の内部に筒内観察装置18を設けたが、
本実施の形態においては、図8に示すように、エンジン
サイドに筒内観察装置45を配置している。
FIG. 8 shows a perspective view of the piston head portion in this embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 2, the in-cylinder observation device 18 is provided inside the ignition plug 15 so that the inside of the cylinder 4 can be seen from directly above the cylinder 4.
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, an in-cylinder observation device 45 is arranged on the engine side.

【0035】このように、点火プラグ15とはまったく
別の位置に筒内観察装置45を配してシリンダ4内の様
子が観察できる。 (第4の実施の形態)次に、第4の実施の形態を、第2
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
In this way, the inside of the cylinder 4 can be observed by disposing the in-cylinder observation device 45 at a position completely different from the ignition plug 15. (Fourth Embodiment) Next, the fourth embodiment will be described with reference to the second embodiment.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0036】図9には本実施の形態での筒内観察装置を
示す。図9に示すように、点火プラグ15の火花ギャッ
プ近傍を撮像素子20の撮像領域とし、マイコン25に
より任意時期に光源(ストロボ装置)23を駆動して発
光させるとともにマイコン25により任意時期に撮像素
子20の画像データを取り込み、その時のシリンダ4内
の様子に応じて点火信号または噴射信号の少なくともい
ずれか一方を制御する。
FIG. 9 shows an in-cylinder observation device according to this embodiment. As shown in FIG. 9, the vicinity of the spark gap of the spark plug 15 is set as an image pickup area of the image pickup device 20, and the microcomputer 25 drives the light source (strobe device) 23 to emit light at an arbitrary time and the microcomputer 25 makes an image pickup device at an arbitrary time. Image data of 20 is taken in, and at least one of the ignition signal and the injection signal is controlled according to the state in the cylinder 4 at that time.

【0037】つまり、点火直前の点火プラグ15の火花
ギャップ近傍における画像データをマイコン25に取り
込み、マイコン25で画像処理を行い火花ギャップ近傍
の混合気形成度合いを判断する。そして、その判断結果
(観察結果)に応じてマイコン25は点火信号または噴
射信号またはその両方を制御し、火花ギャップ部近傍が
最適混合気度合いで点火および燃焼が行えるようにす
る。図11を用いてより詳しく説明すると、マイコン2
5は画像データに基づいてシリンダ4内の火花ギャップ
近傍の点火前、点火時、点火後の空燃比を判定し、例え
ば、マイコン25が図11(a)に示す状態であると判
定すれば、図11(b)に示すように点火時期、図11
(c)に示すように噴射時期、または図11(d)に示
すように噴射量の少なくともいずれか一方を制御し、火
花ギャップ近傍が最適混合気度合で点火および燃焼が行
えるようにする。又、マイコン25が図11(e)に示
す状態であると判定した場合でも同様の制御を行う。
That is, the image data in the vicinity of the spark gap of the spark plug 15 immediately before ignition is taken into the microcomputer 25, and the microcomputer 25 performs image processing to determine the degree of mixture formation near the spark gap. Then, the microcomputer 25 controls the ignition signal and / or the injection signal in accordance with the determination result (observation result) so that ignition and combustion can be performed in the vicinity of the spark gap portion at the optimum air-fuel mixture degree. More specifically, referring to FIG. 11, the microcomputer 2
5 determines the air-fuel ratio before ignition, during ignition, and after ignition in the vicinity of the spark gap in the cylinder 4 based on the image data. For example, if the microcomputer 25 determines that it is in the state shown in FIG. As shown in FIG. 11B, the ignition timing,
At least one of the injection timing as shown in FIG. 11C or the injection amount as shown in FIG. 11D is controlled so that ignition and combustion can be performed in the vicinity of the spark gap at the optimum mixture degree. Also, when the microcomputer 25 determines that it is in the state shown in FIG. 11E, the same control is performed.

【0038】このように本実施の形態においては、下記
の特徴を有する。 (イ)混合気形成度合いの観察結果に基づいて点火信号
または噴射信号の少なくともいずれか一方を制御するこ
とにより、混合気形成度合いの観察結果を点火信号や噴
射信号に反映させることができる。よって、筒内直接噴
射における筒内に噴射された噴霧の状態を点火信号や噴
射信号に反映させ最適点火・最適燃焼を行うことが可能
となる。 (第5の実施の形態)次に、第5の実施の形態を、第4
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As described above, the present embodiment has the following features. (A) By controlling at least one of the ignition signal and the injection signal based on the observation result of the mixture formation degree, the observation result of the mixture formation degree can be reflected in the ignition signal and the injection signal. Therefore, the state of the spray injected into the cylinder in the direct cylinder injection can be reflected in the ignition signal and the injection signal to perform optimum ignition and optimum combustion. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0039】図10には、本実施の形態での筒内観察装
置を示す。図10に示すように、燃焼室の所定領域を撮
像素子20の撮像領域とし、燃料噴射後ある一定期間後
における撮像素子20による燃焼室の画像データをマイ
コン25に取り込む。そして、マイコン25で画像処理
を行って噴霧の挙動を判断し、その結果を前もって入力
してある最適燃焼を与える最適噴霧挙動結果と比較す
る。そして、この比較結果に基づいてマイコン25は最
適混合気度合いで点火および燃焼を行うべく点火信号ま
たは噴射信号の少なくともいずれか一方を制御する。
FIG. 10 shows an in-cylinder observation device according to this embodiment. As shown in FIG. 10, a predetermined region of the combustion chamber is set as the image pickup region of the image pickup device 20, and image data of the combustion chamber by the image pickup device 20 after a certain period after fuel injection is fetched into the microcomputer 25. Then, the microcomputer 25 performs image processing to determine the behavior of the spray, and compares the result with the optimal spray behavior result which gives the optimum combustion that has been input in advance. Then, based on the comparison result, the microcomputer 25 controls at least one of the ignition signal and the injection signal in order to perform ignition and combustion at the optimum air-fuel mixture degree.

【0040】図6を用いてより具体的に説明すると、マ
イコン25は図6(b)に示す状態であれば、点火時期
を早め噴霧が拡がる前に点火するか、噴射時期を遅らせ
点火時にまだ噴霧が拡がらないようにすることのいずれ
か一方を行わせる。又、図6(c)に示す状態であれ
ば、点火時期を遅くし噴霧を広げた後に点火をするか、
噴射時期を遅らせ噴霧がキャビティ7から外れないよう
にすることのいずれか一方を行わせる。
More specifically with reference to FIG. 6, in the state shown in FIG. 6B, the microcomputer 25 advances the ignition timing to ignite before the spray spreads, or delays the injection timing and delays the ignition timing. Prevent either spray from spreading. Further, in the case of the state shown in FIG. 6 (c), the ignition timing is delayed to spread the spray and then the ignition is performed.
Either one of delaying the injection timing and preventing the spray from coming off the cavity 7 is performed.

【0041】尚、観察のタイミングである燃料噴射後の
所定期間後とは、例えば、1200rpmにおける1/
2負荷時においては燃料噴射の1.3msec後とす
る。このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。 (イ)燃料噴射後所定期間後における撮像素子20によ
る画像データから燃料噴霧の挙動を容易に観察すること
ができる。 (ロ)燃料噴霧の挙動の観察結果に基づいて点火信号ま
たは噴射信号の少なくともいずれか一方を制御すること
により、燃料噴霧の挙動の観察結果を点火信号や噴射信
号に反映させることができ、最適点火・最適燃焼を行う
ことが可能となる。
It should be noted that "after a predetermined period after fuel injection, which is the timing of observation," means, for example, 1/1200 rpm.
At the time of 2 loads, it is 1.3 msec after fuel injection. As described above, the present embodiment has the following features. (A) It is possible to easily observe the behavior of fuel spray from the image data obtained by the image pickup device 20 after a predetermined period after fuel injection. (B) By controlling at least one of the ignition signal and the injection signal based on the observation result of the behavior of the fuel spray, the observation result of the behavior of the fuel spray can be reflected in the ignition signal and the injection signal. It becomes possible to perform ignition and optimum combustion.

【0042】これまで説明したきたものの他にも、下記
のように実施してもよい。別光源23の光を光ファイバ
ー21により導き発光させるのではなく、発光部はそれ
自体が発光するものとしてもよい。つまり、光源自体を
点火プラグ内やエンジンのシリンダヘッド等に組み込ん
でもよい。
In addition to what has been described so far, the following may be carried out. Instead of guiding the light of the separate light source 23 through the optical fiber 21 to cause it to emit light, the light emitting section may itself emit light. That is, the light source itself may be incorporated in the spark plug, the cylinder head of the engine, or the like.

【0043】又、筒内観察装置による影像取り込みは、
連続でも、毎サイクル任意の時期でもよく、また、始動
時および過渡時に限定してもよい。さらに、筒内直接噴
射式のエンジン以外にも、吸気管に燃料を噴射するエン
ジンに実施してもよい。この場合において、内燃機関の
筒内に吸い込まれた混合気の状態から点火プラグの火花
ギャップ近傍の混合気形成度合いを判定して最適混合気
度合いで点火および燃焼が行えるように点火信号または
噴射信号の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
In addition, the image capturing by the in-cylinder observation device is
It may be continuous or at any time in each cycle, and may be limited to the starting time and the transient time. Further, in addition to the direct cylinder injection type engine, the engine may be implemented to inject fuel into the intake pipe. In this case, the ignition signal or the injection signal so that the degree of mixture formation near the spark gap of the spark plug is judged from the state of the mixture drawn into the cylinder of the internal combustion engine and ignition and combustion can be performed at the optimum mixture degree. At least one of the above may be controlled.

【0044】又、これまでの説明においては、観察項目
として、点火プラグの火花ギャップ近傍の混合気形成度
合い、または、筒内に吸い込まれた混合気の状態または
筒内に噴射された噴霧の状態といった混合気挙動であっ
たが、他にも、観察項目として、着火直後の燃焼状態を
観察してもよい。
In the above description, as an observation item, the degree of mixture formation in the vicinity of the spark gap of the spark plug, the state of the mixture sucked into the cylinder, or the state of the spray injected into the cylinder. However, as another observation item, the combustion state immediately after ignition may be observed.

【0045】又、ストロボ光の発光タイミング(発光時
期)はマイコン25によらず、例えば、720°CA毎
に発せられるパルス信号を基準信号として、この信号か
らのディレーにより設定してもよい。
The light emission timing (light emission timing) of the strobe light may be set not by the microcomputer 25 but by a delay from this signal, for example, using a pulse signal issued every 720 ° CA as a reference signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1の実施の形態における内燃機関の筒内観
察装置が組み込まれるエンジンの縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an engine in which an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to a first embodiment is incorporated.

【図2】 点火プラグにおける一部断面図。FIG. 2 is a partial sectional view of a spark plug.

【図3】 筒内観察装置の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of an in-cylinder observation device.

【図4】 筒内観察装置を示す図。FIG. 4 is a view showing an in-cylinder observation device.

【図5】 内燃機関の筒内観察装置の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of an in-cylinder observation device for an internal combustion engine.

【図6】 噴霧状態を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a sprayed state.

【図7】 第2の実施の形態における内燃機関の筒内観
察装置の斜視図。
FIG. 7 is a perspective view of an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to a second embodiment.

【図8】 第3の実施の形態における内燃機関の筒内観
察装置の斜視図。
FIG. 8 is a perspective view of an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to a third embodiment.

【図9】 第4の実施の形態における内燃機関の筒内観
察装置を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment.

【図10】 第5の実施の形態における内燃機関の筒内
観察装置を示す図。
FIG. 10 is a view showing an in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to a fifth embodiment.

【図11】 第4の実施の形態における制御の説明に供
する図。
FIG. 11 is a diagram for explaining control in the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…エンジン、4…シリンダ、15…点火プラグ、19
…可視化窓、20…撮像素子、21…光ファイバー、2
5…マイコン。
1 ... Engine, 4 ... Cylinder, 15 ... Spark plug, 19
… Visualization window, 20… Image sensor, 21… Optical fiber, 2
5 ... Microcomputer.

フロントページの続き (72)発明者 斎藤 公孝 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小浜 時男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小林 辰夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−288871(JP,A) 特開 平7−43254(JP,A) 特開 平2−176542(JP,A) 特開 昭61−218736(JP,A) 特開 昭61−217726(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 15/00 Front Page Continuation (72) Inventor Kimitaka Saito 14 Iwatani, Shimohakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Japan Auto Parts Research Institute (72) Inventor Tokio Obama 14 Iwatani, Shimohakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Japan Car Parts Co., Ltd. Research Institute (72) Inventor Tatsuo Kobayashi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (56) Reference JP-A-7-288871 (JP, A) JP-A-7-43254 (JP, A) ) JP-A-2-176542 (JP, A) JP-A 61-218736 (JP, A) JP-A 61-217726 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01M 15/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内燃機関におけるシリンダを臨むように
配置された可視化窓と、 前記シリンダ内の撮像のための光を供給する発光部と、前記シリンダと対向する位置に配置され、 前記可視化窓
を通してシリンダ内を撮像するための撮像素子とを備
え、前記前記シリンダと前記撮像素子の間には前記可視化窓
のみを介在させ たことを特徴とする内燃機関の筒内観察
装置。
1. A visualization window arranged to face a cylinder of an internal combustion engine, a light emitting section for supplying light for imaging in the cylinder, and a visualization window arranged at a position facing the cylinder and passing through the visualization window. An imaging device for imaging the inside of a cylinder, and the visualization window between the cylinder and the imaging device.
An in-cylinder observation device for an internal combustion engine, characterized in that only an intervening device is used.
【請求項2】 点火直前における前記撮像素子による画
像データから点火プラグの火花ギャップ近傍の混合気形
成度合いを観察するようにしたことを特徴とする請求項
1に記載の内燃機関の筒内観察装置。
2. The in-cylinder observation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the degree of mixture formation near the spark gap of the spark plug is observed from image data obtained by the image pickup device immediately before ignition. .
【請求項3】 燃料噴射後所定期間後における前記撮像
素子による画像データから燃料噴霧の挙動を観察するよ
うにしたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の
筒内観察装置。
3. The in-cylinder observation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the behavior of the fuel spray is observed from image data obtained by the image pickup device after a predetermined period has elapsed after fuel injection.
【請求項4】 前記混合気形成度合いの観察結果に基づ
いて点火時期または噴射時期の少なくともいずれか一方
を制御するようにしたことを特徴とする請求項2に記載
の内燃機関の筒内観察装置。
4. The in-cylinder observation apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein at least one of ignition timing and injection timing is controlled based on an observation result of the degree of mixture formation. .
【請求項5】 前記燃料噴霧の挙動の観察結果に基づい
て点火時期または噴射時期の少なくともいずれか一方を
制御するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の
内燃機関の筒内観察装置。
5. The in-cylinder observation apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein at least one of ignition timing and injection timing is controlled based on an observation result of the behavior of the fuel spray. .
【請求項6】 前記可視化窓と発光部と撮像素子とを、
点火プラグに組み込んだことを特徴とする請求項1に記
載の内燃機関の筒内観察装置。
6. The visualization window, the light emitting unit, and the image sensor,
The in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the in-cylinder observation device is incorporated in an ignition plug.
【請求項7】 前記可視化窓は、シリンダ側に凹部を有
することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の筒内
観察装置。
7. The in-cylinder observation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the visualization window has a recess on the cylinder side.
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