JPH063184B2 - 往復動内燃機関燃焼室の火炎像検知装置 - Google Patents

往復動内燃機関燃焼室の火炎像検知装置

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JPH063184B2
JPH063184B2 JP17686184A JP17686184A JPH063184B2 JP H063184 B2 JPH063184 B2 JP H063184B2 JP 17686184 A JP17686184 A JP 17686184A JP 17686184 A JP17686184 A JP 17686184A JP H063184 B2 JPH063184 B2 JP H063184B2
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和彦 永瀬
敬次 軍司
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Railway Technical Research Institute
Nihon Den Netsu Keiki Co Ltd
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Nihon Den Netsu Keiki Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/04Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、内燃機関の燃焼室の燃焼により生ずる光エ
ネルギー(以下火炎像という)を外部へ伝播して燃焼状
況を検知する往復動内燃機関燃焼室の火炎像検知装置に
関するものである。
〔従来技術〕
高温高圧の燃焼室内部、例えば、ガソリン機関またはデ
ィーゼル機関等の往復動内燃機関の燃焼室等の燃料ガス
の燃焼状況の詳細、例えば燃料の流動状況、着火の時
期、火炎の伝播状況および排ガスの流れなどは不明の点
が少なくない。
これらの因子は燃焼の効率に大きく関与するため、関係
者の間でこれについて精力的な研究がなされ、ある程度
の現像解明がなされてはいる。しかし、これらのほとん
どは模型または実験用モデル機関を用いたテストでの結
果であり、実機での詳細については依然不明の点が多
い。これは、往復動内燃機関等の燃焼室は高温、高圧ガ
スの存在によって環境条件は著しく悪条件化にあり、こ
の悪条件が各種の計測が妨げているからである。
最近、各種のデータ伝送、医学において人体内部の目視
などに用いられつつある光ファイバあるいは長柱石英ガ
ラス棒のうちある種類のものは光透過性や耐高圧性に優
れ、かつ、ある程度の高温にも耐えるだけでなく、各種
の外部からの雑音等に極めて強く、しかも小径のものに
ついては、可撓性に富むなどの優れた特性を有する。
したがって、これらの光伝播材(以下光ファイバとい
う)を燃焼室の隔壁付近に設置し、燃焼室内で燃焼時に
発生する火炎像を何等かの手段で光ファイバに入射せし
め、外部に伝送すれば、たとえ部分的ではあっても燃焼
室内の現象が解明されるだけでなく、火炎像の状況など
を検知できる。これは、火炎像は高温で輝度を有し、あ
るいは高いレベルの赤外線を放射するため、火炎像の存
在、またはその発生状況が光ファイバを通じて容易に外
部へ伝送できるからである。
一方、このような情報の伝送手段として光ファイバを用
いることは非常に便宜であるが、光ファィバは極めてぜ
い弱な物質である。通常、この欠点を補うために光ファ
イバの周囲を樹脂被膜等で覆い、強度の保持と可撓性を
確保している場合が多い。
しかし、この樹脂被膜等も燃焼室内のような高温部では
燃焼、または高圧ガスの影響を受けて破損する恐れがあ
り、樹脂被膜等を施すことができない。したがつて、燃
焼室と、隔壁の貫通孔付近に光ファイバを設置する場合
は、樹脂被膜等がない状態で挿通するか、あるいはこれ
らの被膜が破損しない場所に設置しなければならず、特
別の措置を必要とする等の問題があった。
〔発明の概要〕
この発明は、上記の点にかんがみなされたもので、往復
動内燃機関の火炎像を外部へ伝播して燃焼状況を検知す
るため往復動内燃機関の隔壁に貫通孔を形成し、この貫
通孔に透視窓を隔壁の燃焼室側に設け、隔壁の外部側に
は透視窓を透過した火炎像を入射させて受光素子へ伝播
する光ファイバを保持した受光装置を設けて、燃焼室内
の火炎像を外部から検知できるようにしたものである。
以下この発明を図面について説明する。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す概要構成図で、燃焼
状況検知装置を往復動内燃機関に取り付けた場合を示
す。この図において、1は往復動内燃機関の一部を示し
たものである。2は燃焼室、3は前記燃焼室2の隔壁、
4は前記隔壁3に形成した貫通孔、5は前記貫通孔4に
設けられた燃焼室2の燃焼状況を検知する検知装置の全
体を示す。
第2図は第1図の要部を拡大して示した側断面図で、第
1図と同一符号は同一部分を示し、6は前記隔壁3を冷
却するための水ジャケットである。検知装置5におい
て、11は透視窓で、図示のものはレンズが使用された
場合で、燃焼室2内の火炎像を透過し集光するものであ
るため耐熱性、耐圧性を有する材料、例えば人工サファ
イアを素材として形成されている。12は前記透視窓1
1が装着されたレンズ取付金具で、螺合により隔壁3に
取り付ける。13は前記透視窓11をレンズ取付金具1
2に気密に固着する固着剤で、耐熱性で気密性を有して
いる。14は火炎像を受光し、これを外部へ伝播する受
光装置全体を示すもので、その詳細を第3図に示す。
すなわち、第3図は第2図の受光装置14を拡大して示
したもので、15は金属製の筒状をなす保持金具で、先
端側にテーパ面16を設けてある。17は固定部材で、
保持金具15の先端に溶接等で固定される。18は保護
管で、保持金具15の基部に溶接等により固着される。
19は光ファイバで、樹脂またはクラッドで覆われたも
のについてはその中心に光ファイバ素線がある。
光ファィバ19が保持金具15、保護管18等で覆われ
た部分の要部において、さらに、前後2つの保護シース
20,21で2重に覆われているのは、製作時などの
際、特に小径の光ファイバ19等に対し、わずかの応力
が作用して破損するのを防ぐためである。
この光ファイバ19は保持金具15の中心を貫通するよ
うに挿入され、先端部分は光ファイバ19(クラッドで
覆われたものについては光ファイバ素線)が露出してお
り、これが固定部材17内に位置し、耐熱性の固定材2
2により気密に固着される。また、光ファイバ19の外
周と保持金具15にの内面との間に耐熱性の充填材23
が充填され、さらに、保護管18内の光ファイバ19は
耐熱性の固定材22で固定される。24は光の入射面で
透視窓11の後方に位置している。25は光の射出側を
示す。26は前記保持金具15が取り付けられた取付金
具で、特殊工具等を用い隔壁3に螺合により気密に取り
付けられている。
15の中心線と同心の中心線を有する取付金具26を貫
通した取付孔27が設けられており、この取付孔27に
は平滑なテーパ面28が形成され、さらに取付孔27の
外部側はねじ穴29となっている。30は固定具として
の取付ねじで、中央の貫通孔31に保持金具15の後端
が当接する段部32が形成され、さらに、ねじ部33が
設けられ、これが取付金具26のねじ穴29に螺合す
る。
したがって、取付金具26に保持金属15を挿入して取
付ねじ30を締め付けることで、テーパ面16とテーパ
面28とが同軸的に密着固定され、気密性と軸の中心と
を堅牢に保つことができる。
再び第2図において、34は前記光ファイバ19のコネ
クタ、35は前記コネクタ34,34を接続するアダプ
タ、36は受光素子である。なお、19Aは前記受光素
子36を往復動内燃機関1の熱影響を受けない位置に設
定するための延長用の光ファイバで、コネクタ34を介
して複数本を直列に接続することができる。
次に、第2図および第3図における動作について説明す
る。
燃焼室2内の火炎像は透視窓11に入射透過してから、
光ファイバ19の入射面24に入射される。光ファイバ
19内に入射した火炎像は途中のアダプタ35、コネク
タ34等を介し、光ファイバ19Aへ伝播し、受光素子
36に受光さ電気的出力に変換される。
なお、第2図の実施例では、隔壁3内部に水ジャケット
6を設置してあり、このため、光ファイバ19の入射面
24は外側の隔壁3の内方にあっても、燃焼室2の間近
外方の高温状態にある隔壁3の外方に位置することにな
るため、光ファイバ19に対する熱負荷が少なくなるこ
ともこの実施例の特徴である。
第4図はこの発明の他の実施例を示す要部の拡大側断面
図で、第1図〜第3図と同一符号は同一構成を示し、4
1は前記透視窓11と受光装置14とが一体に取り付け
られた取付金具で、透視窓11と受光装置14との間に
は透孔部42が形成されている。そして、この透孔部4
2は透視窓11と受光装置14とにより気密に封止さ
れ、透孔部42の空間部は真空にしたり、あるいは不活
性ガスを封入して防熱、防錆しているる。43は前記隔
壁3に形成した貫通孔で、めねじ43aが形成され、取
付金具41に形成したおねじ41aを螺合して取付金具
41により封止されている。また光ファイバ19の入射
面24の位置を隔壁3の外面3aより少なくとも外方へ
設定することにより光ファイバ19の高温による損傷が
ないようにしているが、この方法は、光ファイバ19を
燃焼室2の間近外方の隔壁3より外方に設置するという
考え方に基づく点については第2図の実施例と同一であ
る。また、入射角θは光ファイバ19の入射面24に対
する最大入射角であり、本角度線の延長線が透視窓11
の有効入射直径dの内方となるように、つまり、透視窓
11の有効入射直径dが少なくとも光ファイバ19の入
射面の最大入射角線上よりも外方となるように設定し
て、後述のように取付金具41自体の帯熱に伴う赤外散
乱光の入らないようにしている。
このように、透視窓11と光ファイバ19とをあらかじ
め取付金具41で一体に固着させた後、取付金具41を
隔壁3の貫通孔43に螺合により気密に固着すれば、透
視窓11の焦点の調整、透孔部42の真空保持、不活性
ガスの封入、組立作業を容易に行うことができる。
第4図の実施例においては、光ファイバ19で検知する
火炎像の温度レベルが低いもの、すなわち、火炎像が波
長の長い赤外線である場合に、取付金具41等付近の物
体自体が高温化することによって発生させる赤外線を光
ファイバ19が集光すると、外乱によりいわゆる燃焼レ
ベルのSN比が低下して問題となるが、このような対策
として先に述べたように光ファイバ19によって既知で
ある開口数NAに応じて定められる最大入射角θの延長
線上の範囲に高温時にレベルの高い赤外線の放射を射出
する可能性のある物体(第4図においては取付金具4
1)がないように配慮されているので、光ファイバ19
には透視窓11から入射する光のみが限定して集光され
る。しかも透視窓11に人工サファイアを用いた場合に
は透視窓11が高温化しても透視窓11自体が放射する
赤外線のレベルは金属等に比べると著しく低く、外乱の
影響排除に顕著な効果を期待できる。
第4図のような方法に採ることにより燃焼室2の高温部
に直接突出させて火炎像を入射せしめ、外部へ伝播する
ことに種々の難点がある光ファイバ19に対する問題点
の多くは解消される。すなわち、往復動内燃機関の燃焼
が光ファイバ19に悪影響を与えるような高温となるの
は燃焼期間のうちのごく限られた時間であって、この期
間のみに限って石英等からなる耐熱性の優れた光ファイ
バ19を高温から保護するためには人工サファイア等で
カバーすれば十分である。さらに人工サファイアは、石
英より耐熱性や固さが優れているだけでなく、光のうち
特に赤外域の光に対しての透過性に優れている。
なお、受光装置14内部に光ファイバ19を固着する方
法については、透視窓11の外方に不活性ガスを封入す
ることにより気密に保持する必要がなく、あるいは、受
光装置14内部の熱負荷が大きくない場合には、より簡
易な方法、例えば、通常の封着剤等で光ファイバ19を
固着することにより透視窓11との関係位置を定めるこ
ととしてもよい。さらに、光ファイバ19へ入射させる
火炎像のレベルが高く、透視窓11に集光機能を付与す
る必要のない場合には、これを平面の窓としてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明は、往復動内燃機関の燃焼
室の隔壁に形成された貫通孔の前記燃焼室側に、前記燃
焼室で発生した火炎像を集光する集光レンズがレンズ取
付金具により気密に設けられた透視窓と、 前記火炎像が伝播する光ファイバを中心に挿通保持し、
外面にテーパ面を形成した円筒状の保持金具、この保持
金具が嵌合する挿通孔を有し前記テーパ面が当接するテ
ーパ面が形成されるとともに、前記隔壁の貫通孔の前記
燃焼室と反射側に固着された取付金具、および前記保持
金具を前記テーパ面方向に圧接する固定具とからなる受
光装置とを備えたので、燃焼室の火炎像を十分に集光で
きる。そして貫通孔は燃焼室側は集光レンズにより、ま
た燃焼室と反対側は受光装置で2重に密封されるので、
密封度が上がり安全性を保つことができる。
さらに、集光レンズは光ファイバとの間には空間がで
き、両者は直接機械的に接続されていないので、集光レ
ンズの振動が直接光ファイバに伝達されず、光ファイバ
の損傷を防止できる。また、上記集光レンズと光ファイ
バ間の空間内は真空にしたり、不活性ガスを封入するこ
とによって断熱効果や防錆効果が得られる等の利点を有
する。また、保持金具のテーパ面と取付金具のテーパ面
とが固定具によって圧接されるので、気密性と軸の中心
とを堅牢に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第2図
は第1図の要部を拡大して示した側断面図、第3図は第
2図の受光装置部分の詳細を示す拡大側断面図、第4図
はこの発明の他の実施例を示す要部の拡大側断面図であ
る。 図中、1は往復動内燃機関、2は燃焼室、3は隔壁、4
は貫通孔、5は検知装置、6は水ジャケット、11は透
視窓、12は取付金具、13は固着剤、14は受光装
置、15は保持金具、19,19Aは光ファイバ、24
は入射面、26は取付金具、27は取付孔、30は取付
ねじ、33はねじ部、41は取付金具、42は透孔部、
43は貫通孔である。
フロントページの続き (72)発明者 武田 登志夫 東京都大田区下丸子2丁目27番1号 日本 電熱計器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−73647(JP,A) 特開 昭51−27378(JP,A) 特開 昭58−220959(JP,A) 実開 昭56−29891(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】往復動内燃機関の燃焼室の隔壁に形成され
    た貫通孔の前記燃焼室側に、前記燃焼室で発生した火炎
    像を集光する集光レンズがレンズ取付金具により気密に
    設けられた透視窓と、 前記火炎像が伝播する光ファイバを中心に挿通保持し、
    外面にテーパ面を形成した円筒状の保持金具、この保持
    金具が嵌合する挿通孔を有し前記テーパ面が当接するテ
    ーパ面が形成されるとともに、前記隔壁の貫通孔の前記
    燃焼室と反射側に固着された取付金具、および前記保持
    金具を前記テーパ面方向に圧接する固定具とからなる受
    光装置と、 を備えたことを特徴とする往復動内燃機関燃焼室の火炎
    像検知装置。
  2. 【請求項2】レンズ取付金具と取付金具は一体に構成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲の第1項記載
    の往復動内燃機関燃焼室の火炎像検知装置。
JP17686184A 1984-08-27 1984-08-27 往復動内燃機関燃焼室の火炎像検知装置 Expired - Lifetime JPH063184B2 (ja)

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JPS6155312A JPS6155312A (ja) 1986-03-19
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2722562B2 (ja) * 1988-11-18 1998-03-04 三菱自動車工業株式会社 エンジン燃焼室内の火炎位置検知装置
AT503275A1 (de) * 2006-02-20 2007-09-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg Aufnahmevorrichtung zur befestigung eines brennraumfensters
AT505077B1 (de) * 2008-06-06 2010-01-15 Avl List Gmbh Messeinrichtung

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