JPS60155929A - 運転中の内燃機関の燃焼室における現象過程を確認するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕　・・ 零発８Ａａ、運転中の内燃機関の燃焼室における現象過
程を燃焼室の壁に形成された少くと砺１つの観察用開口
部、つまシ観察用穴ｆ：１１１１じて確認するための装
置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃焼室での燃焼過程を高速運動写真撮影ａｔ
−使って映像的に確認することができるように従来この
目的のためのエンジンが特別に製作されていた。　この
エンジンにおいては、もちろん市販されているエンジン
とは異なシ高速運動写真撮影後のための装置によシ飼約
された構造変更箇所があシ、これによって流れ状態、熱
力学的状態モして燃焼室の幾何形状等の基本的なエンジ
ンパラメータが決定的に変化していた。

例え瞳、水晶ガラスやアクリルのカバーを施しているデ
ィーゼルエンジンの場合、ソのカバー−よシ燃焼が経過
していく間連続的に鏡を介して＃Ａ暁焼室撮影されてい
た。　透明のシリンダヘッドには弁を装備できな−ので
、・スロット判御を用い１なければならなかり７ｔ、こ
れによって弁ｔｉＩ制御によるエンジンと較べ燃焼室社
全く異なった流れ状態が生じていた。　□” □この種の＊蒸装置の他の形態では透明な・ピストン本
体をもったピストンが用層られ、ここから燃゛焼過程が
ピストンスカートの開放しているスリット内に突入して
いる鏡−ヲ介して連続的に撮影さｈてｈた。　しかし鏡
がよごれてはいけないので、油潤滑ｔ′行うことができ
力かった。

それど仁ろかテフロンリング−での封密を一行なわなけ
れイならず、それでも／Ｊ’（８）ｒｐｍが限゛度であ
った。　・ 仁の２つの従来装置でＩＩ’Ｘ１Ｏ−２０回（１）ｉｇ
働サすクル優にすすでよごれた透明部品の洗浄が必要で
あった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の課Ｍは、簡単な構造でかし燃焼室内での現象過
程に本質的な影響を与えることなしに＃ａ暁憲内の両像
的光学的観察とそこで行なわれている現象過程の相応す
る光学的記録を可能とする装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段とその作用〕上鮎ｌ！ｌ
ｉｉは、運転中の内燃機関の燃焼室における現象過程を
燃焼室の壁に形成され次少くなくとも７つの観察用関口
Ｓを通じて確認するための装置において、観察用穴に透
光性の窓が装着され、かつ現象過程の光学的な写像や記
録のためｆＩｃ＠察用穴内用穴内窓のところまで差し込
み装着することができる写像光学系、例えば好しくは剛
性に構成された内視鏡が備えられ、前記写像光学系は好
しくは屈伸自在にあるいは弾性変形可能に構成され九像
伝送装＊ｉ−介して像記録装置、例え４高速カメラと接
続されてａることにより解決される。

この方法によると燃焼室の内部の現象過程（弁の動き、
噴射、燃焼管）が、その経過中に干渉されることなしに
正確に観察あるいはまた画像的に記録されることができ
る。　この測定装置は、外部から内燃機関に組み付ける
こ七〃・でき、簡単に交換することもできる。　小さな
燃焼革の諸口部（約Ｆ’１ｌ）ｔ−通じて、例えば、光
学系を備した内視鏡が差し込まれ、これによって燃焼室
壁から大きな画角ｔ−もって３次元視野が可能となる。

　これで燃焼室内の現象過程の画像的記録がその内燃機
関に専用の変更を行なわずとも可能となる。

さらには、特に現象過程、例えば燃焼を他の観察用穴で
の第２０画角よプ同時に観察するために他の〆写装置、
例えば内視鏡を備え、との内視ｆｉ＆を他の像伝送装置
と光線分波・重技手段を介して像記録装置に接続すると
、観察評価ｔＪニジ良“も０とするたは好Ｍ７も０と７
るパ　１装着された菖享像装置にすすが付着することを
防ぐためあるいはまた各観察用穴の封密のため本発明に
よれば、窓はその燃ｍ室に隣接したｆＲＨにその窓の熱
伝辱τ十分に阻止する隙間を作シ出すべく燃焼室ｔ−ｎ
１ｉするシリンダヘッドの壁の少なくとも間接的に冷却
された部分を構成している。

さらに本発明の装置において場合によっては内祝ｆｌＭ
等の写像光学系〃・ら直接像記録装置に接続することが
できるのは勿論である。

本発明のその他の特徴と特別な長所は図面に示された実
施例を用いて次に詳しく説明される。

〔実施例と発明の効果〕

第１図はシリンダ（至）内の燃焼くぼみ＠訃を設けたピ
ストン翰を図示してお秒、そのシリンダヘッド翰には噴
射ノズル１８５が配置されている。

シリンダヘッド（至）には、さらに穴（財）が形成され
ており、この穴は燃焼室（イ）に対して透明窓（１）、
例えばアクリル製のものによって密封されている。穴（
財）内におｒては、なべ状の窓（１）の中にまで写像光
学系が、つまりその一端に写像部メを。

付けている内視鏡（２）が挿入されており、好ましくは
その内視鏡（２）は剛性に構成されているのである。　
これにより窓１１）を通じて燃焼室（２）を形象的に観
察し九怜写像することが可能となる。

その内視鏡（２）は屈伸自在の像伝送装置、例えば連結
可能な光ファイバーから作られたものを介して撮影装置
（４）、例えばカメラ特に高速撮影カメラに接続されて
いる。

第２図はさらに別の窓＄（６）を備えた穴（ｇ４’）内
に別の内視鏡（６）が挿入されている構成を示しており
、これは例えば点火過程のシュミレー７ヨンを一つの方
向から撮影することを可能にする。　その内視鏡（６）
は別の屈伸自在の像伝送装置（９）及び光線令４４−１
’あるいはまた光線東戚’ｌ　＊Ｊｌ　ｆｌｏｌを介し
てカメラ（４）に接続されており、内視鏡＋２１　、　
（６１によってとらえられる現象過程が同時に記録され
ることができる。

関節式の光学系＋３＋　、　＋９１はエンジンの振動が
像記録装置（４）に伝わることを妨げる利点がある。

剛性をもってつながっている場合内視鏡の操作や交換が
めんどうとなる。　関節式の光学系と内視鏡あるいは像
記録装置とはカップリング手段（財）を介して簡単に互
いに接続される。

燃焼室内の記録された現象過程をクランク軸の位置に対
応付けるためにクランク軸標識用板Ｑｔ）の記録が内視
鏡（６）を用い関節光学系（９）及び光線カップラー（
１０）を介して像記録装置（４）に入力されるところの
構成を第８図は示している。　この円板（０）に相応な
エンジン軸に取り付けることができる。

第４図は、その外部側端部に半透過鏡−を備えた内視鏡
（２）を図示している。　これによると、内視鏡（２）
によってとらえられた像すなわち光のその一部分α荀が
分岐させられ、言い換えると関節光学系（３）内には入
っていかず、その他の測定、例えば温度測定等のために
評価ユニツ）（１５）に入っていく。

第５図は、穴（２４’）内において窓（５）の後に発光
装置、事情によってストロボなど、が配置されている構
成を示している。　この発光装置は制御ユニット（１７
）によってスイッチングコントロールされ、それ自体で
光を生じない過程、例えば噴射過程を記録することを可
能にする。

また本装置が一台以上の記９舞装置や発光装置を備える
ことができるのは勿論である。

第６図と第７図はそれぞれ内視鏡と発光装置の特別な実
施形態を示す。

第６図では、調査されるべき内燃機関のシリ　１ンダヘ
ツド（至）の穴（財）内にアダプタスリーブ３１１が差
し込まれている。　このスリーブはその上端部に内ネジ
を設けた部分（８２つを備えており、そこに植込スリー
ブ關のネジ部（８８つがねじ込まれる。　植込スリーブ
瞥の穴には、その下端より植込スリーブの長さＯ’Ａの
距離に絞り部−が設窓（１）は、小管から作られ、その
下端面は管軸に垂直な底面、場合によっては一体化する
ことができるが、によって閉じられている。　窓＋１１
は植込スリーブ關内に接着剤−によって固定されている
。

植込みスリーブ關内に内視鏡（２）が装着される。

内視鏡（２）は、その全長にわたって冷却ジャケット關
によって取り巻かれており、植込スリーブ内を手動又は
機械式で出し入れ自由に装着される。　これによって、
内視鏡（２）を観察時間つまり記録時間の間の゛み、窓
（１）の底部に対して移動することができる。

冷却ジャケラ）Ｍは植込スリーブ關においてＯ−リング
■を使って絞り部−に支持されている。　冷却ジャケッ
ト−と内視鏡（２）は窓（ｌに対して遊びを有している
。　シリンダヘッド（５）から突出している植込スリー
ブ關の上端部にあるフランジ（８８つにケース四が装着
されており、このケースはほぼ円柱状の空間（ロ）を作
り出しており、さらにその空間内において径方向の流出
路−が開口している。　ケース囮はその上側と下側の境
界壁にそれぞれ中央に穴を設けており、その上側壁の穴
は下側壁の穴より小さくなっている。　ケース顛の上側
壁の穴に、植込スリーブ關内の絞り部−の近くにまで突
入している板金円筒体（６）が固定されている。　ケー
スＨ上にもう一つのケース（ハ）が装着されており、そ
のケース園はその下側境界壁中央に板金円筒体（６）の
□　外径に対応する直径を有する穴を設けている。

このケース（４１も円柱状の空間に）を作り出しており
、その空間内において４７．方向の流入路−が開口して
いる。　この一つの流路は図示されていない冷却剤循環
路に接続されている。　冷却剤としては例えば水を使用
することができる。

植込スリ・−プ關はアダプタスリーブ＠υ内においてね
じで固定されているだけなので、何ら困難なしにこの構
造部をすばやく組付け・組外しを行うことができる。　
さらに大変小さい熱伝導率を有する水晶ガラスから作ら
れた窓（ｌは、冷却ジャケット（財）つまり内視鏡（２
）とは接触せず、かつアダプタスリーブ１８１１に対し
てリング状の隙間−を作り出しているので、窓は熱い燃
焼ガスによって強く熱せられ、窓にすすが付着しないこ
ととなる。視界の角度はβによって示されている。

内視鏡（２）を強く熱せられることから効果的に守るた
めに、ケースＩＩに流路に）を通じて冷却剤、例えば水
が供給される。　この冷却剤は、絞り部−までは板金円
筒体（６）の内側を流れ、内視鏡（２）の冷却ジャケッ
ト（至）が十分に冷却される。

絞り部−のところで冷却剤の流れは上方に向きを変え、
下側のケース顛に流入し、そこから流出路＠蔚を介して
排出される。　この種の冷却では、照明のために用いら
れる付加的な光ファイバーを植込スリーブ關の中に設け
ることができるという利点がある。　冷却ジャケット關
は銅又はその又の熱伝導のすぐれた材料から作られる。

　内視鏡（２）はここで外側から冷却され、外部熱伝導
を呈示している。

第７図に示された燃焼室の照明のための装置は上記のも
のと類似した構造を有している。

ここでも植込スリーブ（２）が直接シリンダヘッド（財
）の穴＜２４りに取り付けられている。　植込スリーブ
（至）の穴囮には段−があシ、ここにここでは円筒パイ
プとパイプ軸に対し傾いた平面状の底部とから作られて
いる窓（５）が取り付いている。

シリンダヘッド（２）とパイプとの間には隙間−が形成
されている。　植込スリーブ（至）内での窓（５）の固
定のために接着剤（至）が植込スリーブ（至）の内側の
リング状の空間部に詰められて使用される。

勿論この場合も窓（５）は水晶ガラスから構成されてい
る。　パイプ軸に傾斜して延びている底部の内側には金
属鏡（９）があシ、穴（ｇ４りの軸に平プ内壁及び金属
鏡６υから一定のわずかな距離に位置している棒状フラ
ツシニランプωから発している。　棒状フラッシュラン
プ輸用の電線コードは（５８）、（５ぎ）で示されてい
る。

金属鏡をやめて、そしてパイプ軸に対し斜め圧延びてい
る底部を有する円筒パイプ形状の窓の代シにその底面が
円筒軸に対し斜めに蔦びているガラス製円筒体を窓とし
て用いることも可能である。　この場合、もちろんこの
斜めにされた底部の角度は全反射のための臨界角よシ大
きくなければならない。

内視鏡が燃焼室や燃焼室の予備室内にどの程度差し込ま
れるかは、記録の方法や画角等によって異なる。

それ自体公知である市販品の内視鏡が比較的大きな画角
を有していること及び観察用穴を設ける場所が＃１は自
由に選べることから、窓つまシ内視鏡の先端は燃焼室の
内壁から少し出るか、それと同じレベルかにすることが
できる。

窓は内視鏡の構成部材とすることができ、すなわちエン
ジン内に差し込まれる内視鏡式の像記録装置を用いた像
記録つまり撮影が本質的な発明の特徴であると述べられ
る。

他の時間的に定められる測定値、例えばシリンダ圧、シ
リンダ温度等と像記録装置（４）との相応な組み合わせ
、例えば゛同期によって、燃焼過程つまジエンジン特性
の正確な情報を得ることができる。　駆動中長時間にわ
たって映像を得ることは本発明′による装置によって初
めて可能となる。

２つのあるいはそれ以上の内視鏡１２１１　（６１が主
燃焼室やもし存在するなら予備燃焼室にも選択的に取シ
付けることができる。　観察用穴（２４）、（Ｂ４）は
燃焼室（イ）の内壁に関して垂直又は傾いて凰び、はと
んど任意の位置に設けることができる。　穴の数や取り
付けられる内視鏡の数は任意であるが、２つの穴が好ま
しい。　内視鏡つまシ浮傳瞭装置とは、像記録に適した
光学的な像を得ることができする装置と解される。

内視鏡の直径は、ＪＯ０ＩＩＩＩ長さのもので約５■で
ある。　この内視鏡は普通固定焦点であり／■〜無限大
までシャープな像を得ることができる。

像伝送装置＋３）　Ｉ　（９１はそれぞれ屈伸自在に互
いにつながれた部材から構成され、その部材は光軸に関
して自動調芯で形成されているワンタッチ連結具つまシ
関節を備えている。　カメラの正確な位置決めはこれで
必要でなくなる。

例えば毎秒２２０００枚の撮影が可能なカメラ（４）を
使用するために光線分波・電波手段（ｌＯ）を備えるこ
とができ、これは異なった内視鏡から来た像を７つにす
ることつまりは対応するフィルム面にその光線を向ける
のである。　普通は、例えば燃料噴射の方向やそれと垂
直の方向で、そして予備燃焼室や主燃焼室内で、つまり
主燃焼室内で種々の角度でもって撮影される。

フィルムに撮影する前に調査されるべきエンジンは、観
察用の穴に装着される鋼製の窓が備えられる。　これで
エンジンは暖戦運転される。

そのあとでエンジンが停止され、鋼製の窓は透明の窓と
交換され、内視鏡が差し込まれる。

内視鏡の調整のために燃焼空間は冷光源によって明るく
され、その光は例えば、観察用穴を光ファイバーを通じ
て送られる。　さらに光学的な像伝送装置は内視鏡とカ
メラに固定されかつ内視鏡は冷却剤流路につながれてい
る。　光ファイバーの代シにフラッシュライト装置を使
うこともできる。

その後エンジンを新たに始動し、熱的に一定な運転状態
とする。　そしてカメラによって撮影が行なわれる。

カメラの始動の際制御ユニツ）Ｃ１７＞は、燃焼室（至
）あるいは燃焼噴射の照明をその撮影と同期するため信
号を受けとシ、同時に他の測定されたデータの同様に同
期化されたディジタル記録が開始される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の原理図、第２図と第８図は
本発明による装置の実施要領図、第４図は内視鏡の自由
端の概略図、第５図は照明装置を備えた本発明による装
置の実施要領図、　１第６図は窓に装着された内視鏡の
詳細断面図、第７図は照明装置の詳細部分断面図を示す
。 Ｔｌ）　ｌ　１ｆｉｏ・・・・・・窓、＋２１１　Ｃ６
１・・・・・・内視鏡、　−（３）、（３）・・・・・
・関節光学系、（４）・・・・・・像記録装置、（２４
）　、　（２４’）・・・・・・観察用穴。 第１頁の続き ［相］Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理番号０発
　明　者　イロルト・キルマン　オース）　ＩＪア国＠
発　明　者　ボルフガング・カルテ　オーストリア国す
エリ　１１ グラーツ　アム　レーグルント　２゜ グラーツ　チールンフェルト　ガッセ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　運転中の内燃機関のａ焼室における現象過ｉｉ奪燃
   ｔＩＩ！、Ｎの壁に形成された少くなくともｌりの観察
   用囲口部を通じて確認するための装＠　ｔｃ、＞　イ、
   テ。 観察用穴（至）、（ｇ＃）に透光性の窓（ｌ）、（５）
   が装着され、かつ現象過程の光学的な写像や記録ｑ）７
   ｔめに観察用穴（財）内に前記窓１１）　、　１６）の
   と、ころまで差し込むことができる調性に構成された内
   視鏡°等の写像光学系（２）が備えられ、１記写像光学
   系は屈伸自在に構成された像伝送装置（８１を介して高
   速カメラ等の像記録装置１１１Ｂ＋と接続されているこ
   とを特徴とする装置。 ■　特Ｉ！ｆｆ−請求の範囲第０項に記載の装置ｉｔに
   おいて、燃焼等の現象過程を第８の画角よシ同時観察す
   るため別の観察用穴（２４’　）に別の内視鏡、等の写
   像光学系、（６Ｎを備え、前記写像光学系は別の琳伝送
   ＊　ａｌＥ　１＄１４光線分波・重波手段四を介して像
   記録装置（４りと接＃！されていることｔ特徴とする装
   置。 ■　特許請求の範囲第０項に記載の装置におｈて、 光線分波・重技手ｍ−に接続された別の内視鏡（６）が
   カム軸回転数の整数倍９回転を行なう軸に取り付けられ
   たククンク角度欅織円板（川に向けられ、かつ第１内視
   ｆｉｌ　（！Ｊ　ｔ−介しての燃焼過程の記録と同時に
   第８内視鏡１６）を介してり２ンク角度位随の峰が像、
   記録装置１（４）に記録可能であることを特徴とする装
   −０ ■　特許請求の範囲第■項〜第■項のうちやずれかｌり
   に記載の装置において、 内視鏡（幻は七〇外、側端部−牛透過鏡輛を備し〜内視
   鏡（２）によってと・ら見られた像の一部分（Ｉ４１が
   像記録と同時に光線強度測定や湿度測定のための評価装
   置１句に導かれる仁とを特徴とする特許 ■　特許請求の範囲第■項〜第■墳のうちいずれか／り
   に記載の装置において、 別の＠察用穴Ｃ８４つに光源（ＩＱが配置され、この光
   源蝶刺御ユニツ）＋１ηによって時間的に制御されてス
   イッチングされ、燃料噴射時等におｈて最大輝度にされ
   ること七特徴とする＊＊＊。 ■　待ｆＦｍ求の範囲第■項〜第■項のうちｈずれかｌ
   ″）ｖｃ記戦の装置において 窓（１）、（５）はその燃焼室に隣接した頭載に窓１１
   ）　、　１句の熱伝導を十分Ｋ１１ｌｉ圧するＲ間（財
   ）を作シ出ナベ〈燃ａ室を構成するシリンダヘッド口の
   壁の少なくと、も間接的に冷却された一部分を構成して
   ＾ることを特徴とする装置。 ■　特許請求の範囲第０項に記載の装ｒｊＩｔにおいて
   、 穴＋２４１．　（８４’　）内にほぼ円筒状の保持スリ
   ーブ州が装着され、その内部に窓（１）、：６）が耐熱
   性接着剤−によって自足されていることｔ特徴とする装
   備。 ■　特許請求の範囲第０項または第０項に記載の装置に
   おいて、 透光性の窓（１）、（５）は水晶ガラス等の耐熱材料ｔ
   ・ら構成されているはぼ円筒状のパイプ誌・ら作られ、
   装着された状態で燃−焼室−の方を向し）て匹る窓（１
   ）、（５）の端部が平行平面状の密閉面を備えているこ
   とを特徴とする装置。 ■　種！ＩＦ＃求のＩａ囲第■積〜第■墳のうちいずれ
   か７つに記載の装置において、 写像光学系１ｆり　、　１Ｇ１は窓（１）、（５）に直
   接装着可能であシ、窓１１）、　ｓ’　（６）の燃焼室
   １２１１に隣接した部分に対して熱伝導上十分に阻止す
   る隙間−を備えてｈることｔ特徴とする装置。 ［相］　特＃？−＃求の範囲第■項に記載の装置におい
   て、 写像光学系（！ｌ　、　＋１１１は装着され几状態で燃
   焼室（至）にｖ８接している鎖板で窓（Ｕ　、　＋５１
   との比較的大きな隙間ｔ−設けてｈる冷却ジャケット瞥
   １によって取シ囲まれておシ、さらに前記写像光学系は
   自己の冷却機ａ−Ｉυ、（６）、闘、−９四を介して冷
   却されると共に窓（ｌ）、（５）に接近して行くために
   軸方向にその冷却機構に対し移動可能であることを特徴
   とする装置。