(57)【要約】【課題】燃焼室壁面の温度を精度良く測定することができる燃焼室の温度測定方法を提供する。【解決手段】燃焼室３ａの赤外線量を測定する赤外線カメラ４を用いて、燃焼室３ａ壁面の温度を測定する、燃焼室の温度測定方法であって、燃焼室３ａの壁に埋設されると共に、燃焼室３ａ壁面に露出する露出部２ａを有する温度調節部材２を温度調節する、温度調節工程（ステップＳ１）と、温度調節された露出部２ａの形状を、赤外線カメラ４で検出することによって、燃焼室３ａ壁面にピントを合わせる、ピント合わせ工程（ステップＳ２）と、燃焼室３ａ壁面にピントが合わせられた状態で燃焼室３ａの赤外線量を測定することによって、燃焼室３ａ壁面の温度を測定する、温度測定工程（ステップＳ３）と、を備える、燃焼室の温度測定方法。【選択図】図１
2019196938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の赤外線量を測定する赤外線カメラを用いて、前記燃焼室壁面の温度を測定する、燃焼室の温度測定方法であって、
前記燃焼室の壁に埋設されると共に、前記燃焼室壁面に露出する露出部を有する温度調節部材を温度調節する、温度調節工程と、
温度調節された前記露出部の形状を、前記赤外線カメラで検出することによって、前記燃焼室壁面にピントを合わせる、ピント合わせ工程と、
前記燃焼室壁面にピントが合わせられた状態で前記燃焼室の赤外線量を測定することによって、前記燃焼室壁面の温度を測定する、温度測定工程と、を備える、
燃焼室の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室の温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室の温度を測定する方法として、赤外線カメラを用いる方法が知られている。
例えば、特許文献１には、シリンダーヘッドに設けられた光ダクトを通過した赤外線量を赤外線カメラで測定することによって、燃焼室温度を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０７９９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、燃焼室の温度測定方法に関し、以下の課題を見出した。
赤外線カメラを用いて温度を測定する場合、測定したい箇所に赤外線カメラのピントを合わせる必要がある。
【０００５】
例えば、エンジンブロックの点火プラグ周辺の温度を測定する場合、点火プラグにピントを合わせる。エンジンを駆動すると、点火プラグは高温になる。点火プラグは、特有の形状を有する。したがって、赤外線カメラを用いて点火プラグに特有な形状を検出することによって、点火プラグにピントを合わせることができる。高温になった点火プラグの輪郭にピントを合わせることによって、点火プラグ周辺の温度を測定することができる。
【０００６】
しかしながら、燃焼室壁面の温度を測定する場合、燃焼室の壁面には、特有な形状を有する発熱体が存在しない。そのため、燃焼室壁面にピントを合わせることが困難である。したがって、温度を測定する精度が、特有な形状を有する発熱体が存在する場合よりも、低い。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、燃焼室壁面の温度を精度良く測定することができる燃焼室の温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する一態様は、燃焼室の赤外線量を測定する赤外線カメラを用いて、前記燃焼室壁面の温度を測定する、燃焼室の温度測定方法であって、前記燃焼室の壁に埋設されると共に、前記燃焼室壁面に露出する露出部を有する温度調節部材を温度調節する、温度調節工程と、温度調節された前記露出部の形状を、前記赤外線カメラで検出することによって、前記燃焼室壁面にピントを合わせる、ピント合わせ工程と、前記燃焼室壁面にピントが合わせられた状態で前記燃焼室の赤外線量を測定することによって、前記燃焼室壁面の温度を測定する、温度測定工程と、を備える。
【０００９】
本発明に係る燃焼室の温度測定方法では、燃焼室の壁に埋設されると共に、燃焼室壁面に露出する露出部を有する温度調節部材を温度調節する、温度調節工程と、温度調節された露出部の形状を、赤外線カメラで検出することによって、燃焼室壁面にピントを合わせる、ピント合わせ工程と、を行っている。温度調節工程を行うことによって、燃焼室壁面に特異な形状を有する発熱体を配置することができる。したがって、ピント合わせ工程において露出部の形状を検出することによって、燃焼室壁面にピントを合わせることができる。燃焼室壁面にピントを合わせることができるため、精度良く燃焼室壁面の温度を測定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃焼室壁面の温度を精度良く測定することができる燃焼室の温度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る温度測定装置の模式図である。
【図２】内燃機関の写真である。
【図３】本実施の形態に係る温度測定方法を示すフローチャートである。
【図４】燃焼室壁面の写真である。
【図５】燃焼室壁面の赤外線測定結果を示す写真である。
【図６】熱電対温度と放射輝度との関係を示すグラフである。
【図７】燃焼室壁面の温度を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る温度測定方法を行う温度測定装置（本実施の形態に係る温度測定装置）の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る温度測定装置の模式図である。図１に示すように、温度測定装置１は、温度調節部材２と、赤外線カメラ４と、バンドパスフィルタ５と、偏角レンズ６と、熱電対７と、を備える。なお、図１では、内燃機関３も図示している。図２は、内燃機関の写真である。図２において、点線は、温度調節部材２が埋設されている位置を示す。
【００１４】
温度調節部材２は、例えば、発熱することによって自身の温度を調節することができる部材である。温度調節部材２は、図１に示すように、燃焼室３ａの壁、換言すると、内燃機関３に埋設されている。内燃機関３は、駆動時に高温になる。したがって、温度調節部材２は、耐高温性に優れた材料を用いて構成されることが望ましい。詳細は後述するが、温度調節部材２は、熱容量が小さいことが好ましい。温度調節部材２は、例えば、直径１ｍｍ程度のマイクロヒーターである。マイクロヒーターは、針金状のヒーターであり、折り曲げることが可能である。
【００１５】
内燃機関３は、シリンダーヘッドやシリンダーブロックを備える。シリンダーヘッド及びシリンダーブロックには凹部がそれぞれ設けられている。シリンダーヘッドに設けられた凹部とシリンダーブロックに設けられた凹部とを合わせ込むことによって、燃焼室３ａが形成される。つまり、内燃機関３の内部には、図１に示すように、燃焼室３ａが設けられている。燃焼室３ａ壁面は、単一の材料を用いて構成されることが好ましい。内燃機関３は、車載用エンジンに好適である。
【００１６】
燃焼室３ａにおいて、燃料と空気との混合ガスが燃焼することによって、内燃機関３は駆動する。温度調節部材２の一部は、図２に示すように、燃焼室３ａ壁面に露出し、露出部２ａを形成している。露出部２ａの形状は、特に限定されない。露出部２ａは、例えば、図２に示すように、ループ状である。また、露出部２ａは、燃焼室３ａに向かって突出する突起状であってもよい。
【００１７】
露出部２ａは、温度を測定したい領域の近傍に設けられる。燃焼室３ａ壁面の複数箇所の温度を測定する場合、露出部２ａは、温度を測定したい領域それぞれの近傍に設けられる。温度を測定したい領域は、燃焼室３ａ壁面であれば、特に限定されない。温度を測定したい領域は、燃焼室３ａ側壁面であってもよいし、燃焼室３ａ底面であってもよい。
【００１８】
内燃機関３の外部には、図１に示すように、赤外線カメラ４が設置されている。赤外線カメラ４には、バンドパスフィルタ５が取りつけられている。バンドパスフィルタ５は、様々な波長を有する光のうち、赤外線のみを通過することができるフィルタである。また、内燃機関３には、偏角レンズ６が配置されている。
【００１９】
偏角レンズ６は、プリズムとレンズ系とを備える。偏角レンズ６は、プリズムの角度を調節することによって、偏角レンズ６に入射された光の進路方向や焦点位置を調節することができる。偏角レンズ６が配置される位置は、温度を測定したい領域から発せられる赤外線を通過することができる位置であれば、特に限定されない。偏角レンズ６は、例えば、シリンダーヘッドに設けられた貫通孔に配置される。
【００２０】
偏角レンズ６は、燃焼室３ａと内燃機関３の外部とを連通するように配置されている。燃焼室３ａの光は、偏角レンズ６を通過する。燃焼室３ａの光には、赤外線が含まれている。燃焼室３ａの光は、偏角レンズ６において進路方向や焦点位置が調節される。偏角レンズ６を通過した光は、バンドパスフィルタ５に入射する。入射した光のうち、赤外線のみがバンドパスフィルタ５を通過する。バンドパスフィルタ５を通過した赤外線は、赤外線カメラ４において検出される。
【００２１】
燃焼室３ａの赤外線は、燃焼室３ａの壁面において反射することがある。赤外線が反射すると、実際の温度に対して見かけの赤外線量が増加する。したがって、赤外線量によって燃焼室３ａの温度を測定すると誤差が生じる。そこで、温度測定装置１の校正を行う。燃焼室３ａ壁面には、熱電対７が埋設されている。
【００２２】
熱電対７は、それぞれ異なる金属から成る金属線同士を接続することによって形成された回路である。熱電対７は、計測器（不図示）に接続されている。熱電対７で測定された内燃機関３の温度を基準として、温度測定装置１を校正することができる。
【００２３】
次に、図３〜７を参照して、本実施の形態に係る温度測定方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る温度測定方法を示すフローチャートである。図４は、燃焼室壁面の写真である。図５は、燃焼室壁面の赤外線測定結果を示す写真である。図６は、熱電対温度と放射輝度との関係を示すグラフである。図７は、燃焼室壁面の温度を測定した結果を示すグラフである。
【００２４】
本実施の形態に係る温度測定方法では、まず、温度調節工程（ステップＳ１）を行う。具体的には、温度調節部材２を作動させることによって、温度調節部材２を所定の温度に調節する。温度調節部材２の熱容量が小さいと、内燃機関３の温度に影響を与えにくく、好ましい。
【００２５】
図４は、燃焼室３ａの壁面を撮影した写真である。図４に示す例では、マイクロヒーターである温度調節部材２が、ループ状の露出部２ａを形成している。したがって、温度調節工程（ステップＳ１）を行うことによって、ループ状の発熱体を燃焼室３ａの壁面に設置することができる。
【００２６】
次に、ピント合わせ工程（ステップＳ２）を行う。具体的には、温度調節された露出部２ａにピントを合わせることによって、燃焼室３ａの壁面にピントを合わせる。図５は、燃焼室３ａ壁面の赤外線測定を示す図である。温度調節された露出部２ａは、図５に示すように、赤外線測定によって検出される。温度調節部材２が直径１ｍｍ程度のマイクロヒーターである場合、露出部２ａの高さは数ｍｍ程度である。したがって、露出部２ａにピントを合わせることによって、燃焼室３ａ壁面にピントを合わせることができる。
【００２７】
露出部２ａが特異な形状を有する場合、温度調節された露出部２ａの形状を検出することによって、露出部２ａにピントを合わせることができる。図４に示した例では、露出部２ａがループ状であるため、赤外線測定で露出部２ａの形状を検出することによって、露出部２ａにピントを合わせることができる。
【００２８】
露出部２ａは、温度を測定したい領域の近傍に設けられている。そのため、露出部２ａにピントを合わせることによって、温度を測定したい領域にピントを合わせることができる。つまり、赤外線測定における目印として温度調節された露出部２ａを用いることによって、温度を測定したい領域にピントを合わせることができる。
【００２９】
次に、温度測定工程（ステップＳ３）を行う。具体的には、温度を測定したい領域にピントを合わせた状態で赤外線量を測定することによって、温度を測定したい領域の温度を測定する。燃焼室３ａの赤外線は、燃焼室３ａ壁面において反射することがある。燃焼室３ａ壁面において赤外線が反射すると、赤外線量から温度を正確に測定することが困難である。そこで、温度測定工程（ステップＳ３）を行う前に、温度測定装置１を校正することが好ましい。
【００３０】
温度測定装置１の校正は、図１に示す例では、熱電対７を用いて行われる。温度測定装置１を校正する際には、例えば、内燃機関３全体をヒーター等（不図示）で加熱し、熱電対７を用いて内燃機関３の温度を測定する。さらに、赤外線カメラ４を用いて燃焼室３ａの赤外線量を測定する。熱電対７で測定された温度を基準として温度測定装置１を校正する。校正された温度測定装置１は、より正確に温度測定を行うことができる。
【００３１】
図６は、熱電対温度と放射輝度との関係を示すグラフである。温度測定工程（ステップＳ３）では、図６に示した結果を用いて校正された温度測定装置１を使用した。図７は、燃焼室３ａ壁面の温度を測定した結果を示すグラフである。図７において、点線は、混合ガスの燃焼割合を示す。実線は、燃焼室３ａの放射温度を示す。また、角度ａは、点火タイミングのクランク角を示す。
【００３２】
燃焼室３ａに導入された混合ガスは、図７に示すように、点火されると、燃焼する。混合ガスの燃焼に伴って、燃焼室３ａの放射温度が上昇する。混合ガスの燃焼割合が１００％に到達した後は、燃焼室３ａの放射温度も徐々に低下する。本実施の形態に係る燃焼室の温度測定方法では、燃焼室３ａ壁面にピント合わせした後に燃焼室３ａの温度測定を行っているため、精度良く温度を測定することができる。
【００３３】
以上で説明した本実施の形態に係る発明により、燃焼室壁面の温度を精度良く測定することができる燃焼室の温度測定方法を提供することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記では、温度調節部材がマイクロヒーターである場合を説明した。しかしながら、本発明は、赤外線測定における目印として使用可能な温度調節部材を備える温度測定装置であれば、どのような技術にも適用することができる。例えば、本発明は、温度調節部材として冷却機構を備える温度測定装置等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  温度測定装置
２  温度調節部材
２ａ  露出部
３  内燃機関
３ａ  燃焼室
４  赤外線カメラ
５  バンドパスフィルタ
６  偏角レンズ
７  熱電対
【図１】
2019196938.tif 000003
【図２】
2019196938.tif 000004
【図３】
2019196938.tif 000005
【図４】
2019196938.tif 000006
【図５】
2019196938.tif 000007
【図６】
2019196938.tif 000008
【図７】
2019196938.tif 000009