(57)【要約】【課題】熱放射線入射部への異物の付着を防止すること、ノズルへの燃焼ガスの逆流を防止すること及び熱放射線入射部への異物の付着を防止した放射温度計による燃焼室内の温度及び／あるいは温度分布の計測をより良好に行う。【解決手段】レシプロエンジンの燃焼室Ｃ内の熱放射線を検出するセンサＳを備えた温度計測装置であって、センサＳの熱放射線入射部１５ａの表面近傍にガスＸを導くノズルと、レシプロエンジンの吸気行程時及び／あるいは排気行程時において、ノズル５にガスＸを供給するガス供給制御手段Ａとを具備する。【選択図】            図１
2004325112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシプロエンジンの燃焼室内の熱放射線を検出するセンサを備えた温度計測装置であって、
センサの熱放射線入射部の表面近傍にガスを導くノズルと、
レシプロエンジンの吸気行程時及び／あるいは排気行程時において、ノズルにガスを供給するガス供給制御手段と
を具備することを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
ノズルは、熱放射線入射部を内部に収容する筒体であて、一端から供給されたガスを他端から燃焼室内に噴き出す際にガスの流路を熱放射線入射部の表面方向に導くことを特徴とする請求項１記載の温度計測装置。
【請求項３】
ガス供給制御手段は、
レシプロエンジンの動作行程を検出する行程検出手段と、
ガスを出力するガス供給手段と、
該ガス供給手段とノズルとの間に介挿された制御弁と、
行程検出手段の検出結果に基づいて、吸気行程時及び／あるいは排気行程時のみに制御弁を開放状態に設定してガスをノズルに供給させる弁制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１または２記載の温度計測装置。
【請求項４】
行程検出手段は、クランクシャフトの回転位相に基づいて吸気行程及び／あるいは排気行程を検出することを特徴とする請求項３記載の温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱放射線を受光することによって温度を計測する温度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レシプロエンジンの開発段階では、燃焼室内の混合ガスの燃焼状態を把握する目的で燃焼室内の局部的な温度や全体的な温度分布を計測することが行われている。そして、このような温度計測の場合、燃焼状態を最も的確に示す部位としてピストンの頂面が選択され、当該頂面に熱電対等の有線式温度センサが取り付けられる。この温度センサのリード線は、ピストン内部を貫通するように敷設されて、シリンダの外部に取り出されて温度計測に供される。ところが、上記有線式温度センサを用いて燃焼室内の温度を計測する場合、センサ本体のピストンへの取り付けやリード線の敷設が極めて煩雑である。すなわち、ピストンは激しく運動する運動体であるため、センサ本体を安定して固定することは困難を極め、またリード線を他の部品に干渉させることなく敷設してシリンダ外に引き出すことは極めて困難であるので比較的取り付けが容易な放射温度計を用いて非接触でピストンの頂面のから射出される熱放射線を測定することで燃焼室内の温度を計測する技術が考えられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２１７６４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−９６８６５号公報
【特許文献３】
特開平７−２１６４２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放射温度計を用いた場合、レシプロエンジンの燃焼行程で発生する煤等の異物が放射温度計の熱放射線入射部に付着してしまい良好に熱放射線を測定することができなくなるという問題点が生じる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、熱放射線入射部への異物の付着を防止することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、レシプロエンジンの燃焼室内の熱放射線を検出するセンサを備えた温度計測装置であってセンサの熱放射線入射部の表面近傍にガスを導くノズルと、レシプロエンジンの吸気行程時及び／あるいは排気行程時において、ノズルにガスを供給するガス供給制御手段とを具備するという構成を採用する。
すなわち、本第１の手段によれば、レシプロエンジンの吸気行程時及び／あるいは排気行程時において、ガス供給制御手段によってノズルにガスが供給され、ノズルによってセンサの熱放射線入射部の表面近傍にガスが導かれる。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、ノズルは、熱放射線入射部を内部に収容する筒体であて、一端から供給されたガスを他端から燃焼室内に噴き出す際にガスの流路を熱放射線入射部の表面方向に導くという構成を採用する。
すなわち、本第２の手段によれば、ガスは熱放射線入射部を内部に収容する筒体であるノズルの一端から供給され、他端から燃焼室内に噴き出される際に熱放射線入射部の表面方向に導かれる。
【０００８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、ガス供給制御手段は、レシプロエンジンの各動作行程を検出する行程検出手段と、ガスを出力するガス供給手段と、該ガス供給手段とノズルとの間に介挿された制御弁と、行程検出手段の検出結果に基づいて、吸気行程時及び／あるいは排気行程時のみに制御弁を開放状態に設定してガスをノズルに供給させる弁制御手段とを具備するという構成を採用する。
すなわち、本第３の手段によれば、ガス供給手段とノズルとの間に介挿された制御弁は、弁制御手段によって吸気行程時及び／あるいは排気行程時のみに開放状態となってガスをノズルに供給する。
【０００９】
第４の手段として、上記第３の手段において、行程検出手段は、クランクシャフトの回転位相に基づいて吸気行程及び／あるいは排気行程を検出するという構成を採用する。
すなわち、本第４の手段によれば、行程検出手段が検出するクランクシャフトの回転位相に基づいて、吸気行程及び／あるいは排気行程は検出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる温度計測装置の一実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態が適用されるレシプロエンジンの構造図及び本実施形態に係わる温度計測装置の機能構成を示す図である。この図において符号１はシリンダ、２はピストン、３はピストン棒、４はクランクシャフト、５はノズル、６は回転センサ、７はバルブ制御部（弁制御手段）、８は電磁弁（制御弁）、９は空気供給部（ガス供給手段）、１０は光電変換部、１１はＡ／Ｄ変換部、１２は演算処理部、１３は記憶部、１４は表示部、Ｃは燃焼室、Ｘは空気（ガス）である。また、図２は、ノズル５の断面図であり、１５はプローブである。なお、光電変換部１０及びプローブ１５は光センサＳ（センサ）を構成しており、回転センサ６、バルブ制御部７、電磁弁８及び空気供給部９は空気供給制御部Ａ（ガス供給制御手段）を構成している。また、行程検出部Ｂ（行程検出手段）は、上記空気供給制御部Ａの構成要素である回転センサ６及びバルブ制御部７から構成されている。
【００１２】
シリンダ１内にはピストン２が収納されており、その壁面とピストン２の頂面２ａ（上端の平面）とによって密閉された燃焼室Ｃが形成されている。この図では吸気機構や排気機構については割愛しているが、ピストン２は、燃焼室Ｃにおける燃焼によって、矢印で示すように上下方向に往復運動をする。ピストン棒３は、このようなピストン２の下端に連結されており、ピストン２の上下動をクランクシャフト４に伝達する。クランクシャフト４は、このピストン棒３を介してピストン２に連結されることによって、ピストン２の上下運動に同期して回転する。
【００１３】
以上のように構成されたレシプロエンジンのシリンダ１の上部には棒状の筒体に形状設定されたノズル５が埋め込まれている。図２に示すようにノズル５は、内部にプローブ１５を収容・支持する。プローブ１５は、頂面２ａから射出する熱放射線を受光する入射部１５ａ（熱放射線入射部）とプローブ１５内部に収容・支持され、入射部１５ａを通過してきた熱放射線を光電変換部１０に出射するレンズ１５ｂとによって構成されている。
【００１４】
回転センサ６は、上記クランクシャフト４に近接配置されており、ピストン２の上下運動に連動して回転する当該クランクシャフト４の回転位相を検出してバルブ制御部７に出力する。この回転センサ６は、例えばクランクシャフト４（金属）の一部に形成された溝を電磁気的に検出することによってクランクシャフト４の回転位相を位相検出信号として検出するものである。
【００１５】
バルブ制御部７は、回転センサ６から入力された位相検出信号に基づいてノズル５と空気供給部９との間に介挿された電磁弁８の開閉状態を制御するための制御信号を生成し、電磁弁８に出力する。すなわち、行程検出部Ｂは、クランクシャフト４の回転位相を検出することで、レシプロエンジンの各動作行程（吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程）を検出し、この検出結果に基づいて制御信号を生成して制御弁８に出力する。空気供給部９は、電磁弁８を介してノズル５の後端に圧縮空気Ｘを供給する。
【００１６】
また、光センサＳの構成要素である光電変換部１０には、上述したように入射部１５ａ及びレンズ１５ｂを通過してきた熱放射線が入射される。光電変換部１０は、この入射された熱放射線を光電変換し、光検出信号（電気信号）としてＡ／Ｄ変換部１１に出力する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換部１１は、光電変換部１０から出力された光検出信号（アナログ信号）をデジタル変換し、光検出データとして演算処理部１２に出力する。演算処理部１２は、このような光検出データに所定の演算処理を施すことにより、上記ピストン２の頂面２ａの平均温度や温度分布を算出し測定結果として記憶部１３及び表示部１４に出力する。記憶部１３は、このような測定結果を記憶し、一方、表示部１４は、当該測定結果を画面上に表示するものである。
【００１８】
上記プローブ１５に燃焼室Ｃ内で発生した異物が付着するのを防止するためノズル５は、ノズル５の一端（後端）から供給された圧縮空気Ｘを他端（前端）つまり噴出口１５ｃから燃焼室Ｃ内に噴き出すものであり、この噴き出す際に圧縮空気Ｘの流路を図示するように入射部１５ａの表面方向に導くことで入射部１５ａの表面に付着した異物を除去する。すなわち、上記ノズル５は、プローブ１５の周りを一定の間隔を設けた状態で包み込むような形状に設置されており、さらにノズル５の噴出口１５ｃは上記入射部１５ａと同じ開口径もしくは１５ａよりも若干小さく設定されている。つまり、プローブ１５は、上記噴出口１５ｃから入射した熱放射線を受光する。
【００１９】
次に、本実施形態における温度計測装置の動作について詳しく説明する。
【００２０】
上記レシプロエンジンでは、シリンダ１内に収容されたピストン２は、燃焼室Ｃにおける燃焼によって上下に往復運動する。このピストン２の往復運動は、ピストン棒３を介してクランクシャフト４に伝達され、回転動力を外部に出力する。
【００２１】
このようなクランクシャフト４の回転位相は回転センサ６によって検出され、位相検出信号としてバルブ制御部７に入力される。すなわち、回転センサ５は、吸気行程時に対応したクランクシャフト４の位相を検出し、バルブ制御部７に位相検出信号を出力する。
【００２２】
また、燃焼室Ｃ内から射出される熱放射線は、センサＳのプローブ１５、つまり、入射部１５ａ及びレンズ１５ｂを介して光電変換部１０に入射して光電変換され、熱検出信号としてＡ／Ｄ変換器１１に出力される。この熱検出信号（アナログ信号）はＡ／Ｄ変換部１１においてデジタル変換され、光検出データとして演算処理部１２に出力される。
【００２３】
光検出データは、演算処理部１２において所定の演算処理を施されることによって、燃焼室Ｃ内の平均温度や頂面２ａの温度分布の測定結果として記憶部１３及び表示部１４に出力される。記憶部１３は、演算処理部１２から出力された測定結果を記憶する。また、表示部１４は、演算処理部１２から出力された測定結果を例えば頂面２ａの温度分布を示すヒストグラムとして表示する。
【００２４】
さて、ここでバルブ制御部７は、回転センサ６から位相検出信号を入力された時点（吸気行程開始）で電磁弁８を開放状態にし、吸気行程終了時点で電磁弁８を閉鎖状態とする制御信号を電磁弁８に出力する。電磁弁８はバルブ制御部７から入力される制御信号に基づいて空気供給部９から供給される一定圧の圧縮空気Ｘをノズル５に供給する。すなわち、燃焼室Ｃ内の燃焼によって発生し、入射部１５ａに付着した異物を圧縮空気Ｘの流れによって吹き飛ばすことで熱放射線が入射部１５ａを通過しやすくなり、燃焼室Ｃ内の温度及び温度分布の両方あるいはいずれか一方の計測をより良好に行うことが可能となると共に、圧縮空気Ｘは、レシプロエンジンの吸気行程においてのみノズル５に供給されるので燃焼室Ｃ内の圧力が高い場合には、電磁弁８が閉鎖状態となっているため燃焼ガスがノズル５を介して逆流することを防止できる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態において、レシプロエンジンの吸気行程時にのみ電磁弁８を開放状態とした。しかしながら、排気行程時のみ、もしくは吸気行程時及び排気行程時に亘って電磁弁８を開放状態としても良い。
【００２６】
（２）上記実施形態において、クランクシャフト４の回転位相を検出することでレシプロエンジンの動作行程を検出した。しかしながら、ピストン２またはピストン棒３の速度を測定することで動作行程を検出しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レシプロエンジンの燃焼室内の熱放射線を検出するセンサを備えた温度計測装置であってセンサの熱放射線入射部の表面近傍にガスを導くノズルと、レシプロエンジンの吸気行程時及び／あるいは排気行程時において、ノズルにガスを供給するガス供給制御手段とを具備するので、燃焼室内の圧力が高くない場合にガスによって熱放射線入射部に付着した異物を除去するため、熱放射線入射部への異物の付着を防止すること、ノズルへの燃焼ガスの逆流を防止すること及び熱放射線入射部への異物の付着を防止した放射温度計による燃焼室内の温度及び／あるいは温度分布の計測をより良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる温度計測装置が適用されるレシプロエンジンの構造図及び本発明の一実施形態に係わる温度計測装置の機能構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる温度計測装置におけるノズルの断面図である。
【符号の説明】
１……シリンダ
２……ピストン
２ａ……頂面
３……ピストン棒
４……クランクシャフト
５……ノズル
６……回転センサ
７……バルブ制御部（弁制御手段）
８……電磁弁（制御弁）
９……空気供給部（ガス供給手段）
１０……光電変換部
１１……Ａ／Ｄ変換部
１２……演算処理部
１３……記憶部
１４……表示部
１５……プローブ
１５ａ……入射部（熱放射線入射部）
１５ｂ……レンズ
Ａ……空気供給制御部（ガス供給制御手段）
Ｂ……行程検出部（行程検出手段）
Ｃ……燃焼室
Ｓ……光センサ（センサ）
Ｘ……圧縮空気（ガス）
【図１】
2004325112.tif 000003
【図２】
2004325112.tif 000004