(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の内周面に設けられ、前記燃焼室に臨むピストンの位置または前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトの回転角に応じて当該ピストンのヘッド面への投光角度を変更して投光する投光部と、
前記ピストンのヘッド面に設けられ、前記投光部により投光された光を受光する受光部と、
を具備する内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項２】
前記投光部は、
前記燃焼室に臨む投光側固定レンズと、
前記投光側固定レンズに対して接近および離間する方向に移動可能な投光側可動レンズと、
前記ピストンの位置または前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトの回転角に応じて前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとで挟まれる空間に充填されるガスの圧力を調整することにより、前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとの距離を変更する圧力調整装置と、
を具備する請求項１に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項３】
前記投光部は、
光の入射面または出射面が光軸に対して傾斜した投光側傾斜体を具備する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項４】
前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとで挟まれる空間に充填されるガスを窒素ガスとする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項５】
前記投光部を前記内燃機関の点火プラグに設ける請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項６】
前記受光部は、
前記燃焼室に臨む受光側固定レンズと、
前記受光側固定レンズにより受光された光を伝送する伝送ケーブルと、
前記伝送ケーブルにより伝送された光の強度を電気信号に変換する光電素子と、
を具備する請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項７】
前記光電素子を前記ピストンに連結されるコンロッドに設ける請求項６に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項８】
前記受光部は、
光の入射面または出射面が光軸に対して傾斜した受光側傾斜体を具備する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室の内周面に配置され、当該燃焼室の圧力を検出する圧力センサを具備する請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【請求項１０】
前記圧力センサを前記内燃機関の点火プラグに設ける請求項９に記載の内燃機関の燃焼室測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転状態にある内燃機関の燃焼室内部の温度分布、ガス種およびその濃度等を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等の内燃機関の運転時における燃焼室の内部の状況、例えば温度分布や燃焼前後の化学種およびその濃度等を把握することは、内燃機関からの排出ガスの更なるクリーン化および内燃機関の燃費向上を図る上で重要である。
従来、運転状態にある内燃機関の燃焼室内部の温度、ガス種およびその濃度等を測定する技術としては、特許文献１乃至特許文献４に記載の技術が公知となっている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、内燃機関の燃焼室の内周面に配置される点火プラグの内部に複数の受光センサを配置することにより、内燃機関の燃焼室の内部で発生する燃焼光を受光し、これに基づいて内燃機関の燃焼室における燃焼過程を測定するものである。
【０００４】
特許文献２に記載の技術は、内燃機関の燃焼室の内周面に配置される点火プラグの内部に圧力センサを配置することにより、内燃機関の燃焼室の圧力を測定するものである。
【０００５】
特許文献３に記載の技術は、内燃機関の燃焼室の内周面に配置される点火プラグの内部に、燃焼室内に複数の異なる波長の光を投光する投光手段および投光された光を受光する受光手段を設けることにより、受光した光の強度に基づいて燃焼室の内部の化学種およびその濃度を測定するものである。
【０００６】
特許文献４に記載の技術は、内燃機関のピストンのヘッド面（燃焼室に臨む面）からボトム面（コンロッド側の面）に貫通する孔を設け、当該孔に石英ガラスを嵌め込むことによりコンロッド側から石英ガラスを経て内燃機関の燃焼室にレーザー光を入射可能とするとともに、燃焼室の側面にも孔を設けて別途石英ガラスを嵌め込むことにより当該石英ガラスを通して外部から燃焼室内部をＣＣＤカメラにより視認可能とし、燃焼室内に入射されたレーザー光を燃焼室内の物質（化学種）に当てると発生するラマン光を当該ＣＣＤカメラで取得することにより燃焼室内部のガスの組成を測定するものである。
【０００７】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載の技術は、点火プラグに受光センサまたは圧力センサを設ける簡便な方法であるため、運転状態にある内燃機関の燃焼室内部の状況を詳細に測定することが困難であるという問題がある。
また、特許文献３に記載の技術は、投光手段および受光手段がいずれも点火プラグに設けられており、両者の間隔が小さいことから、燃焼室内部のうち点火プラグ近傍のごく狭い領域における化学種およびその濃度しか測定することができず、燃焼室内部の全体の状況を精度良く測定することが困難であるという問題がある。
また、特許文献４に記載の技術は、内燃機関の燃焼室に入射されるレーザー光が内部で散乱すると測定精度が低下するという問題があるため、これを防止するために燃焼室内に照射されたレーザー光を減衰するための切り欠き部を設け、レーザー光を当該切り欠き部に向かってのみ入射する構成としていることから、レーザー光を燃焼室内の特定領域しか通過させることができず、燃焼室内部の全体の状況を測定することが困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１４７１５７号公報
【特許文献２】特許第３５００５０１号公報
【特許文献３】特開２００３−１３９６９９号公報
【特許文献４】特開２００４−１９５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上の如き状況に鑑み、運転時における内燃機関の燃焼室内部の状況（例えば、温度分布、化学種およびその濃度）を精度良く測定することが可能な内燃機関の燃焼室測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
内燃機関の燃焼室の内周面に設けられ、前記燃焼室に臨むピストンの位置または前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトの回転角に応じて当該ピストンのヘッド面への投光角度を変更して投光する投光部と、
前記ピストンのヘッド面に設けられ、前記投光部により投光された光を受光する受光部と、
を具備するものである。
【００１１】
請求項２においては、
前記投光部は、
前記燃焼室に臨む投光側固定レンズと、
前記投光側固定レンズに対して接近および離間する方向に移動可能な投光側可動レンズと、
前記ピストンの位置または前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトの回転角に応じて前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとで挟まれる空間に充填されるガスの圧力を調整することにより、前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとの距離を変更する圧力調整装置と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項３においては、
前記投光部は、
光の入射面または出射面が光軸に対して傾斜した投光側傾斜体を具備するものである。
【００１３】
請求項４においては、
前記投光側固定レンズと投光側可動レンズとで挟まれる空間に充填されるガスを窒素ガスとするものである。
【００１４】
請求項５においては、
前記投光部を前記内燃機関の点火プラグに設けるものである。
【００１５】
請求項６においては、
前記受光部は、
前記燃焼室に臨む受光側固定レンズと、
前記受光側固定レンズにより受光された光を伝送する伝送ケーブルと、
前記伝送ケーブルにより伝送された光の強度を電気信号に変換する光電素子と、
を具備するものである。
【００１６】
請求項７においては、
前記光電素子を前記ピストンに連結されるコンロッドに設けるものである。
【００１７】
請求項８においては、
前記受光部は、
光の入射面または出射面が光軸に対して傾斜した受光側傾斜体を具備するものである。
【００１８】
請求項９においては、
内燃機関の燃焼室の内周面に配置され、当該燃焼室の圧力を検出する圧力センサを具備するものである。
【００１９】
請求項１０においては、
前記圧力センサを前記内燃機関の点火プラグに設けるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果は、運転時における内燃機関の燃焼室内部の状況（例えば、化学種およびその濃度）を精度良く測定することが可能であることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、図１乃至図５を用いて、本発明に係る内燃機関の燃焼室測定装置の実施の一形態である燃焼室測定装置１について説明する。
【００２２】
燃焼室測定装置１は内燃機関１００の運転時における燃焼室１１０の内部の状況を測定する装置であり、主として投光部１０、受光部２０、記憶部３０を具備する。
【００２３】
内燃機関１００はシリンダブロック１０１、シリンダライナ１０２、シリンダヘッド１０３、ピストン１０４、コンロッド１０５、クランクシャフト１０６、吸気バルブ１０７、排気バルブ１０８、点火プラグ１０９等を具備する。
なお、「内燃機関」は本実施例の内燃機関１００に限定されず、機関内部で燃料を燃焼させて動力を取り出す原動機を広く指すものとする。
また、本実施例の内燃機関はピストンおよび点火プラグを具備する構成（例えば、ガソリンエンジン等）であるが、本発明に係る内燃機関はこれに限定されず、ピストンを具備し点火プラグを具備しない構成（例えば、ディーゼルエンジン等）にも適用可能である。
【００２４】
シリンダブロック１０１は内燃機関１００のシリンダを構成する主たる部材である。シリンダブロック１０１には孔が設けられており、当該孔にシリンダライナ１０２が嵌装される。
【００２５】
シリンダライナ１０２は略円筒形状の部材であり、シリンダライナ１０２の内周面は内燃機関１００のシリンダの内周面を成す。
【００２６】
シリンダヘッド１０３はシリンダブロック１０１の孔の一端を密閉する形で設けられる部材であり、吸気口１０３ａ、排気口１０３ｂが設けられる。
【００２７】
ピストン１０４は内燃機関１００のシリンダ（シリンダライナ１０２の内周面）に気密的にかつ摺動可能に当接する部材である。
シリンダヘッド１０３、シリンダブロック１０１（シリンダライナ１０２）およびピストン１０４で囲まれる空間が内燃機関１００の燃焼室１１０となる。
【００２８】
コンロッド１０５はピストン１０４の往復運動を後述するクランクシャフト１０６に伝達する部材である。コンロッド１０５の一端はピストン１０４に回動可能に連結される。
【００２９】
クランクシャフト１０６は主軸１０６ａ、クランクアーム１０６ｂ、クランクピン１０６ｃを具備し、コンロッド１０５により伝達されたピストン１０４の往復運動を回転運動に変える部材である。
主軸１０６ａはクランクシャフト１０６の回転運動の回転軸を成す部材である。
クランクアーム１０６ｂは一端が主軸１０６ａに固定され、他端が主軸１０６ａの径方向に延びた部材である。
クランクピン１０６ｃはクランクアーム１０６ｂの他端に固定され、その軸線は主軸１０６ａの軸線と平行となる部材である。コンロッド１０５の他端はクランクピン１０６ｃに回動可能に連結される。
【００３０】
吸気バルブ１０７は吸気口１０３ａの開閉を行うバルブであり、排気バルブ１０８は排気口１０３ｂの開閉を行うバルブである。
【００３１】
点火プラグ１０９は吸気口１０３ａを通じて燃焼室１１０に供給された混合気（空気と気体状または霧状の燃料との混合物）を電気放電により燃焼させるものである。
点火プラグ１０９はシリンダヘッド１０３に設けられたネジ孔に螺装され、点火プラグ１０９の先端部、ひいては中心電極１０９ａの先端およびアース電極１０９ｂの先端は燃焼室１１０の内部に配置される。
中心電極１０９ａの先端とアース電極１０９ｂの先端との間に電圧を印加することにより放電火花を発生し、混合気を燃焼させる。
【００３２】
投光部１０は燃焼室１１０の内部に所定の波長の光を投光する（照射する）ものであり、主として光源１１、光ファイバーケーブル１２、投光側光学ユニット１３、圧力調整装置１４等を具備する。
光源１１は所定の波長の光を発生するものである。本実施例の場合、光源１１は所定の波長の赤外光を発生することが可能である。
なお、本発明における「所定の波長の光」は赤外光に限定されず、測定対象（化学種およびその濃度）や目的等に応じて、例えば可視光、紫外線あるいはＸ線等、種々の波長の光を適宜選択して用いることが可能である。
【００３３】
光ファイバーケーブル１２は光源１１により発生した光を投光側光学ユニット１３に伝送するためのケーブルである。
【００３４】
投光側光学ユニット１３は光ファイバーケーブル１２により伝送された光を燃焼室１１０の内部の所定の位置（本実施例の場合、ピストン１０４のヘッド面１０４ａ）に投光するものである。投光側光学ユニット１３は点火プラグ１０９（の内部）に設けられる。
図２に示す如く、投光側光学ユニット１３は主として第一固定レンズ１３ａ、第二固定レンズ１３ｂ、第三固定レンズ１３ｃ、傾斜ガラス１３ｄ、可動レンズ１３ｅを具備する。
【００３５】
点火プラグ１０９には、基部（燃焼室１１０の外部に突出している方の端部）から先端部（燃焼室１１０の内部に突出している方の端部）にかけて貫通孔１０９ｃが形成され、貫通孔１０９ｃに第一固定レンズ１３ａ、第二固定レンズ１３ｂ、第三固定レンズ１３ｃ、傾斜ガラス１３ｄ、可動レンズ１３ｅが収容される。
【００３６】
第一固定レンズ１３ａは貫通孔１０９ｃの基部側の端部に固定されるレンズである。
第二固定レンズ１３ｂは貫通孔１０９ｃの中途部に固定されるレンズである。
【００３７】
第三固定レンズ１３ｃは本発明に係る投光側固定レンズの実施の一形態であり、貫通孔１０９ｃの先端部側の端部において貫通孔１０９ｃの内周面に気密的に固定されるレンズである。点火プラグ１０９の先端部は燃焼室１１０の内部に突出していることから、第三固定レンズ１３ｃは燃焼室１１０に臨む位置に配置されることとなる。
【００３８】
傾斜ガラス１３ｄは本発明に係る投光側傾斜体の実施の一形態であり、光軸（図２中の一点鎖線）に対して傾斜した入射面を有する。傾斜ガラス１３ｄは第二固定レンズ１３ｂと第三固定レンズ１３ｃとで挟まれる位置において、貫通孔１０９ｃの内周面に気密的に固定される。ここで、「入射面が光軸に対して傾斜した」とは、入射面が光軸に対して垂直でないことを指す。
【００３９】
可動レンズ１３ｅは本発明に係る投光側可動レンズの実施の一形態であり、傾斜ガラス１３ｄと第三固定レンズ１３ｃとで挟まれる位置に位置において、貫通孔１０９ｃの内周面に気密的かつ摺動可能に当接するレンズである。
可動レンズ１３ｅは、貫通孔１０９ｃの内周面に当接しつつ貫通孔１０９ｃの軸線方向（光軸方向）に摺動することにより、第三固定レンズ１３ｃに対して接近および離間する方向に移動することが可能である。
貫通孔１０９ｃの内部空間のうち、傾斜ガラス１３ｄと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間は真空（所定の真空度）に保持される。
可動レンズ１３ｅが移動すると、可動レンズ１３ｅと第三固定レンズ１３ｃとの距離が変化し、投光側光学ユニット１３から燃焼室１１０内部へ（ピストン１０４のヘッド面１０４ａへ）投光する光の投光角度θ（図１参照）が変化する。
【００４０】
本実施例の場合、第一固定レンズ１３ａ、第二固定レンズ１３ｂ、第三固定レンズ１３ｃ、傾斜ガラス１３ｄ、可動レンズ１３ｅは、いずれも耐熱性に優れたサファイヤガラスで構成される。
なお、本発明に係る投光側固定レンズ、投光側可動レンズおよび投光側傾斜体を構成する材料はサファイヤガラスに限定されず、光が透過可能で耐熱性に優れた他の材料（例えば、石英ガラス等）でも良い。
【００４１】
本実施例の点火プラグ１０９の本体部分はコバールで構成される。コバールは鉄（Ｆｅ）にニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）等を配合した合金であり、その熱膨張率がガラスに近い（熱膨張率が小さい）。コバールの成分の一例としては、Ｆｅが５３．５ｗｔ％、Ｎｉが２９ｗｔ％、Ｃｏが１７ｗｔ％、Ｓｉが０．２ｗｔ％、Ｍｎが０．３ｗｔ％のものが挙げられる。
従って、点火プラグ１０９の本体部分をコバールで構成することにより、点火プラグ１０９の温度が上昇した場合でも第三固定レンズ１３ｃ、傾斜ガラス１３ｄおよび可動レンズ１３ｅと貫通孔１０９ｃの内周面との間の気密性を保持することが可能である。なお、点火プラグの本体部分を構成する材料はコバールに限定されず、インバー合金等、熱膨張係数が小さく（ガラスに近く）かつ耐熱性に優れた他の材料でも良い。
また、点火プラグの本体部分の全てをコバールやインバー合金等で構成せず、点火プラグの本体部分に貫通孔を設け、当該貫通孔にコバールやインバー合金等からなる円筒形状の部材を嵌装する構成としても良い。
【００４２】
本実施例の場合、投光部１０は三つの固定レンズ（第一固定レンズ１３ａ、第二固定レンズ１３ｂ、第三固定レンズ１３ｃ）を具備する構成としたが、本発明はこれに限定されず、投光側固定レンズ以外のレンズの個数は装置構成等に応じて適宜選択可能である。
【００４３】
なお、本実施例では投光側光学ユニット１３を点火プラグ１０９（の内部）に設けることにより、投光側光学ユニット１３を内燃機関１００の燃焼室１１０の内周面（シリンダヘッド１０３の内面）に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されず、内燃機関の燃焼室の内周面において点火プラグとは異なる別の箇所に設ける構成としても良い。
ただし、実際の内燃機関の運転時の状況に極力近い状況で測定を行うことにより測定精度を向上するという観点からは、投光側光学系を設けるための孔等をシリンダヘッドまたはシリンダブロック（シリンダライナ）に追加的に形成する構成とするよりも、投光側光学ユニットを点火プラグに設ける構成とする方が好ましい。
【００４４】
また、図３に示す如く、本実施例では点火プラグ１０９に圧力センサ５０を設け、内燃機関１００の燃焼室１１０の圧力を検出することが可能である。圧力センサ５０により検出された燃焼室１１０の圧力に係る情報は、後述する記憶部３０に記憶される。
【００４５】
また、本実施例では、点火プラグ１０９の中心電極１０９ａの先端およびアース電極１０９ｂは点火プラグ１０９に投光側光学ユニット１３を設けるために中心軸から偏心しているが、本発明はこれに限定されず、スペースに余裕がある場合には、電極群（中心電極およびアース電極）を点火プラグの中心軸上に配置して投光部をその周囲に配置しても良く、逆に投光部を点火プラグの中心軸上に配置して電極群をその周囲に配置しても良い。
【００４６】
図１および図２に示す如く、圧力調整装置１４はピストン１０４の位置またはクランクシャフト１０６の回転角（位相）に応じて投光側固定レンズ（第三固定レンズ１３ｃ）と投光側可動レンズ（可動レンズ１３ｅ）とで挟まれる空間に供給されるガスの圧力を調整することにより、投光側固定レンズ（第三固定レンズ１３ｃ）と投光側可動レンズ（可動レンズ１３ｅ）との距離を変更するものである。
圧力調整装置１４は主として回転角センサ１４ａ、エアシリンダ１４ｂ、エアシリンダ１４ｃ、エアポンプ１４ｄ、電磁弁１４ｅ、電磁弁１４ｆ、制御装置１４ｇ等を具備する。
【００４７】
回転角センサ１４ａはクランクシャフト１０６の回転角（位相）を検出するものであり、クランクシャフト１０６の主軸１０６ａの近傍に設けられる。回転角センサ１４ａの具体例としてはロータリーエンコーダ等の光学式センサや磁気式センサ等が挙げられる。
なお、回転角センサ１４ａは専用品でも良いが、内燃機関には通常クランクシャフトの回転角（位相）を検出するためのセンサ等が設けられていることから、当該センサ等を流用しても良い。
また、本実施例では回転角センサ１４ａによりクランクシャフト１０６の回転角（位相）を検出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、内燃機関のピストンの位置（投光部からの距離）を検出する構成としても良い。
【００４８】
エアシリンダ１４ｂは、貫通孔１０９ｃの内部空間のうち、第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間との間で窒素ガスの供給・排出を行うものである。
エアシリンダ１４ｂのシリンダ本体の内部空間は配管１５を介して点火プラグ１０９に形成された経路１０９ｄの基部側端部に接続される。経路１０９ｄは、その一端（基部側端部）が点火プラグ１０９の基部側に開口し、他端が貫通孔１０９ｃの内部空間のうち第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間に連通する経路である。
エアシリンダ１４ｂのシリンダ本体の内部空間、配管１５、経路１０９ｄおよび「貫通孔１０９ｃの内部空間のうち第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間」には窒素ガスが充填される。
窒素ガスは赤外光の吸収がないことから測定精度への影響がなく（ノイズの原因となることがなく）、本実施例において投光側光学ユニット１３の内部空間に充填するガスとして適している。
【００４９】
エアシリンダ１４ｃはエアシリンダ１４ｂを動作させるためのアクチュエータである。
エアシリンダ１４ｃのピストンとエアシリンダ１４ｂのピストンとはシリンダロッドにより連結される。
また、エアシリンダ１４ｃのシリンダ本体の内部空間とエアポンプ１４ｄとが配管により連通接続され、当該配管の中途部には電磁弁１４ｅが設けられる。一端がエアシリンダ１４ｃの内部空間に接続されるとともに他端が外気に開放される配管の中途部には電磁弁１４ｆが設けられる。
【００５０】
制御装置１４ｇは回転角センサ１４ａにより検出されたクランクシャフト１０６の回転角（位相）に係る情報に基づいて、エアシリンダ１４ｃの動作を制御するものである。
制御装置１４ｇは回転角センサ１４ａに接続され、回転角センサ１４ａにより検出されたクランクシャフト１０６の回転角（位相）に係る情報を取得することが可能である。
また、制御装置１４ｇは電磁弁１４ｅおよび電磁弁１４ｆに接続され、電磁弁１４ｅおよび電磁弁１４ｆのそれぞれについて開閉および開度の調整を行うことが可能である。
なお、制御装置１４ｇは専用品でも良いが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等を用いて同様の機能を達成することが可能である。
【００５１】
制御装置１４ｇが電磁弁１４ｅを開くと、エアポンプ１４ｄからエアシリンダ１４ｃの内部空間にエアが供給され、エアシリンダ１４ｂのピストンがエアシリンダ１４ｂのシリンダ本体から引き抜かれる方向に移動する。その結果、「貫通孔１０９ｃの内部空間のうち第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間」の圧力が下降し、可動レンズ１３ｅは第三固定レンズ１３ｃに接近する方向に移動する。
制御装置１４ｇが電磁弁１４ｆを開くと、エアシリンダ１４ｃの内部空間からエアが排出され、エアシリンダ１４ｂのピストンがエアシリンダ１４ｂのシリンダ本体に押し込まれる方向に移動する。その結果、「貫通孔１０９ｃの内部空間のうち第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間」の圧力が上昇し、可動レンズ１３ｅは第三固定レンズ１３ｃから離間する方向に移動する。
【００５２】
このように、圧力調整装置１４の制御装置１４ｇは、電磁弁１４ｅおよび電磁弁１４ｆを適宜開閉することによりエアシリンダ１４ｃの動作を制御し、「貫通孔１０９ｃの内部空間のうち第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間」の圧力を調整することが可能であり、ひいては第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとの距離を変更することが可能である。
なお、本実施例の圧力調整装置１４は回転角センサ１４ａ、エアシリンダ１４ｂ、エアシリンダ１４ｃ、エアポンプ１４ｄ、電磁弁１４ｅ、電磁弁１４ｆ、制御装置１４ｇを具備する構成としたが、本発明に係る圧力調整装置はこれに限定されず、ピストンの位置またはピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトの回転角に応じて投光側固定レンズと投光側可動レンズとで挟まれる空間に充填されるガスの圧力を調整することにより、投光側固定レンズと投光側可動レンズとの距離を変更することが可能な他の構成でも良い。
【００５３】
以下では、ピストン１０４の位置またはクランクシャフト１０６の回転角（位相）と、第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとの距離と、の関係について説明する。
本実施例の制御装置１４ｇは、クランクシャフト１０６の回転角（位相）に基づいて可動レンズ１３ｅと第三固定レンズ１３ｃとの距離を変化させることにより、投光側光学ユニット１３から燃焼室１１０の内部へ（ひいてはピストン１０４のヘッド面１０４ａへ）投光する光の投光角度θ（図１参照）を変更し、投光側光学ユニット１３から燃焼室１１０内部へ投光する光をピストン１０４の位置（投光側光学ユニット１３からピストン１０４のヘッド面１０４ａまでの距離）に関わらず常にピストン１０４のヘッド面１０４ａのほぼ全域に照射する。
【００５４】
図１に示す如く、受光部２０は投光部１０により投光された光を受光するものである。
受光部２０は主として受光側光学ユニット２１・２１・・・、伝送ケーブル２２・２２・・・、光電素子２３、中継ボックス２４等を具備する。
【００５５】
受光側光学ユニット２１・２１・・・は受光部２０のうち、ピストン１０４のヘッド面に設けられて投光部１０により燃焼室１１０の内部に投光された光を受光する部分である。
図４に示す如く、受光側光学ユニット２１は主として胴体部材２１ａ、第一固定レンズ２１ｂ、第二固定レンズ２１ｃ等を具備する。
【００５６】
胴体部材２１ａは略円筒形状の部材であり、その内部空間に第一固定レンズ２１ｂおよび第二固定レンズ２１ｃを収容する。
胴体部材２１ａは耐熱性に優れるとともに熱膨張係数がガラスに近い（熱膨張係数が小さい）材料であるコバールで構成される。なお、胴体部材２１ａを耐熱性に優れるとともに熱膨張係数がガラスに近い（熱膨張係数が小さい）他の材料（例えばインバー合金）で構成しても良い。
【００５７】
第一固定レンズ２１ｂは本発明に係る受光側固定レンズの実施の一形態であり、胴体部材２１ａに嵌装され、その一端部に気密的に固定される。
第二固定レンズ２１ｃは胴体部材２１ａに嵌装され、その中途部に気密的に固定される。
本実施例の場合、第一固定レンズ２１ｂおよび第二固定レンズ２１ｃはいずれも耐熱性に優れたサファイヤガラスで構成される。
なお、本発明に係る受光側固定レンズを構成する材料はサファイヤガラスに限定されず、光が透過可能で耐熱性に優れた他の材料（例えば、石英ガラス等）でも良い。
【００５８】
胴体部材２１ａの内部空間のうち第一固定レンズ２１ｂと第二固定レンズ２１ｃとで挟まれる空間には窒素ガスが充填される。
窒素ガスは赤外光の吸収がないことから測定精度への影響がなく（ノイズの原因となることがなく）、本実施例において受光側光学ユニット２１の内部空間に充填するガスとして適している。
【００５９】
第一固定レンズ２１ｂは本発明に係る受光側傾斜体の一形態としての機能を有し、第一固定レンズ２１ｂにおける出射面（第二固定レンズ２１ｃに対向する面）は受光側光学ユニット２１における光軸（図４中の一点鎖線）に対して傾斜している。
なお、第一固定レンズ２１ｂと第二固定レンズ２１ｃとの間等に別途受光側傾斜体を設け、第一固定レンズ２１ｂは受光側固定レンズとしての機能のみ有する構成としても良い。
【００６０】
胴体部材２１ａをコバールで構成し、第一固定レンズ２１ｂおよび第二固定レンズ２１ｃをサファイヤガラスで構成することにより、これらの熱膨張係数の差が小さく、燃焼室１１０の温度が上昇した場合であっても第一固定レンズ２１ｂおよび第二固定レンズ２１ｃと胴体部材２１ａの内周面との間の気密性が保持される。
【００６１】
仮にピストン１０４自体をコバールやインバー合金等で構成した場合、実際の内燃機関におけるピストン（通常はアルミニウム合金で構成される）と重量が大きく異なるため、実際の内燃機関の運転時の状況に極力近い状況で測定を行うという観点からは好ましくない。
【００６２】
よって、本実施例では第一固定レンズ２１ｂおよび第二固定レンズ２１ｃに当接する胴体部材２１ａのみをコバールやインバー合金等で構成することにより、第一固定レンズ２１ｂと第二固定レンズ２１ｃとで挟まれる空間の気密性を保持しつつ、ピストン１０４の重量の増加を抑え、ピストン１０４の重量を実際の内燃機関のピストンと略同じとしている。
【００６３】
受光側光学ユニット２１はピストン１０４のヘッド面１０４ａからボトム面（ヘッド面１０４ａの反対側の面）に貫通する孔に嵌装される。このとき、受光側光学ユニット２１のうち、第一固定レンズ２１ｂが固定されている方の端部がヘッド面１０４ａ側となる。
従って、第一固定レンズ２１ｂは燃焼室１１０に臨むこととなる。
【００６４】
図５に示す如く、本実施例では計１３個の受光側光学ユニット２１・２１・・・をピストン１０４のヘッド面１０４ａに設ける構成としたが、本発明に係る受光部はこれに限定されず、ピストンのヘッド面に設けられる受光側光学ユニット（受光側固定レンズ）の個数その配置（配列）は内燃機関の形状や測定目的等に応じて適宜選択することが可能である。
【００６５】
また、本実施例の場合、受光部２０は二つの固定レンズ（第一固定レンズ２１ｂ、第二固定レンズ２１ｃ）を具備する構成としたが、本発明はこれに限定されず、受光側固定レンズ以外のレンズの個数は装置構成等に応じて適宜選択可能である。
【００６６】
図１に示す如く、伝送ケーブル２２・２２・・・は受光側光学ユニット２１・２１・・・（第一固定レンズ２１ｂ・２１ｂ・・・）により受光された光を伝送するものである。
本実施例の伝送ケーブル２２・２２・・・は光ファイバーケーブルからなり、その一端はそれぞれ受光側光学ユニット２１・２１・・・の他端（ピストン１０４のボトム面側の端部）に接続される。
【００６７】
光電素子２３はピストン１０４に連結されるコンロッド１０５の中途部に設けられ、伝送ケーブル２２・２２・・・により伝送された光の強度をそれぞれ電気信号に変換するものである。光電素子２３の具体例としてはフォトダイオード等が挙げられる。
【００６８】
中継ボックス２４は光電素子２３と同じくコンロッド１０５の中途部に設けられ、光電素子２３からの電気信号（受光側光学ユニット２１により受光された光の強度に係る情報）を中継して、後述する記憶部３０に送信するものである。
【００６９】
光電素子２３および中継ボックス２４をコンロッド１０５（の中途部）に設けることにより、受光側光学ユニット２１・２１・・・で光を受光してから伝送ケーブル２２・２２・・・を介して光電素子２３にて電気信号に変換するまでの間の距離を短くすることが可能であり、ひいては当該電気信号へのノイズの影響を低減して測定精度を向上することが可能である。また、伝送ケーブル２２・２２・・・の長さを最小限とすることが可能であり、内燃機関１００の運転時における伝送ケーブル２２・２２・・・の断線を防止することが可能である。
【００７０】
記憶部３０は受光部２０により受光された光の強度に係る情報、すなわち燃焼室１１０の内部の温度分布、化学種およびその濃度に係る情報を記憶するものである。
図１に示す如く、記憶部３０は配線３１を介して中継ボックス２４に接続されており、受光部２０により受光された光の強度に係る情報を電気信号の形で取得することが可能である。
記憶部３０は専用品でも良いが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション、あるいは市販の記憶媒体（例えば、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）等を用いて達成することも可能である。
また、本実施例では圧力調整装置１４の制御装置１４ｇと記憶部３０とを別体とする構成としたが、本発明はこれに限定されず、これらを一体とする構成としても良い。
【００７１】
以上の如く、燃焼室測定装置１は、
内燃機関１００の燃焼室１１０の内周面に設けられ、燃焼室１１０に臨むピストン１０４にコンロッド１０５を介して連結されたクランクシャフト１０６の回転角（位相）に応じてピストン１０４のヘッド面１０４ａへの投光角度（θ）を変更して投光する投光部１０と、
ピストン１０４のヘッド面１０４ａに設けられ、投光部１０により投光された光を受光する受光部２０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、ピストン１０４の位置（投光側光学ユニット１３からピストン１０４のヘッド面１０４ａまでの距離）に関わらず常にピストン１０４のヘッド面１０４ａのほぼ全域に光を照射し、ひいては燃焼室１１０の内部空間のほぼ全域を通過する形で光を照射することが可能であり、内燃機関１００の運転時における燃焼室１１０の内部の状況（温度分布、化学種およびその濃度等）を精度良く測定することが可能である。
【００７２】
また、燃焼室測定装置１の投光部１０は、
燃焼室１１０に臨む第三固定レンズ１３ｃと、
第三固定レンズ１３ｃに対して接近および離間する方向に移動可能な可動レンズ１３ｅと、
クランクシャフト１０６の回転角（位相）に応じて第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間に充填されるガスの圧力を調整することにより、第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとの距離を変更する圧力調整装置１４と、
を具備するものである。
このように構成することにより、簡便な構成でピストン１０４のヘッド面１０４ａへの投光角度（θ）を変更することが可能である。
【００７３】
また、燃焼室測定装置１の投光部１０は、
光の入射面が光軸に対して傾斜した傾斜ガラス１３ｄを具備するものである。
このように構成することにより、投光部１０から燃焼室１１０の内部へ（ピストン１０４のヘッド面１０４ａへ）投光された光が反射して反射光として投光部１０の中に入射しても傾斜ガラス１３ｄの傾斜した面により当該反射光は屈折するので、反射光が投光部１０とピストン１０４のヘッド面１０４ａとの間を往復することによる光の干渉を抑制することが可能である。
上記光の干渉が起こると、ピストン１０４のヘッド面１０４ａ上の所定位置に光の干渉縞（光学ノイズ）が発生し、当該干渉縞に対応する部分は周囲よりも光の強度が大きいことから測定精度の低下の原因となる。
従って、光の干渉を抑制することにより測定精度の低下を防止することが可能である。
なお、本実施例では傾斜ガラス１３ｄの入射面（上面）が光軸に対して傾斜する構成であるが、本発明はこれに限定されず、投光側傾斜帯の出射面（下面）が光軸に対して傾斜する構成でも同様の効果を奏する。
【００７４】
また、燃焼室測定装置１は、
第三固定レンズ１３ｃと可動レンズ１３ｅとで挟まれる空間に充填されるガスを窒素ガスとするものである。
このように構成することにより、光が赤外光である場合において当該ガスによる赤外光の吸収が無く、測定精度の低下を防止することが可能である。
【００７５】
また、燃焼室測定装置１は、
投光部１０（本実施例の場合、投光側光学ユニット１３）を内燃機関１００の点火プラグ１０９に設けるものである。
このように構成することにより、内燃機関１００の燃焼室１１０の内周面に追加的に孔を設ける等して投光部１０を設ける必要が無く、実際の内燃機関の運転時の状況により近い状況で測定を行うことが可能であり、測定結果の信頼性の向上に寄与する。
【００７６】
また、燃焼室測定装置１の受光部２０は、
燃焼室１１０に臨む第一固定レンズ２１ｂと、
第一固定レンズ２１ｂにより受光された光を伝送する伝送ケーブル２２と、
伝送ケーブル２２により伝送された光の強度を電気信号に変換する光電素子２３と、
を具備するものである。
このように構成することにより、受光した光の強度に係る情報を記憶に適した形で取り出すことが可能である。
【００７７】
また、燃焼室測定装置１は、
光電素子２３をピストン１０４に連結されるコンロッド１０５に設けるものである。
このように構成することにより、第一固定レンズ２１ｂで光を受光してから伝送ケーブル２２を介して光電素子２３にて電気信号に変換するまでの間の距離を短くすることが可能であり、ひいては当該電気信号へのノイズの影響を低減して測定精度を向上することが可能である。また、内燃機関１００の運転時における伝送ケーブル２２の断線を防止することが可能である。
【００７８】
また、燃焼室測定装置１の受光部２０は、
光の入射面または出射面が光軸に対して傾斜した受光側傾斜体（本実施例の場合、第一固定レンズ２１ｂが受光側傾斜体としての機能を兼ねる）を具備するものである。
このように構成することにより、反射光を屈折して光の干渉を抑制することにより測定精度の低下を防止することが可能である。
【００７９】
また、燃焼室測定装置１は、
内燃機関１００の燃焼室１１０の内周面に配置され、燃焼室１１０の圧力を検出する圧力センサ５０を具備するものである。
このように構成することにより、内燃機関１００の運転時の燃焼室１１０の内部の状況として、圧力も同時に検出することが可能であり、測定結果に基づく分析の便宜に寄与する。
【００８０】
また、燃焼室測定装置１は、
圧力センサ５０を内燃機関１００の点火プラグ１０９に設けるものである。
このように構成することにより、内燃機関１００の燃焼室１１０の内周面に追加的に孔を設ける等して圧力センサ５０を設ける必要が無く、実際の内燃機関の運転時の状況により近い状況で測定を行うことが可能であり、測定結果の信頼性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る内燃機関の燃焼室測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】本発明に係る内燃機関の燃焼室測定装置の実施の一形態における投光部を示す図。
【図３】同じく投光部の先端部を示す底面図。
【図４】受光側光学ユニットを示す側面断面図。
【図５】ピストンのヘッド面における受光側光学ユニットの配置例を示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１        燃焼室測定装置（内燃機関の燃焼室測定装置）
１０      投光部
２０      受光部
１００    内燃機関
１０４    ピストン
１０４ａ  ヘッド面
１０５    コンロッド
１０６    クランクシャフト
１１０    燃焼室
【図１】
0005109682.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005109682.tif 000005
【図５】
0005109682.tif 000006