エンジンの燃焼可視化装置
【課題】低コストかつ短時間で製造や改良ができ、全運転域で燃焼室を視認できる燃焼可視化エンジンを形成できるエンジンの燃焼可視化装置を提供する。
【解決手段】燃焼可視化エンジン１Ａを形成する燃焼可視化装置２Ａは、エンジン１のシリンダヘッド４ａに貫通形成されて燃焼室６に臨む貫通孔７に挿通される筒状本体部１１を備え、筒状本体部１１の先端には燃焼室６に臨むレンズ３７が設けられ、筒状本体部１１の内部であってレンズ３７よりも基端側にはレンズ３７で集光された光を導通させる導光部３５が設けられ、筒状本体部１１の内部には導光部３５の周囲に第一の冷媒導通路３１を設け、冷媒導通路３１に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部３５を冷却させる。
【解決手段】燃焼可視化エンジン１Ａを形成する燃焼可視化装置２Ａは、エンジン１のシリンダヘッド４ａに貫通形成されて燃焼室６に臨む貫通孔７に挿通される筒状本体部１１を備え、筒状本体部１１の先端には燃焼室６に臨むレンズ３７が設けられ、筒状本体部１１の内部であってレンズ３７よりも基端側にはレンズ３７で集光された光を導通させる導光部３５が設けられ、筒状本体部１１の内部には導光部３５の周囲に第一の冷媒導通路３１を設け、冷媒導通路３１に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部３５を冷却させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダスリーブ内部における燃焼状態を観察可能にしたエンジンの燃焼可視化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼研究においては、シミュレーションが有効な手段であり、それにより、燃焼の過程で発生で生成するラジカル基等の中間生成物や窒素酸化物（ＮＯｘ）、ＣＯ２等が発光する波長の異なった光の診断することで燃焼の反応過程を確認することが有効である。このような観点からエンジンの燃焼状態の可視化技術や光学診断技術が求められている。従来、このような目的に用いるために、石英ガラス等の透光性材料によって形成されたシリンダやピストンを備え、シリンダ側方からシリンダ内部の燃焼状態やピストンの動作状態が視認できるようにした燃焼可視化エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の発明においては、シリンダやピストンを形成する透光性材料の耐圧性や耐熱性が金属材料に比べて劣る。そのため、引用文献１に記載の燃焼可視化エンジンは、自動車等を走行させる際のエンジンの通常使用時に用いられる高負荷状態や高回転状態のシミュレーションを行いつつ、シリンダ内部の燃焼状態等を視認することは難しい。また、透光性材料によって形成されるシリンダやピストンは通常は一品生産物として製造される。そのため、特許文献１に記載の燃焼可視化エンジンにおいて改良が必要となった場合、当該燃焼可視化エンジンを一品生産物として作り直さなければならず、多大な時間とコストを要するという問題がある。更に、透光性材料と金属製材料とでは熱伝導状態が異なるため、特許文献１に記載の燃焼可視化エンジンにおいては、通常のエンジンの熱伝導状態に忠実なシミュレーションを行うことが難しくなるという問題がある。
【０００５】
一方、上述の問題を解決するため、シリンダやピストンが通常の金属材料で形成されたエンジンに内視鏡を配設してシリンダ内部を視認できるようにした燃焼可視化エンジンを形成することも考えられる。しかし、このような燃焼可視化エンジンは、内視鏡の耐熱性や耐圧性が、シリンダやピストンを形成する金属材料に比べて劣るため、エンジン負荷の小さい領域しか視認できないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低コストかつ短時間で製造や改良ができ、全運転域にわたって燃焼室を視認できる燃焼可視化エンジンを形成できるエンジンの燃焼可視化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関としてのエンジンの燃焼状態を視認するためのエンジンの燃焼可視化装置であって、前記エンジンのシリンダヘッドに貫通形成されて燃焼室に臨む貫通孔に挿通される筒状本体部を備え、該筒状本体部の先端には前記燃焼室に臨むレンズが設けられ、前記筒状本体部の内部であって前記レンズよりも基端側には前記レンズで集光された光を導通させる導光部が設けられ、前記筒状本体部の内部には前記導光部の周囲に冷媒導通路を設け、該冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて前記導光部を冷却させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記導光部の外周側に略円筒形の隔壁が形成され、前記冷媒導通路は、前記導光部と前記隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路と、前記隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路と、前記第一の冷媒導通路と前記第二の冷媒導通路とを連通させる連通部とを有し、前記冷媒は、前記第一の冷媒導通路、前記連通部、前記第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記第一の冷媒導通路は、前記筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記筒状本体部と前記レンズとの間には、弾性変形により前記レンズと前記筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する略円環状の緩衝材が配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンの燃焼可視化装置は、金属材料で形成されたエンジンに貫通孔を形成して挿通させるだけで当該エンジンの燃焼状態を確認できる。従って、燃焼可視化エンジンの製造や改良を、製造ラインにより製造される製品に基づいて製造できる。また、金属材料で形成され耐熱性や耐圧性が高いエンジンにエンジンの燃焼可視化装置を取り付けることで当該エンジンの燃焼状態を確認できるので、実際に自動車等を走行させる際に発生する高負荷状態や高回転状態でエンジンのシミュレーションを行うことができ、かつ、通常の自動車のエンジンと同様の熱伝導状態をシミュレーションできる。また、エンジンの燃焼可視化装置の内部には導光部の周囲に冷媒導通路を設け、冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部を冷却させることにより、エンジンが高負荷状態や高回転状態となってエンジン内部が高温になっても、流動する冷媒によって可視化装置の内部を冷却することで、導光部が過熱して変形したり破損したりする事態を抑止できる。これにより、低コストかつ短時間で製造や改良ができて、全運転域にわたって燃焼室を視認できる燃焼可視化エンジンを形成できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒は、導光部と隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路、連通部、隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることにより、導光部の周囲を冷媒が往復して通過することになり、導光部の冷却効率を高め、導光部が過熱して膨張したり破損したりする事態を確実に抑止できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第一の導通路は、筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることにより、隔壁の強度を確保しつつ、導光部を確実に冷却することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、エンジンの熱によって可視化装置が熱せられ、筒状本体部とレンズとが異なる膨張率で膨張した場合も、緩衝材が弾性変形してレンズと筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する。また、筒状本体部とレンズとがそれぞれ膨張することによりレンズに過大な押圧力が加わることを抑止する。これにより、筒状本体部やレンズが過熱して異なる膨張率で膨張した場合にレンズが変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化装置の全体構成を示す断面図及びエンジンのシリンダヘッド近傍を拡大した断面図である。
【図２】同上実施の形態１に係る燃焼可視化装置の第一の内側筒部、第二の内側筒部、内視鏡の断面図である。
【図３】同上実施の形態１に係る隔壁と内視鏡の導光部のＡ−Ａ断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの概略図である。
【図５】（ａ）同上実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの、燃焼可視化装置を取り外した状態の平面図、（ｂ）同上実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの、燃焼可視化装置を取り付けた状態の側面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る燃焼可視化装置の第一の内側筒部、第二の内側筒部、内視鏡の断面図である。
【図７】同上実施の形態２に係る燃焼可視化装置の締結部材周辺を部分拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の実施の形態１］
【００１７】
図１乃至図５に、この発明の実施の形態１を示す。
【００１８】
まず構成を説明すると、図４に示す、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａは、エンジン１と、このエンジン１に接続された、「エンジンの燃焼可視化装置」としての燃焼可視化装置２Ａを有する。
【００１９】
エンジン１は、自動車等の輸送機関に搭載される各種内燃機関であって、図５に示す通り、四輪車用の水冷式４バルブガソリンエンジンである。但し、エンジン１は輸送機関用の内燃機関であればどのようなものであってもよく、例えば二輪車用の空冷式ガソリンエンジン、四輪車用の水冷式ディーゼルエンジン等でもよいし、バルブの数は４つより少なくても多くてもよい。この実施の形態１のエンジン１の材質や形状は、市販される自動車等に搭載されるエンジンと同様のものである。即ち、エンジン１は、通常のライン製造によって大量生産されるものである。但し、エンジン１は通常のライン製造とは別の一品生産物として製造されたものであってもよい。
【００２０】
図４に示す通り、エンジン１は、エンジン本体３の一部に形成されたシリンダ４と、シリンダ４の内部に配設されるピストン５とを有する。シリンダ４とピストン５とは、耐熱性や耐摩耗性の高い鉄やアルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金で形成される。シリンダ４の先端側に形成されたシリンダヘッド４ａとピストン５とに仕切られた空間は燃焼室６を形成する。
【００２１】
図４及び図５に示す通り、シリンダ４の先端側には、上端側に貫通孔７が開口形成されている。貫通孔７には燃焼可視化装置２Ａの先端部がシリンダ４の径方向に挿通されている。
【００２２】
図４に示す通り、貫通孔７からシリンダ４内部に挿通された燃焼可視化装置２Ａは、先端が燃焼室６に臨み、基端側がシリンダ４の外部に突出している。燃焼可視化装置２Ａの外周部の一部は、シリンダ４内部を循環するエンジン冷却水８に接している。燃焼可視化装置２Ａの先端側にはガスケット９が、基端側にはＯリング１０がそれぞれ嵌合されて、貫通孔７からエンジン冷却水８が漏洩することを防いでいる。
【００２３】
図４に示す通り、燃焼可視化装置２Ａは、筒状本体部１１、内視鏡１２、デジタルカメラ１３、画像表示コントローラ１４、モニタ１５、エンコーダ１６ａ、圧力センサ１６ｂを有している。
【００２４】
図１に示す通り、筒状本体部１１は、外側筒部１７、第一の内側筒部１８、第二の内側筒部１９を有する。
【００２５】
外側筒部１７は、筒状本体部１１の先端側から略中央部にかけての一番外周側に設けられている。外側筒部１７は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性と耐水性の高い材料によって略円筒形に形成されている。外側筒部１７の基端部の内周面には、雌ねじ２３が刻設されている。
【００２６】
第一の内側筒部１８は、外側筒部１７の内部に設けられている。第一の内側筒部１８は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性の高い材料によって略円筒形に形成されている。第一の内側筒部１８の外径は、外側筒部１７の内径に略等しい大きさに形成されている。
【００２７】
図１及び図２に示す通り、第一の内側筒部１８の先端は端面視環状の端面部２１が形成され、端面部２１の内周には開口部２２が開口形成されている。第一の内側筒部１８の基端側の外周面には外側筒部１７の雌ねじ２３に螺合される雄ねじ２４が刻設され、基端側の内周面には雌ねじ２５が刻設されている。
【００２８】
第二の内側筒部１９は、先端側の外径が第一の内側筒部１８の内径に略等しい大きさに形成されている。第二の内側筒部１９は軸方向の長さが外側筒部１７や第一の内側筒部１８よりも長く、先端側が第一の内側筒部１８の内部に嵌挿された状態で、基端側が外側筒部１７の基端側及び第一の内側筒部１８の基端側から外方に突出している。第二の内側筒部１９の先端には端面２６が形成されている。第二の内側筒部１９の軸方向基端側の外周面には、第一の内側筒部１８の雌ねじ２５に螺合される雄ねじ２７が刻設されている。
【００２９】
また、第二の内側筒部１９の基端部側の側面には、第二の内側筒部１９を貫通して第二の内側筒部１９の内部と筒状本体部１１の外部とを連通する冷媒排出孔２０が形成されている。
【００３０】
第二の内側筒部１９の基端部から先端側に向けて、筒状本体部１１の軸方向に沿って隔壁２８が突設されている。隔壁２８は、第二の内側筒部１９と同じ材質によって、外径が第二の内側筒部１９の内径よりも小さい略円筒形に形成されている。隔壁２８の外周側と第二の内側筒部１９との間には、環状の間隙が形成されている。
【００３１】
また、図３に示す通り、隔壁２８の内周部２９は、軸方向から見て、内周面が連続した波形に形成されている。なお、内周部２９の波形の波の大きさや形状や数は、隔壁２８の剛性を確保しつつ、後述する第一の冷媒導通路３２（図１及び図２参照）として冷媒を導通させる機能とを併有させることができれば、どのようなものでもよい。
【００３２】
更に、図１及び図２に示す通り、第二の内側筒部１９の基端部側の側面には、隔壁２８の内部と筒状本体部１１の外部とを連通する冷媒吸入孔３０が形成されている。なお、冷媒吸入孔３０には、空気に陽圧を加えて排出させるコンプレッサ（図示せず）に接続された吸入管（図示せず）等が接続される。
【００３３】
図１及び図２に示す通り、燃焼可視化装置２Ａの内部には、冷媒導通路３１が形成される。冷媒導通路３１は、冷媒吸入孔３０、内視鏡１２の後述する導光部３５の外側と隔壁２８の内側との間隙に形成される第一の冷媒導通路３２、隔壁２８の外側と筒状本体部１１の内側との間隙に形成された第二の冷媒導通路３３、導光部３５の先端部とレンズ３７の基端側とに臨む間隙に形成されて第一の冷媒導通路３２と第二の冷媒導通路３３とを連通させる連通部３４、冷媒排出孔２０、から成る。
【００３４】
冷媒導通路３１には冷媒が導通される。後述するとおり、この実施の形態１の冷媒である空気は、コンプレッサ（図示せず）によって陽圧をかけられて冷媒吸入孔３０に供給される。なお、この実施の形態１において冷媒導通路３１に導通される冷媒は空気であるが、燃焼可視化装置２Ａの内部の熱を吸収しうるものであればどのようなものを冷媒に用いてもよい。具体的には、例えば、冷媒は空気以外の気体（例えば気化した二酸化炭素や窒素等、各種希ガス等）でもよいし、液体（例えば水、油脂、液化二酸化炭素、液化窒素等）であってもよい。
【００３５】
内視鏡１２は、導光部３５と、内視鏡本体部３６とを備える。
【００３６】
導光部３５は、導光部３５は、例えば光ファイバーケーブル等、光を導通させる媒体によって細長い形状に形成された内視鏡用プローブであり、レンズ３７で集光された光を筒状本体部１１の基端側に挿通させる。図１及び図２に示す通り、導光部３５は、レンズ３７よりも基端側に位置して隔壁２８の内部に挿通された状態で配設されている。導光部３５の先端側はレンズ３７の基端側に対向して配設されている。
【００３７】
図１に示す通り、内視鏡本体部３６には、導光部３５の基端側が接続される。内視鏡本体部３６の内部には、各種光学系が設けられている。
【００３８】
図４に示す通り、内視鏡本体部３６は、デジタルカメラ１３に接続されている。デジタルカメラ１３は、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子等、導光部３５を導通された光を光電変換して送信・記録するために必要な構成を有する。
【００３９】
デジタルカメラ１３は画像表示コントローラ１４に接続されている。画像表示コントローラ１４は各種コンピュータであり、ＣＰＵを有し、デジタルカメラ１３が撮像した画像をモニタ１５に表示させる。また、画像表示コントローラ１４にはエンコーダ１６ａや圧力センサ１６ｂが接続され、これらの計測値に基づいてＰＶ線図等の画像を形成する。
【００４０】
モニタ１５はＬＣＤ等であり、各種画像を表示する。エンコーダ１６ａはクランクシャフト（図示せず）等に取り付けられ、クランクシャフト（図示せず）の回転角を計測し、計測値を画像表示コントローラ１４に供給する。圧力センサ１６ｂはプラグと一体型であり、混合気に点火すると共に燃焼室６の内部の圧力を検出する。
【００４１】
図２に示す通り、筒状本体部１１の内側において、第一の内側筒部１８の先端側の端面部２１と第二の内側筒部１９の端面２６との間にはレンズ３７が配設されている。レンズ３７は石英ガラス等の耐熱性の高い材質によって形成されており、レンズ３７の一部は開口部２２から外部に露出している。
【００４２】
外側筒部１７の端面部２１とレンズ３７の先端側との間には、「緩衝材」としての円環状の第一の緩衝材３８が設けられ、レンズ３７の基端側には「緩衝材」としての円環状の第二の緩衝材３９が設けられている。
【００４３】
第一の緩衝材３８、及び第二の緩衝材３９は、耐熱性のある材料、例えばガラス繊維を略円環状に形成して成る。第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９は、レンズ３７と筒状本体部１１とが熱膨張したときに弾性変形し、常温時と熱膨張時との体積や形状の差異を緩衝する。第一の緩衝材３８、及び第二の緩衝材３９は、耐熱性があり、押圧力が加わると弾性変形する性質を有するものならば、どのような素材で形成されていてもよい。
【００４４】
第二の緩衝材３９は、金属製の円環状のガスケット４０に隣接する状態で配設される。ガスケット４０は第二の内側筒部１９の端面２６に接触する。この実施の形態１においてガスケット４０は銅製であるが、液密性を有するものであればどのような金属又は金属以外の材料で形成されてもよい。
【００４５】
即ち、図２に示す通り、レンズ３７は、第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９、ガスケット４０を介して、第一の内側筒部１８の端面部２１の内側と第二の内側筒部１９の端面２６との間に挟持されている。
【００４６】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。
【００４７】
まず、この実施の形態１の燃焼可視化装置２Ａを組み立てる場合、図２に示す通り、第二の内側筒部１９の基端側から内視鏡１２の導光部３５を隔壁２８の内部に挿通させる。この状態で、第二の内側筒部１９と内視鏡１２とを接合させる。
【００４８】
次に、第一の内側筒部１８の内部に、第一の緩衝材３８を介してレンズ３７を配設し、更に、第二の緩衝材３９、ガスケット４０を配設したのち第二の内側筒部１９を配設する。第一の内側筒部１８の雌ねじ２５と第二の内側筒部１９の雄ねじ２７とを螺合させ、第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とを接合させる。雌ねじ２５と雄ねじ２７との螺合状態を調節することで、適切な強度で第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９との間にレンズ３７を挟持できる。
【００４９】
更に、図１に示す通り、外側筒部１７の雌ねじ２３と第一の内側筒部１８の雄ねじ２４とを螺合させ、外側筒部１７と第一の内側筒部１８とを接合させる。以上の工程で燃焼可視化装置２Ａが形成される。
【００５０】
次に、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａを製造する場合、図５の（ａ）に示す通り、ライン生産されたエンジン１のシリンダヘッド４ａに貫通孔７を貫通形成する。貫通孔７には、図１及び図５の（ｂ）に示す通り、外周部にガスケット９とＯリング１０とを配設した燃焼可視化装置２Ａを挿通させて配設する。更に、図４に示す通り、燃焼可視化装置２Ａの内視鏡１２と、デジタルカメラ１３と、画像表示コントローラ１４と、モニタ１５とをそれぞれ接続して、燃焼可視化エンジン１Ａが完成する。
【００５１】
このように、大量生産品としてライン生産されたエンジン１を用いて燃焼可視化エンジン１Ａを製造する。そのため、一品生産品のエンジンをわざわざ製造する場合に比べ、燃焼可視化エンジン１Ａの製造や改良を、簡易な工程で、しかも低コストで行うことができる。燃焼可視化装置２Ａは、防水性のある外側筒部１７にガスケット９とＯリング１０が配設された状態でシリンダ４の内部のエンジン冷却水８に接する。そのため、貫通孔７からエンジン冷却水８が外部に漏洩することや、エンジン冷却水８が燃焼可視化装置２Ａの内部に侵入することを防止できる。
【００５２】
次に、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａで燃焼試験を行う場合、エンジン１を稼動させ、燃焼室６で混合気を燃焼させる。この状態で、内視鏡１２、画像表示コントローラ１４、モニタ１５の電源を入れると、燃焼により発生する燃焼室６内部の光がレンズ３７で集光される。レンズ３７で集光された光は導光部３５を導通して内視鏡本体部３６に送られる。デジタルカメラ１３は受光した光を光電変換して撮像し、撮像した画像を画像表示コントローラ１４に送る。画像表示コントローラ１４は画像に任意の画像処理を施して、その画像をモニタ１５に表示させる。これにより、モニタ１５には燃焼室６内の燃焼情報（混合気の爆発による光の色や発光位置等）が画像表示される。
【００５３】
更に、図４に示す通り、画像表示コントローラ１４はエンコーダ１６ａや圧力センサ１６ｂの検出結果に基づいてＰＶ線図を画像形成し、モニタ１５に表示させる。
【００５４】
ここで、コンプレッサ（図示せず）を稼動させると、図２に示す通り、圧縮空気が冷媒吸入孔３０に供給される。この圧縮空気は冷媒吸入孔３０を導通し、第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３を導通し、更に冷媒排出孔２０を導通して外部に排気される。
【００５５】
エンジン１の稼動により発生した熱はシリンダ４を介して燃焼可視化装置２Ａに伝導する。燃焼可視化装置２Ａを構成するレンズ３７や導光部３５は、材質の特質上、過熱による変形や破損が生じ易い。しかし、エンジン１の発する熱よりも低温の圧縮空気が第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３を導通する。これにより、レンズ３７や導光部３５の熱を圧縮空気に伝導させ、熱を外部に放出させることができるため、レンズ３７や導光部３５が熱によって変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【００５６】
また、圧縮空気は、図２に示す通り、第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３の順でそれぞれ導通される。そのため、圧縮空気は、まず第一の冷媒導通路３２において導光部３５の周辺を通過して導光部３５の熱を吸収し、更に、第二の冷媒導通路３３において導光部３５の周辺を通過して導光部３５の熱を吸収する。つまり、圧縮空気は、導光部３５の周囲を冷媒が往復して通過することになる。これにより、導光部３５の冷却効率を高め、導光部３５が過熱して膨張したり破損したりする事態を確実に抑止できる。
【００５７】
また、図３に示す通り、第一の冷媒導通路３２を形成する隔壁２８は、筒状本体部１１の軸方向から見て、内周部２９が連続した波形に形成されている。そのため、隔壁２８が肉厚の部分において隔壁の強度を確保しつつ、隔壁が薄肉の部分に間隙を形成して圧縮空気を確実に導通させ、導光部を確実に冷却することができる。
【００５８】
なお、燃焼可視化装置２Ａの第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とは金属製であり、石英ガラスで形成されたレンズ３７とは熱膨張率が異なる。そのため、仮に、レンズ３７が第一の内側筒部１８の端面部２１と第二の内側筒部１９の端面２６との間に隙間なく挟持されていたとすると、エンジン１で発生した熱が燃焼可視化装置２Ａに伝導したときに、上述の熱膨張率の違いにより配設状態が不安定になったり、レンズ３７の変形や破損が生じ易くなったりする。
【００５９】
しかし、この実施の形態１では、図２に示す通り、第一の内側筒部１８の端面部２１とレンズ３７の先端側との間には第一の緩衝材３８が設けられ、レンズ３７の基端側と第二の内側筒部１９の端面２６との間には第二の緩衝材３９が設けられている。第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９はガラス繊維性であり、圧縮により弾性変形するため、上述のような、第一の内側筒部１８、第二の内側筒部１９とレンズ３７とが異なる熱膨張率で膨張した場合の体積変化の違いを吸収したり、第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とが膨張してレンズ３７が変形したり破損するような事態を防止できる。
【００６０】
なお、この実施の形態１においては、図１に示す通り、貫通孔７において、燃焼可視化装置２Ａの周囲がエンジン冷却水８に接しているので、圧縮空気に加え、エンジン冷却水８によっても燃焼可視化装置２Ａが冷却され、燃焼可視化装置２Ａの過熱が抑止される。
【００６１】
以上示したように、この実施の形態１においては、燃焼可視化装置２Ａは、金属材料で形成されたエンジン１のシリンダ４に貫通孔７を形成するだけで当該エンジン１の燃焼状態を確認できる。従って、燃焼可視化エンジン１Ａの製造や改良を、製造ラインにより製造される製品に基づいて製造できる。
【００６２】
この実施の形態１においては、金属材料で形成され耐熱性や耐圧性が高いエンジン１に燃焼可視化装置２Ａを取り付けることで当該エンジン１の燃焼状態を確認できるので、実際に自動車等を走行させる際に発生する高負荷状態や高回転状態でエンジンのシミュレーションを行うことができ、かつ、通常の自動車のエンジンと同様の熱伝導状態をシミュレーションできる。
【００６３】
この実施の形態１においては、燃焼可視化装置２Ａの内部には導光部３５の周囲に第一の冷媒導通路３２、第二の冷媒導通路３３を設け、第一の冷媒導通路３２、第二の冷媒導通路３３を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部３５を冷却させることにより、エンジンが高負荷状態や高回転状態となってエンジン内部が高温になっても、流動する冷媒によって燃焼可視化装置２Ａの内部を冷却することで、導光部３５が過熱して変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【００６４】
以上により、この実施の形態１においては、低コストかつ短時間で製造や改良ができて、全運転域にわたってシリンダ内部を視認できる燃焼可視化エンジン１Ａを形成できる。
【００６５】
なお、この実施の形態１においては、燃焼可視化エンジン１Ａにおいて、一のシリンダヘッド４ａに一の燃焼可視化装置２Ａを設けたが、一のシリンダヘッド４ａに複数の燃焼可視化装置２Ａを設ける構成としてもよい。例えば、この実施の形態と同様に、貫通孔７から燃焼可視化装置２Ａを挿通させて燃焼室６に臨ませたものの他に、シリンダヘッド４ａの上方にあるバルブガイド部などから同様の燃焼可視化装置２Ａを挿通させて燃焼室６に臨ませることが考えられる。このような構成とすることで、貫通孔７から挿通させた燃焼可視化装置２Ａで燃焼室６を水平方向に視認し、バルブガイド部などから挿通させた燃焼可視化装置２Ａで燃焼室６を斜め上方から視認し、燃焼室６内の燃焼状態を多面的に視認することが可能になる。
【００６６】
［発明の実施の形態２］
図６及び図７に、この発明の実施の形態２を示す。
【００６７】
図６に示す、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１の外側筒部１７に相当する構成を除外した状態を示している。即ち、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、外側筒部（図示省略）、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２、締結部材４３、カラー４４を有する。これら外側筒部（図示せず）、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２、締結部材４３、カラー４４は、この実施の形態２における筒状本体部を形成する。また、この燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１のエンジン（図１参照）に接続されて燃焼可視化エンジンを形成する。
【００６８】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１のレンズ３７に替えてレンズ４５が設けられている。このレンズ４５は、先端側全体が略端面を形成している。
【００６９】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂの第二の内側筒部４２は、基端部側の内周に拡径部４６が形成されている。拡径部４６の内周面には雌ねじ４７が刻設されている。
【００７０】
締結部材４３は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性と耐水性の高い材料によって略円筒形に形成されている。締結部材４３の先端側は、外径が拡径部４６の内径と略等しい大きさに形成されている。締結部材４３の先端側の外周面には、雄ねじ４８が刻設されている。締結部材４３の基端側は先端側より拡径した把持部４９が形成されている。
【００７１】
カラー４４は、弾性と機密性のある部材、例えば各種樹脂によって形成されている。カラー４４は環形に形成され、外周面は拡径部４６の内周面に対応する形状、即ち先端側から基端側に拡径する形状に形成されている。
【００７２】
この実施の形態２において、内視鏡１２の導光部３５と隔壁２８とは実施の形態１よりも軸方向大きさが大きく形成されている。図６に示す通り、隔壁２８は締結部材４３の基端部と冷媒吸入孔３０近傍との間が外部に露出している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００７３】
次に、実施の形態２の作用について説明する。
【００７４】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂを組み立てる際、使用者は、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２を組み合わせた後、第二の内側筒部４２の拡径部４６にカラー４４を挿入する。この状態で、使用者は拡径部４６に締結部材４３を嵌合させ、締結部材４３の把持部４９を把持して締結部材４３を周方向に回転させて雌ねじ４７と雄ねじ４８とを螺合させる。そして、カラー４４は締結部材４３によって押圧されて弾性変形し、拡径部４６の内周面と締結部材４３の先端部と隔壁２８とに密着する。
【００７５】
弾性変形したカラー４４は、拡径部４６の内側において、隔壁２８と第二の内側筒部４２との間隙を密封する。これにより、第二の冷媒導通路３３を通過した冷媒が冷媒排出孔２０よりも基端側に漏えいすることを防止できる。
【００７６】
また、弾性変形したカラー４４は隔壁２８を内周側に押圧するので、隔壁２８が第一の内側筒部４１や第二の内側筒部４２に対して強固に固定される。これにより、燃焼可視化装置２Ｂをエンジン（図示せず）に接続して燃焼試験を行う際、エンジン（図示せず）の振動等により隔壁２８や導光部３５ががたついてエンジン（図示せず）内部の視認に支障をきたすような事態を抑止できる。更に、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂ及び燃焼可視化エンジンは、上述した、この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化装置２Ａ及び燃焼可視化エンジン１と同様の作用効果をも奏する。
【００７７】
なお、上記実施の形態１の筒状本体部１１、及び、上記実施の形態２の筒状本体部は外側筒部１７（実施の形態２で図示せず）を有する構成としたが、これに替えて、筒状本体部が外側筒部を有しない構成としてもよい。また、上記実施の形態１の筒状本体部１１、及び、上記実施の形態２の筒状本体部は第一の内側筒部１７，４１、及び第二の内側筒部１８，４２を有する構成としたが、これに替えて、一体形成された内側筒部を有する構成としてもよい。
【００７８】
上記実施の形態１及び上記実施の形態２において、レンズ３７，４５の先端側と基端側にそれぞれ第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９を設ける構成としたが、第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９の何れか一方を除外する構成としてもよい。
【００７９】
上記実施の形態２において、レンズ４５に替えて実施の形態１のレンズ３７を用いてもよい。また、実施の形態１において、レンズ３７に替えて実施の形態２のレンズ４５を用いてもよい。
【００８０】
上記実施の形態１において、上記実施の形態２を構成する軸方向大きさの大きな隔壁２８や導光部３５を用いてもよい。また、上記実施の形態２において、上記実施の形態１を構成する軸方向大きさの小さな隔壁２８や導光部３５を用いてもよい。
【００８１】
上記各実施の形態は本発明の例示であり、本発明が上記各実施の形態に限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１Ａ・・燃焼可視化エンジン
２Ａ，２Ｂ・・・燃焼可視化装置（エンジンの燃焼可視化装置）
４ａ・・・シリンダヘッド
６・・・燃焼室
７・・・貫通孔
１２・・・筒状本体部
２８・・・隔壁
２９・・・内周部
３１・・・冷媒導通路
３２・・・第一の冷媒導通路
３３・・・第二の冷媒導通路
３４・・・連通部
３５・・・導光部
３７，４５・・・レンズ
３８・・・第一の緩衝材（緩衝材）
３９・・・第二の緩衝材（緩衝材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダスリーブ内部における燃焼状態を観察可能にしたエンジンの燃焼可視化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼研究においては、シミュレーションが有効な手段であり、それにより、燃焼の過程で発生で生成するラジカル基等の中間生成物や窒素酸化物（ＮＯｘ）、ＣＯ２等が発光する波長の異なった光の診断することで燃焼の反応過程を確認することが有効である。このような観点からエンジンの燃焼状態の可視化技術や光学診断技術が求められている。従来、このような目的に用いるために、石英ガラス等の透光性材料によって形成されたシリンダやピストンを備え、シリンダ側方からシリンダ内部の燃焼状態やピストンの動作状態が視認できるようにした燃焼可視化エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の発明においては、シリンダやピストンを形成する透光性材料の耐圧性や耐熱性が金属材料に比べて劣る。そのため、引用文献１に記載の燃焼可視化エンジンは、自動車等を走行させる際のエンジンの通常使用時に用いられる高負荷状態や高回転状態のシミュレーションを行いつつ、シリンダ内部の燃焼状態等を視認することは難しい。また、透光性材料によって形成されるシリンダやピストンは通常は一品生産物として製造される。そのため、特許文献１に記載の燃焼可視化エンジンにおいて改良が必要となった場合、当該燃焼可視化エンジンを一品生産物として作り直さなければならず、多大な時間とコストを要するという問題がある。更に、透光性材料と金属製材料とでは熱伝導状態が異なるため、特許文献１に記載の燃焼可視化エンジンにおいては、通常のエンジンの熱伝導状態に忠実なシミュレーションを行うことが難しくなるという問題がある。
【０００５】
一方、上述の問題を解決するため、シリンダやピストンが通常の金属材料で形成されたエンジンに内視鏡を配設してシリンダ内部を視認できるようにした燃焼可視化エンジンを形成することも考えられる。しかし、このような燃焼可視化エンジンは、内視鏡の耐熱性や耐圧性が、シリンダやピストンを形成する金属材料に比べて劣るため、エンジン負荷の小さい領域しか視認できないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低コストかつ短時間で製造や改良ができ、全運転域にわたって燃焼室を視認できる燃焼可視化エンジンを形成できるエンジンの燃焼可視化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関としてのエンジンの燃焼状態を視認するためのエンジンの燃焼可視化装置であって、前記エンジンのシリンダヘッドに貫通形成されて燃焼室に臨む貫通孔に挿通される筒状本体部を備え、該筒状本体部の先端には前記燃焼室に臨むレンズが設けられ、前記筒状本体部の内部であって前記レンズよりも基端側には前記レンズで集光された光を導通させる導光部が設けられ、前記筒状本体部の内部には前記導光部の周囲に冷媒導通路を設け、該冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて前記導光部を冷却させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記導光部の外周側に略円筒形の隔壁が形成され、前記冷媒導通路は、前記導光部と前記隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路と、前記隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路と、前記第一の冷媒導通路と前記第二の冷媒導通路とを連通させる連通部とを有し、前記冷媒は、前記第一の冷媒導通路、前記連通部、前記第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記第一の冷媒導通路は、前記筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記筒状本体部と前記レンズとの間には、弾性変形により前記レンズと前記筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する略円環状の緩衝材が配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンの燃焼可視化装置は、金属材料で形成されたエンジンに貫通孔を形成して挿通させるだけで当該エンジンの燃焼状態を確認できる。従って、燃焼可視化エンジンの製造や改良を、製造ラインにより製造される製品に基づいて製造できる。また、金属材料で形成され耐熱性や耐圧性が高いエンジンにエンジンの燃焼可視化装置を取り付けることで当該エンジンの燃焼状態を確認できるので、実際に自動車等を走行させる際に発生する高負荷状態や高回転状態でエンジンのシミュレーションを行うことができ、かつ、通常の自動車のエンジンと同様の熱伝導状態をシミュレーションできる。また、エンジンの燃焼可視化装置の内部には導光部の周囲に冷媒導通路を設け、冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部を冷却させることにより、エンジンが高負荷状態や高回転状態となってエンジン内部が高温になっても、流動する冷媒によって可視化装置の内部を冷却することで、導光部が過熱して変形したり破損したりする事態を抑止できる。これにより、低コストかつ短時間で製造や改良ができて、全運転域にわたって燃焼室を視認できる燃焼可視化エンジンを形成できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒は、導光部と隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路、連通部、隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることにより、導光部の周囲を冷媒が往復して通過することになり、導光部の冷却効率を高め、導光部が過熱して膨張したり破損したりする事態を確実に抑止できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第一の導通路は、筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることにより、隔壁の強度を確保しつつ、導光部を確実に冷却することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、エンジンの熱によって可視化装置が熱せられ、筒状本体部とレンズとが異なる膨張率で膨張した場合も、緩衝材が弾性変形してレンズと筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する。また、筒状本体部とレンズとがそれぞれ膨張することによりレンズに過大な押圧力が加わることを抑止する。これにより、筒状本体部やレンズが過熱して異なる膨張率で膨張した場合にレンズが変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化装置の全体構成を示す断面図及びエンジンのシリンダヘッド近傍を拡大した断面図である。
【図２】同上実施の形態１に係る燃焼可視化装置の第一の内側筒部、第二の内側筒部、内視鏡の断面図である。
【図３】同上実施の形態１に係る隔壁と内視鏡の導光部のＡ−Ａ断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの概略図である。
【図５】（ａ）同上実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの、燃焼可視化装置を取り外した状態の平面図、（ｂ）同上実施の形態１に係る燃焼可視化エンジンの、燃焼可視化装置を取り付けた状態の側面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る燃焼可視化装置の第一の内側筒部、第二の内側筒部、内視鏡の断面図である。
【図７】同上実施の形態２に係る燃焼可視化装置の締結部材周辺を部分拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の実施の形態１］
【００１７】
図１乃至図５に、この発明の実施の形態１を示す。
【００１８】
まず構成を説明すると、図４に示す、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａは、エンジン１と、このエンジン１に接続された、「エンジンの燃焼可視化装置」としての燃焼可視化装置２Ａを有する。
【００１９】
エンジン１は、自動車等の輸送機関に搭載される各種内燃機関であって、図５に示す通り、四輪車用の水冷式４バルブガソリンエンジンである。但し、エンジン１は輸送機関用の内燃機関であればどのようなものであってもよく、例えば二輪車用の空冷式ガソリンエンジン、四輪車用の水冷式ディーゼルエンジン等でもよいし、バルブの数は４つより少なくても多くてもよい。この実施の形態１のエンジン１の材質や形状は、市販される自動車等に搭載されるエンジンと同様のものである。即ち、エンジン１は、通常のライン製造によって大量生産されるものである。但し、エンジン１は通常のライン製造とは別の一品生産物として製造されたものであってもよい。
【００２０】
図４に示す通り、エンジン１は、エンジン本体３の一部に形成されたシリンダ４と、シリンダ４の内部に配設されるピストン５とを有する。シリンダ４とピストン５とは、耐熱性や耐摩耗性の高い鉄やアルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金で形成される。シリンダ４の先端側に形成されたシリンダヘッド４ａとピストン５とに仕切られた空間は燃焼室６を形成する。
【００２１】
図４及び図５に示す通り、シリンダ４の先端側には、上端側に貫通孔７が開口形成されている。貫通孔７には燃焼可視化装置２Ａの先端部がシリンダ４の径方向に挿通されている。
【００２２】
図４に示す通り、貫通孔７からシリンダ４内部に挿通された燃焼可視化装置２Ａは、先端が燃焼室６に臨み、基端側がシリンダ４の外部に突出している。燃焼可視化装置２Ａの外周部の一部は、シリンダ４内部を循環するエンジン冷却水８に接している。燃焼可視化装置２Ａの先端側にはガスケット９が、基端側にはＯリング１０がそれぞれ嵌合されて、貫通孔７からエンジン冷却水８が漏洩することを防いでいる。
【００２３】
図４に示す通り、燃焼可視化装置２Ａは、筒状本体部１１、内視鏡１２、デジタルカメラ１３、画像表示コントローラ１４、モニタ１５、エンコーダ１６ａ、圧力センサ１６ｂを有している。
【００２４】
図１に示す通り、筒状本体部１１は、外側筒部１７、第一の内側筒部１８、第二の内側筒部１９を有する。
【００２５】
外側筒部１７は、筒状本体部１１の先端側から略中央部にかけての一番外周側に設けられている。外側筒部１７は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性と耐水性の高い材料によって略円筒形に形成されている。外側筒部１７の基端部の内周面には、雌ねじ２３が刻設されている。
【００２６】
第一の内側筒部１８は、外側筒部１７の内部に設けられている。第一の内側筒部１８は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性の高い材料によって略円筒形に形成されている。第一の内側筒部１８の外径は、外側筒部１７の内径に略等しい大きさに形成されている。
【００２７】
図１及び図２に示す通り、第一の内側筒部１８の先端は端面視環状の端面部２１が形成され、端面部２１の内周には開口部２２が開口形成されている。第一の内側筒部１８の基端側の外周面には外側筒部１７の雌ねじ２３に螺合される雄ねじ２４が刻設され、基端側の内周面には雌ねじ２５が刻設されている。
【００２８】
第二の内側筒部１９は、先端側の外径が第一の内側筒部１８の内径に略等しい大きさに形成されている。第二の内側筒部１９は軸方向の長さが外側筒部１７や第一の内側筒部１８よりも長く、先端側が第一の内側筒部１８の内部に嵌挿された状態で、基端側が外側筒部１７の基端側及び第一の内側筒部１８の基端側から外方に突出している。第二の内側筒部１９の先端には端面２６が形成されている。第二の内側筒部１９の軸方向基端側の外周面には、第一の内側筒部１８の雌ねじ２５に螺合される雄ねじ２７が刻設されている。
【００２９】
また、第二の内側筒部１９の基端部側の側面には、第二の内側筒部１９を貫通して第二の内側筒部１９の内部と筒状本体部１１の外部とを連通する冷媒排出孔２０が形成されている。
【００３０】
第二の内側筒部１９の基端部から先端側に向けて、筒状本体部１１の軸方向に沿って隔壁２８が突設されている。隔壁２８は、第二の内側筒部１９と同じ材質によって、外径が第二の内側筒部１９の内径よりも小さい略円筒形に形成されている。隔壁２８の外周側と第二の内側筒部１９との間には、環状の間隙が形成されている。
【００３１】
また、図３に示す通り、隔壁２８の内周部２９は、軸方向から見て、内周面が連続した波形に形成されている。なお、内周部２９の波形の波の大きさや形状や数は、隔壁２８の剛性を確保しつつ、後述する第一の冷媒導通路３２（図１及び図２参照）として冷媒を導通させる機能とを併有させることができれば、どのようなものでもよい。
【００３２】
更に、図１及び図２に示す通り、第二の内側筒部１９の基端部側の側面には、隔壁２８の内部と筒状本体部１１の外部とを連通する冷媒吸入孔３０が形成されている。なお、冷媒吸入孔３０には、空気に陽圧を加えて排出させるコンプレッサ（図示せず）に接続された吸入管（図示せず）等が接続される。
【００３３】
図１及び図２に示す通り、燃焼可視化装置２Ａの内部には、冷媒導通路３１が形成される。冷媒導通路３１は、冷媒吸入孔３０、内視鏡１２の後述する導光部３５の外側と隔壁２８の内側との間隙に形成される第一の冷媒導通路３２、隔壁２８の外側と筒状本体部１１の内側との間隙に形成された第二の冷媒導通路３３、導光部３５の先端部とレンズ３７の基端側とに臨む間隙に形成されて第一の冷媒導通路３２と第二の冷媒導通路３３とを連通させる連通部３４、冷媒排出孔２０、から成る。
【００３４】
冷媒導通路３１には冷媒が導通される。後述するとおり、この実施の形態１の冷媒である空気は、コンプレッサ（図示せず）によって陽圧をかけられて冷媒吸入孔３０に供給される。なお、この実施の形態１において冷媒導通路３１に導通される冷媒は空気であるが、燃焼可視化装置２Ａの内部の熱を吸収しうるものであればどのようなものを冷媒に用いてもよい。具体的には、例えば、冷媒は空気以外の気体（例えば気化した二酸化炭素や窒素等、各種希ガス等）でもよいし、液体（例えば水、油脂、液化二酸化炭素、液化窒素等）であってもよい。
【００３５】
内視鏡１２は、導光部３５と、内視鏡本体部３６とを備える。
【００３６】
導光部３５は、導光部３５は、例えば光ファイバーケーブル等、光を導通させる媒体によって細長い形状に形成された内視鏡用プローブであり、レンズ３７で集光された光を筒状本体部１１の基端側に挿通させる。図１及び図２に示す通り、導光部３５は、レンズ３７よりも基端側に位置して隔壁２８の内部に挿通された状態で配設されている。導光部３５の先端側はレンズ３７の基端側に対向して配設されている。
【００３７】
図１に示す通り、内視鏡本体部３６には、導光部３５の基端側が接続される。内視鏡本体部３６の内部には、各種光学系が設けられている。
【００３８】
図４に示す通り、内視鏡本体部３６は、デジタルカメラ１３に接続されている。デジタルカメラ１３は、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子等、導光部３５を導通された光を光電変換して送信・記録するために必要な構成を有する。
【００３９】
デジタルカメラ１３は画像表示コントローラ１４に接続されている。画像表示コントローラ１４は各種コンピュータであり、ＣＰＵを有し、デジタルカメラ１３が撮像した画像をモニタ１５に表示させる。また、画像表示コントローラ１４にはエンコーダ１６ａや圧力センサ１６ｂが接続され、これらの計測値に基づいてＰＶ線図等の画像を形成する。
【００４０】
モニタ１５はＬＣＤ等であり、各種画像を表示する。エンコーダ１６ａはクランクシャフト（図示せず）等に取り付けられ、クランクシャフト（図示せず）の回転角を計測し、計測値を画像表示コントローラ１４に供給する。圧力センサ１６ｂはプラグと一体型であり、混合気に点火すると共に燃焼室６の内部の圧力を検出する。
【００４１】
図２に示す通り、筒状本体部１１の内側において、第一の内側筒部１８の先端側の端面部２１と第二の内側筒部１９の端面２６との間にはレンズ３７が配設されている。レンズ３７は石英ガラス等の耐熱性の高い材質によって形成されており、レンズ３７の一部は開口部２２から外部に露出している。
【００４２】
外側筒部１７の端面部２１とレンズ３７の先端側との間には、「緩衝材」としての円環状の第一の緩衝材３８が設けられ、レンズ３７の基端側には「緩衝材」としての円環状の第二の緩衝材３９が設けられている。
【００４３】
第一の緩衝材３８、及び第二の緩衝材３９は、耐熱性のある材料、例えばガラス繊維を略円環状に形成して成る。第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９は、レンズ３７と筒状本体部１１とが熱膨張したときに弾性変形し、常温時と熱膨張時との体積や形状の差異を緩衝する。第一の緩衝材３８、及び第二の緩衝材３９は、耐熱性があり、押圧力が加わると弾性変形する性質を有するものならば、どのような素材で形成されていてもよい。
【００４４】
第二の緩衝材３９は、金属製の円環状のガスケット４０に隣接する状態で配設される。ガスケット４０は第二の内側筒部１９の端面２６に接触する。この実施の形態１においてガスケット４０は銅製であるが、液密性を有するものであればどのような金属又は金属以外の材料で形成されてもよい。
【００４５】
即ち、図２に示す通り、レンズ３７は、第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９、ガスケット４０を介して、第一の内側筒部１８の端面部２１の内側と第二の内側筒部１９の端面２６との間に挟持されている。
【００４６】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。
【００４７】
まず、この実施の形態１の燃焼可視化装置２Ａを組み立てる場合、図２に示す通り、第二の内側筒部１９の基端側から内視鏡１２の導光部３５を隔壁２８の内部に挿通させる。この状態で、第二の内側筒部１９と内視鏡１２とを接合させる。
【００４８】
次に、第一の内側筒部１８の内部に、第一の緩衝材３８を介してレンズ３７を配設し、更に、第二の緩衝材３９、ガスケット４０を配設したのち第二の内側筒部１９を配設する。第一の内側筒部１８の雌ねじ２５と第二の内側筒部１９の雄ねじ２７とを螺合させ、第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とを接合させる。雌ねじ２５と雄ねじ２７との螺合状態を調節することで、適切な強度で第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９との間にレンズ３７を挟持できる。
【００４９】
更に、図１に示す通り、外側筒部１７の雌ねじ２３と第一の内側筒部１８の雄ねじ２４とを螺合させ、外側筒部１７と第一の内側筒部１８とを接合させる。以上の工程で燃焼可視化装置２Ａが形成される。
【００５０】
次に、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａを製造する場合、図５の（ａ）に示す通り、ライン生産されたエンジン１のシリンダヘッド４ａに貫通孔７を貫通形成する。貫通孔７には、図１及び図５の（ｂ）に示す通り、外周部にガスケット９とＯリング１０とを配設した燃焼可視化装置２Ａを挿通させて配設する。更に、図４に示す通り、燃焼可視化装置２Ａの内視鏡１２と、デジタルカメラ１３と、画像表示コントローラ１４と、モニタ１５とをそれぞれ接続して、燃焼可視化エンジン１Ａが完成する。
【００５１】
このように、大量生産品としてライン生産されたエンジン１を用いて燃焼可視化エンジン１Ａを製造する。そのため、一品生産品のエンジンをわざわざ製造する場合に比べ、燃焼可視化エンジン１Ａの製造や改良を、簡易な工程で、しかも低コストで行うことができる。燃焼可視化装置２Ａは、防水性のある外側筒部１７にガスケット９とＯリング１０が配設された状態でシリンダ４の内部のエンジン冷却水８に接する。そのため、貫通孔７からエンジン冷却水８が外部に漏洩することや、エンジン冷却水８が燃焼可視化装置２Ａの内部に侵入することを防止できる。
【００５２】
次に、この実施の形態１の燃焼可視化エンジン１Ａで燃焼試験を行う場合、エンジン１を稼動させ、燃焼室６で混合気を燃焼させる。この状態で、内視鏡１２、画像表示コントローラ１４、モニタ１５の電源を入れると、燃焼により発生する燃焼室６内部の光がレンズ３７で集光される。レンズ３７で集光された光は導光部３５を導通して内視鏡本体部３６に送られる。デジタルカメラ１３は受光した光を光電変換して撮像し、撮像した画像を画像表示コントローラ１４に送る。画像表示コントローラ１４は画像に任意の画像処理を施して、その画像をモニタ１５に表示させる。これにより、モニタ１５には燃焼室６内の燃焼情報（混合気の爆発による光の色や発光位置等）が画像表示される。
【００５３】
更に、図４に示す通り、画像表示コントローラ１４はエンコーダ１６ａや圧力センサ１６ｂの検出結果に基づいてＰＶ線図を画像形成し、モニタ１５に表示させる。
【００５４】
ここで、コンプレッサ（図示せず）を稼動させると、図２に示す通り、圧縮空気が冷媒吸入孔３０に供給される。この圧縮空気は冷媒吸入孔３０を導通し、第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３を導通し、更に冷媒排出孔２０を導通して外部に排気される。
【００５５】
エンジン１の稼動により発生した熱はシリンダ４を介して燃焼可視化装置２Ａに伝導する。燃焼可視化装置２Ａを構成するレンズ３７や導光部３５は、材質の特質上、過熱による変形や破損が生じ易い。しかし、エンジン１の発する熱よりも低温の圧縮空気が第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３を導通する。これにより、レンズ３７や導光部３５の熱を圧縮空気に伝導させ、熱を外部に放出させることができるため、レンズ３７や導光部３５が熱によって変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【００５６】
また、圧縮空気は、図２に示す通り、第一の冷媒導通路３２、連通部３４、第二の冷媒導通路３３の順でそれぞれ導通される。そのため、圧縮空気は、まず第一の冷媒導通路３２において導光部３５の周辺を通過して導光部３５の熱を吸収し、更に、第二の冷媒導通路３３において導光部３５の周辺を通過して導光部３５の熱を吸収する。つまり、圧縮空気は、導光部３５の周囲を冷媒が往復して通過することになる。これにより、導光部３５の冷却効率を高め、導光部３５が過熱して膨張したり破損したりする事態を確実に抑止できる。
【００５７】
また、図３に示す通り、第一の冷媒導通路３２を形成する隔壁２８は、筒状本体部１１の軸方向から見て、内周部２９が連続した波形に形成されている。そのため、隔壁２８が肉厚の部分において隔壁の強度を確保しつつ、隔壁が薄肉の部分に間隙を形成して圧縮空気を確実に導通させ、導光部を確実に冷却することができる。
【００５８】
なお、燃焼可視化装置２Ａの第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とは金属製であり、石英ガラスで形成されたレンズ３７とは熱膨張率が異なる。そのため、仮に、レンズ３７が第一の内側筒部１８の端面部２１と第二の内側筒部１９の端面２６との間に隙間なく挟持されていたとすると、エンジン１で発生した熱が燃焼可視化装置２Ａに伝導したときに、上述の熱膨張率の違いにより配設状態が不安定になったり、レンズ３７の変形や破損が生じ易くなったりする。
【００５９】
しかし、この実施の形態１では、図２に示す通り、第一の内側筒部１８の端面部２１とレンズ３７の先端側との間には第一の緩衝材３８が設けられ、レンズ３７の基端側と第二の内側筒部１９の端面２６との間には第二の緩衝材３９が設けられている。第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９はガラス繊維性であり、圧縮により弾性変形するため、上述のような、第一の内側筒部１８、第二の内側筒部１９とレンズ３７とが異なる熱膨張率で膨張した場合の体積変化の違いを吸収したり、第一の内側筒部１８と第二の内側筒部１９とが膨張してレンズ３７が変形したり破損するような事態を防止できる。
【００６０】
なお、この実施の形態１においては、図１に示す通り、貫通孔７において、燃焼可視化装置２Ａの周囲がエンジン冷却水８に接しているので、圧縮空気に加え、エンジン冷却水８によっても燃焼可視化装置２Ａが冷却され、燃焼可視化装置２Ａの過熱が抑止される。
【００６１】
以上示したように、この実施の形態１においては、燃焼可視化装置２Ａは、金属材料で形成されたエンジン１のシリンダ４に貫通孔７を形成するだけで当該エンジン１の燃焼状態を確認できる。従って、燃焼可視化エンジン１Ａの製造や改良を、製造ラインにより製造される製品に基づいて製造できる。
【００６２】
この実施の形態１においては、金属材料で形成され耐熱性や耐圧性が高いエンジン１に燃焼可視化装置２Ａを取り付けることで当該エンジン１の燃焼状態を確認できるので、実際に自動車等を走行させる際に発生する高負荷状態や高回転状態でエンジンのシミュレーションを行うことができ、かつ、通常の自動車のエンジンと同様の熱伝導状態をシミュレーションできる。
【００６３】
この実施の形態１においては、燃焼可視化装置２Ａの内部には導光部３５の周囲に第一の冷媒導通路３２、第二の冷媒導通路３３を設け、第一の冷媒導通路３２、第二の冷媒導通路３３を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて導光部３５を冷却させることにより、エンジンが高負荷状態や高回転状態となってエンジン内部が高温になっても、流動する冷媒によって燃焼可視化装置２Ａの内部を冷却することで、導光部３５が過熱して変形したり破損したりする事態を抑止できる。
【００６４】
以上により、この実施の形態１においては、低コストかつ短時間で製造や改良ができて、全運転域にわたってシリンダ内部を視認できる燃焼可視化エンジン１Ａを形成できる。
【００６５】
なお、この実施の形態１においては、燃焼可視化エンジン１Ａにおいて、一のシリンダヘッド４ａに一の燃焼可視化装置２Ａを設けたが、一のシリンダヘッド４ａに複数の燃焼可視化装置２Ａを設ける構成としてもよい。例えば、この実施の形態と同様に、貫通孔７から燃焼可視化装置２Ａを挿通させて燃焼室６に臨ませたものの他に、シリンダヘッド４ａの上方にあるバルブガイド部などから同様の燃焼可視化装置２Ａを挿通させて燃焼室６に臨ませることが考えられる。このような構成とすることで、貫通孔７から挿通させた燃焼可視化装置２Ａで燃焼室６を水平方向に視認し、バルブガイド部などから挿通させた燃焼可視化装置２Ａで燃焼室６を斜め上方から視認し、燃焼室６内の燃焼状態を多面的に視認することが可能になる。
【００６６】
［発明の実施の形態２］
図６及び図７に、この発明の実施の形態２を示す。
【００６７】
図６に示す、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１の外側筒部１７に相当する構成を除外した状態を示している。即ち、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、外側筒部（図示省略）、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２、締結部材４３、カラー４４を有する。これら外側筒部（図示せず）、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２、締結部材４３、カラー４４は、この実施の形態２における筒状本体部を形成する。また、この燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１のエンジン（図１参照）に接続されて燃焼可視化エンジンを形成する。
【００６８】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂは、実施の形態１のレンズ３７に替えてレンズ４５が設けられている。このレンズ４５は、先端側全体が略端面を形成している。
【００６９】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂの第二の内側筒部４２は、基端部側の内周に拡径部４６が形成されている。拡径部４６の内周面には雌ねじ４７が刻設されている。
【００７０】
締結部材４３は、鉄、アルミニウム等の金属、及びそれらを用いた合金など、耐熱性と耐水性の高い材料によって略円筒形に形成されている。締結部材４３の先端側は、外径が拡径部４６の内径と略等しい大きさに形成されている。締結部材４３の先端側の外周面には、雄ねじ４８が刻設されている。締結部材４３の基端側は先端側より拡径した把持部４９が形成されている。
【００７１】
カラー４４は、弾性と機密性のある部材、例えば各種樹脂によって形成されている。カラー４４は環形に形成され、外周面は拡径部４６の内周面に対応する形状、即ち先端側から基端側に拡径する形状に形成されている。
【００７２】
この実施の形態２において、内視鏡１２の導光部３５と隔壁２８とは実施の形態１よりも軸方向大きさが大きく形成されている。図６に示す通り、隔壁２８は締結部材４３の基端部と冷媒吸入孔３０近傍との間が外部に露出している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００７３】
次に、実施の形態２の作用について説明する。
【００７４】
この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂを組み立てる際、使用者は、第一の内側筒部４１、第二の内側筒部４２を組み合わせた後、第二の内側筒部４２の拡径部４６にカラー４４を挿入する。この状態で、使用者は拡径部４６に締結部材４３を嵌合させ、締結部材４３の把持部４９を把持して締結部材４３を周方向に回転させて雌ねじ４７と雄ねじ４８とを螺合させる。そして、カラー４４は締結部材４３によって押圧されて弾性変形し、拡径部４６の内周面と締結部材４３の先端部と隔壁２８とに密着する。
【００７５】
弾性変形したカラー４４は、拡径部４６の内側において、隔壁２８と第二の内側筒部４２との間隙を密封する。これにより、第二の冷媒導通路３３を通過した冷媒が冷媒排出孔２０よりも基端側に漏えいすることを防止できる。
【００７６】
また、弾性変形したカラー４４は隔壁２８を内周側に押圧するので、隔壁２８が第一の内側筒部４１や第二の内側筒部４２に対して強固に固定される。これにより、燃焼可視化装置２Ｂをエンジン（図示せず）に接続して燃焼試験を行う際、エンジン（図示せず）の振動等により隔壁２８や導光部３５ががたついてエンジン（図示せず）内部の視認に支障をきたすような事態を抑止できる。更に、この実施の形態２の燃焼可視化装置２Ｂ及び燃焼可視化エンジンは、上述した、この発明の実施の形態１に係る燃焼可視化装置２Ａ及び燃焼可視化エンジン１と同様の作用効果をも奏する。
【００７７】
なお、上記実施の形態１の筒状本体部１１、及び、上記実施の形態２の筒状本体部は外側筒部１７（実施の形態２で図示せず）を有する構成としたが、これに替えて、筒状本体部が外側筒部を有しない構成としてもよい。また、上記実施の形態１の筒状本体部１１、及び、上記実施の形態２の筒状本体部は第一の内側筒部１７，４１、及び第二の内側筒部１８，４２を有する構成としたが、これに替えて、一体形成された内側筒部を有する構成としてもよい。
【００７８】
上記実施の形態１及び上記実施の形態２において、レンズ３７，４５の先端側と基端側にそれぞれ第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９を設ける構成としたが、第一の緩衝材３８、第二の緩衝材３９の何れか一方を除外する構成としてもよい。
【００７９】
上記実施の形態２において、レンズ４５に替えて実施の形態１のレンズ３７を用いてもよい。また、実施の形態１において、レンズ３７に替えて実施の形態２のレンズ４５を用いてもよい。
【００８０】
上記実施の形態１において、上記実施の形態２を構成する軸方向大きさの大きな隔壁２８や導光部３５を用いてもよい。また、上記実施の形態２において、上記実施の形態１を構成する軸方向大きさの小さな隔壁２８や導光部３５を用いてもよい。
【００８１】
上記各実施の形態は本発明の例示であり、本発明が上記各実施の形態に限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１Ａ・・燃焼可視化エンジン
２Ａ，２Ｂ・・・燃焼可視化装置（エンジンの燃焼可視化装置）
４ａ・・・シリンダヘッド
６・・・燃焼室
７・・・貫通孔
１２・・・筒状本体部
２８・・・隔壁
２９・・・内周部
３１・・・冷媒導通路
３２・・・第一の冷媒導通路
３３・・・第二の冷媒導通路
３４・・・連通部
３５・・・導光部
３７，４５・・・レンズ
３８・・・第一の緩衝材（緩衝材）
３９・・・第二の緩衝材（緩衝材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関としてのエンジンの燃焼状態を視認するためのエンジンの燃焼可視化装置であって、
前記エンジンのシリンダヘッドに貫通形成されて燃焼室に臨む貫通孔に挿通される筒状本体部を備え、
該筒状本体部の先端には前記燃焼室に臨むレンズが設けられ、
前記筒状本体部の内部であって前記レンズよりも基端側には前記レンズで集光された光を導通させる導光部が設けられ、
前記筒状本体部の内部には前記導光部の周囲に冷媒導通路を設け、該冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて前記導光部を冷却させることを特徴とするエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項２】
前記導光部の外周側に略円筒形の隔壁が形成され、
前記冷媒導通路は、前記導光部と前記隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路と、前記隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路と、前記第一の冷媒導通路と前記第二の冷媒導通路とを連通させる連通部とを有し、前記冷媒は、前記第一の冷媒導通路、前記連通部、前記第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項３】
前記第一の冷媒導通路は、前記筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項４】
前記筒状本体部と前記レンズとの間には、弾性変形により前記レンズと前記筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する略円環状の緩衝材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項１】
内燃機関としてのエンジンの燃焼状態を視認するためのエンジンの燃焼可視化装置であって、
前記エンジンのシリンダヘッドに貫通形成されて燃焼室に臨む貫通孔に挿通される筒状本体部を備え、
該筒状本体部の先端には前記燃焼室に臨むレンズが設けられ、
前記筒状本体部の内部であって前記レンズよりも基端側には前記レンズで集光された光を導通させる導光部が設けられ、
前記筒状本体部の内部には前記導光部の周囲に冷媒導通路を設け、該冷媒導通路に任意の圧力を加えた気体乃至液体の冷媒を導通させて前記導光部を冷却させることを特徴とするエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項２】
前記導光部の外周側に略円筒形の隔壁が形成され、
前記冷媒導通路は、前記導光部と前記隔壁との間に形成された第一の冷媒導通路と、前記隔壁と前記筒状本体部との間に形成された第二の冷媒導通路と、前記第一の冷媒導通路と前記第二の冷媒導通路とを連通させる連通部とを有し、前記冷媒は、前記第一の冷媒導通路、前記連通部、前記第二の冷媒導通路にそれぞれ導通されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項３】
前記第一の冷媒導通路は、前記筒状本体部の軸方向から見て、内周部が連続した波形に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【請求項４】
前記筒状本体部と前記レンズとの間には、弾性変形により前記レンズと前記筒状本体部との熱膨張の差異を緩衝する略円環状の緩衝材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のエンジンの燃焼可視化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９６８１７（Ｐ２０１３−９６８１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９３４４（Ｐ２０１１−２３９３４４）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５０５３３２８３１）株式会社 小山ガレージ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５０５３３２８３１）株式会社 小山ガレージ (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]