JP2013061237A - Photographing device and photographing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure the strength of a glass without increasing the weight of the glass.SOLUTION: A photographing device 1 photographs the condition of an inside of a combustion chamber 25 in a visualization engine 2 that includes at least a piston 26, a cylinder 27 housing the piston 26, and the combustion chamber 25 provided in the cylinder 27. The photographing device 1 comprises: a visualization part 29 having window parts 29a, 29b, 29c on an exterior wall facing the combustion chamber 25 of the piston 26; filters F1, F2, F3 that are respectively mounted on the window parts 29a, 29b, 29c and respectively have different transmission wavelengths; a photographing part 3 for photographing the inside of the combustion chamber 25 by seeing through each of the window parts 29a, 29b, 29c via the filters F1, F2, F3; and an image analysis part 4 for analyzing the composition of gas components inside the combustion chamber 25 simultaneously for a plurality of the components, from images obtained by performing photographing through each of the window parts 29a, 29b, 29c via the filters F1, F2, F3.

Description

本発明は、撮影装置および撮影方法に関する。 The present invention relates to a photographing apparatus and a photographing method.

特許文献１のように、内燃機関の研究開発に際し、内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼状態を撮影することが行われている。特許文献１の燃焼室内観察装置は、燃焼室と対向するピストンの外壁を石英などのガラスで構成し、このガラスを透視して燃焼室内の様子を観察している。   As in Patent Document 1, during the research and development of an internal combustion engine, photographing of the combustion state of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine is performed. In the combustion chamber observation device of Patent Document 1, the outer wall of a piston facing the combustion chamber is made of glass such as quartz, and the state inside the combustion chamber is observed through this glass.

特開平１０−１４２１０６号公報JP-A-10-142106

特許文献１のように、燃焼室と対向するピストンの外壁をガラスで構成する場合、燃料が燃焼（爆発）する際の燃焼室内の高い圧力を１枚のガラスで支えるため、ガラスの強度は相応に高いものとする必要がある。このとき、観察をし易くするために、ガラスの直径については、可能な限り大きくすることが好ましく、ガラスの厚みを増すことによって、強度を確保することになる。   When the outer wall of the piston facing the combustion chamber is made of glass as in Patent Document 1, the high pressure in the combustion chamber when the fuel burns (explodes) is supported by one glass, so the strength of the glass is appropriate. Need to be expensive. At this time, in order to facilitate observation, the diameter of the glass is preferably as large as possible, and the strength is ensured by increasing the thickness of the glass.

すなわち、直径がＡφであるガラスと直径がＢ（＜Ａ）φであるガラスとを比べると、直径がＡφであるガラスは、対向する外周部分間の距離が長くなる。たとえば、ガラス面の中央部付近に同じ圧力を加えた場合、直径Ａφのガラスの方が直径Ｂφのガラスよりも圧力を支える際の力のモーメントが大きくなり、撓み量が大きくなる。ここで、双方のガラスの撓み量を同じにしようとすれば、直径がＡφであるガラスの厚みを、直径がＢφであるガラスの厚みよりも増やす必要がある。このように、ガラスの直径が大きければ大きいほど、力のモーメントが大きくなるので、強度を増すためには、厚みを増す必要が生じる。 That is, when a glass with a diameter of Aφ is compared with a glass with a diameter of B (<A) φ, the glass with a diameter of Aφ has a longer distance between opposing outer peripheral portions. For example, when the same pressure is applied to the vicinity of the center of the glass surface, the glass having the diameter Aφ has a larger moment of force for supporting the pressure than the glass having the diameter Bφ, and the amount of bending is increased. Here, if it is going to make the bending amount of both glass the same, it is necessary to increase the thickness of the glass whose diameter is Aphi rather than the thickness of the glass whose diameter is Bphi. Thus, the larger the diameter of the glass, the greater the moment of force. Therefore, in order to increase the strength, it is necessary to increase the thickness.

しかしながら、ガラスの厚みを増すことによって、ガラスの重量も増すことになる。たとえば石英ガラスは、比重が２以上（たとえば２．１９）もあり、ガラスの厚みが増えることによる重量増加は大きい。   However, increasing the thickness of the glass also increases the weight of the glass. For example, quartz glass has a specific gravity of 2 or more (for example, 2.19), and the weight increase due to the increase in the glass thickness is large.

一方、内燃機関の研究開発のためには、実際に使用する状態に可能な限り近い状態で、内燃機関を動作させることが重要である。これに対し、ガラスの重量によって、実際の内燃機関が有するピストンよりも重量が大きくなる場合があり、好ましくない。 On the other hand, for research and development of an internal combustion engine, it is important to operate the internal combustion engine in a state as close as possible to a state where it is actually used. On the other hand, the weight of the glass may be larger than the piston of an actual internal combustion engine, which is not preferable.

また、燃焼室内で燃料が燃焼することで生じる火炎が発する光の波長を調べることによって、燃焼室内で生じる排気ガスの成分の組成を調べることができる。一般的には、特定の波長の光を透過するフィルタを用いることが考えられる。しかしながら、高速に往復運動するピストンのガラス部分にフィルタを装着することは難しい。これに対し、上述のガラス自体をフィルタにすることが考えられるが、この場合、異なるフィルタを有する複数のピストンを用意し、ピストンを順次交換しながら観察を行う必要がある。これでは、多くの手間を要する上に、コスト的にも問題がある。   Further, the composition of exhaust gas components generated in the combustion chamber can be examined by examining the wavelength of light emitted by the flame generated by the combustion of fuel in the combustion chamber. In general, it is conceivable to use a filter that transmits light of a specific wavelength. However, it is difficult to mount the filter on the glass portion of the piston that reciprocates at high speed. On the other hand, it is conceivable to use the glass itself as a filter. In this case, it is necessary to prepare a plurality of pistons having different filters and perform observation while sequentially replacing the pistons. This requires a lot of labor and has a problem in terms of cost.

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、ガラスの重量を増すことなく、ガラスの強度を確保することができると共に、複数のフィルタを同時に使用可能である撮影装置および撮影方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such a background, and is capable of ensuring the strength of the glass without increasing the weight of the glass and capable of using a plurality of filters at the same time. An object is to provide a photographing method.

本発明のひとつの観点は、撮影装置としての観点である。本発明の撮影装置は、ピストンと、ピストンを収容するシリンダと、シリンダ内に設けられる燃焼室と、を少なくとも有する内燃機関における燃料室内の状態を撮影する撮影装置において、ピストンの燃焼室に対向する外壁に複数の窓部を有する可視化部と、複数の窓部のそれぞれに装着され、それぞれの透過波長が異なる複数のフィルタと、フィルタを介し窓部のそれぞれを透視して燃焼室内を撮影する撮影部と、フィルタを介し窓部のそれぞれにより撮影されて得た画像から燃焼室内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析する画像解析部と、を有するものである。   One aspect of the present invention is a viewpoint as a photographing apparatus. An imaging device of the present invention is an imaging device that images a state of a fuel chamber in an internal combustion engine having at least a piston, a cylinder that accommodates the piston, and a combustion chamber provided in the cylinder, and faces the combustion chamber of the piston. Imaging that has a plurality of window portions on the outer wall, a plurality of filters that are attached to each of the plurality of window portions, each having a different transmission wavelength, and photographs the inside of the combustion chamber through each of the window portions through the filters And an image analysis unit that simultaneously analyzes the composition of the gas component in the combustion chamber over a plurality of components from images obtained by the windows through the filter.

本発明の他の観点は、撮影方法としての観点である。本発明の撮影方法は、ピストンと、ピストンを収容するシリンダと、シリンダ内に設けられる燃焼室と、を少なくとも有する内燃機関における燃料室内の状態を撮影する撮影方法において、ピストンの燃焼室に対向する外壁に設けられた複数の窓部のそれぞれに装着され、それぞれの透過波長が異なる複数のフィルタを透視して燃焼室内を撮影する撮影ステップと、フィルタを介し窓部のそれぞれにより撮影されて得た画像から燃焼室内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析する画像解析ステップと、を有するものである。 Another aspect of the present invention is a viewpoint as a photographing method. An imaging method of the present invention is an imaging method for imaging a state in a fuel chamber in an internal combustion engine having at least a piston, a cylinder that houses the piston, and a combustion chamber provided in the cylinder, and faces the combustion chamber of the piston. Obtained by photographing each of the window portions through the filters, and a photographing step of photographing each of the plurality of windows provided on the outer wall and seeing through the plurality of filters having different transmission wavelengths. And an image analysis step of analyzing the composition of the gas component in the combustion chamber simultaneously from a plurality of components from the image.

本発明によれば、ガラスの重量を増すことなく、ガラスの強度を確保することができると共に、複数のフィルタを同時に使用可能である。   According to the present invention, the strength of the glass can be secured without increasing the weight of the glass, and a plurality of filters can be used simultaneously.

本発明の実施の形態に係る撮影装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a photographing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図１の反射鏡の支持方法を示す図である。It is a figure which shows the support method of the reflective mirror of FIG. 図１の撮影装置の可視化部の構成図である。It is a block diagram of the visualization part of the imaging device of FIG. 燃焼室を下方から見た状態を示す図であり、燃料噴射が無い状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the combustion chamber from the downward direction, and is a figure which shows the state without fuel injection. 燃焼室を下方から見た状態を示す図であり、燃料噴射が行われた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the combustion chamber from the downward direction, and is a figure which shows the state in which fuel injection was performed. 燃焼室を下方から見た状態を示す図であり、燃焼（爆発）が起こり火炎が発生した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the combustion chamber from the lower part, and is a figure which shows the state which combustion (explosion) occurred and the flame generate | occur | produced. 図６の状態を図３の窓部の位置に対応させた図である。It is the figure which made the state of FIG. 6 correspond to the position of the window part of FIG. 図６の状態を図３の窓部から見た状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the state of FIG. 6 from the window part of FIG.

〔はじめに〕
以下の本発明の実施の形態の説明において、図１〜図３に示す矢示Ｘ１方向を「前」、矢示Ｘ２方向を「後（後ろ）」、矢示Ｘ１方向および矢示Ｘ２方向の両方向に対し直交する方向となる矢示Ｚ１方向を「上」、矢示Ｚ２方向を「下」、矢示Ｚ１、Ｚ２、Ｘ１、Ｘ２の方向からなる平面に対して垂直であり紙面の手前の方向となる矢示Ｙ１方向を「右」、矢示Ｚ１、Ｚ２、Ｘ１、Ｘ２の方向からなる平面に対して垂直であり紙面の奥行き方向となる矢示Ｙ２方向を「左」とそれぞれ規定する。 [Introduction]
In the following description of embodiments of the present invention, the arrow X1 direction shown in FIGS. 1 to 3 is “front”, the arrow X2 direction is “rear (back)”, the arrow X1 direction, and the arrow X2 direction. The direction indicated by the arrow Z1 that is orthogonal to both directions is “up”, the direction indicated by the arrow Z2 is “down”, and is perpendicular to the plane consisting of the directions indicated by the arrows Z1, Z2, X1, and X2, and before the page. The arrow Y1 direction that is the direction is defined as “right”, and the arrow Y2 direction that is perpendicular to the plane composed of the directions of arrows Z1, Z2, X1, and X2 and that is the depth direction of the page is defined as “left”. .

（概要）
本発明の実施の形態の撮影装置１は、図１に示すように、燃焼室２５の内部で発生する現象を、可視化部２９を介して撮影部３によって撮影して観察するものである。ここで可視化部２９は、図３に示すように、３つの窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃによって構成されることを特徴とする。このように窓部を複数設け、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃとして直径の小さいガラスを用いることにより、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの厚みを厚くしなくても高圧に耐え得る可視化部２９が構成できる。これにより、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの重さを軽量化でき、ピストン２６の重量を実際のエンジンにおけるものと同等にすることを容易にできる。また、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃのガラスを、それぞれ透過する波長が異なるフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすることで、画像解析部４は、それぞれのフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を透過した波長の光を含む画像を解析することができる。これにより、撮影装置１は、燃焼室２５内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析することができる。 (Overview)
As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is to observe and observe a phenomenon occurring inside the combustion chamber 25 by the imaging unit 3 through the visualization unit 29. Here, the visualization unit 29 is configured by three window portions 29a, 29b, and 29c as shown in FIG. Thus, by providing a plurality of windows and using glass having a small diameter as the windows 29a, 29b, 29c, a visualization unit 29 that can withstand high pressure without increasing the thickness of the windows 29a, 29b, 29c is configured. it can. Thereby, the weights of the window portions 29a, 29b, and 29c can be reduced, and the weight of the piston 26 can be easily made equal to that in an actual engine. Further, the glass of the windows 29a, 29b, and 29c is made into filters F1, F2, and F3 having different wavelengths to be transmitted, so that the image analysis unit 4 can transmit light having wavelengths transmitted through the filters F1, F2, and F3. Can be analyzed. Thereby, the imaging device 1 can simultaneously analyze the composition of the gas component in the combustion chamber 25 over a plurality of components.

（構成）
撮影装置１の構成を図１を参照しながら説明する。図１は、撮影装置１の全体構成を示す図である。図１に示すように、撮影装置１は、可視化エンジン２、カメラ部３、および画像解析部４（演算部４０および表示部４１）から主に構成される。なお、図１の可視化エンジン２の側断面図は、シリンダ２７の中心軸線である一点鎖線Ｍを含み、矢示Ｘ１、Ｘ２、Ｚ１、Ｚ２の方向からなる平面で可視化エンジン２を切断した状態を示している。 (Constitution)
The configuration of the photographing apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of the photographing apparatus 1. As shown in FIG. 1, the imaging device 1 is mainly configured by a visualization engine 2, a camera unit 3, and an image analysis unit 4 (a calculation unit 40 and a display unit 41). The side cross-sectional view of the visualization engine 2 in FIG. 1 includes a state in which the visualization engine 2 is cut along a plane including directions indicated by arrows X1, X2, Z1, and Z2, including the one-dot chain line M that is the central axis of the cylinder 27. Show.

可視化エンジン２は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであって、後述するように内部の燃焼状態を撮影できる構成を有している。可視化エンジン２は、インジェクタ２０、吸気マニホルド２１、吸気弁２２、排気マニホルド２３、排気弁２４、燃焼室２５、ピストン２６、シリンダ２７、コンロッド２８、および可視化部２９から構成される。インジェクタ２０、吸気マニホルド２１、吸気弁２２、排気マニホルド２３、および排気弁２４は、シリンダヘッドＨを構成する。シリンダヘッドＨは、シリンダ２７にボルト（不図示）などによって組み付けられている。   The visualization engine 2 is a diesel engine using light oil as fuel, and has a configuration capable of photographing an internal combustion state as will be described later. The visualization engine 2 includes an injector 20, an intake manifold 21, an intake valve 22, an exhaust manifold 23, an exhaust valve 24, a combustion chamber 25, a piston 26, a cylinder 27, a connecting rod 28, and a visualization unit 29. The injector 20, the intake manifold 21, the intake valve 22, the exhaust manifold 23, and the exhaust valve 24 constitute a cylinder head H. The cylinder head H is assembled to the cylinder 27 with bolts (not shown) or the like.

インジェクタ２０は、燃焼室２５内に高圧で燃料を噴射するものである。図１では、図示を省略してあるがインジェクタ２０の上方（Ｚ１方向）には、インジェクタ２０に燃料を供給するための配管がなされている。さらに、その配管の先には、不図示の燃料噴射システムが配置される。   The injector 20 injects fuel into the combustion chamber 25 at a high pressure. In FIG. 1, although not shown, a pipe for supplying fuel to the injector 20 is provided above the injector 20 (in the Z1 direction). Further, a fuel injection system (not shown) is disposed at the end of the pipe.

吸気マニホルド２１は、吸入、圧縮、膨張（爆発）、排気の各工程を有する４サイクルエンジンである可視化エンジン２の吸入行程において、燃焼室内に空気を供給するための孔道である。   The intake manifold 21 is a hole for supplying air into the combustion chamber in the intake stroke of the visualization engine 2 that is a four-cycle engine having the steps of intake, compression, expansion (explosion), and exhaust.

吸気弁２２は、可視化エンジン２の吸入行程において開放される弁であり、吸気マニホルド２１を介して燃焼室内に空気を供給するための弁である。   The intake valve 22 is a valve that is opened during the intake stroke of the visualization engine 2, and is a valve for supplying air into the combustion chamber via the intake manifold 21.

排気マニホルド２３は、可視化エンジン２の排気行程において、燃焼室内の排気ガスを排気するための孔道である。 The exhaust manifold 23 is a hole for exhausting exhaust gas in the combustion chamber in the exhaust stroke of the visualization engine 2.

排気弁２４は、可視化エンジン２の排気行程において開放される弁であり、吸気マニホルド２１を介して燃焼室内の排気ガスを排気するための弁である。   The exhaust valve 24 is a valve that is opened during the exhaust stroke of the visualization engine 2, and is a valve for exhausting the exhaust gas in the combustion chamber via the intake manifold 21.

燃焼室２５は、可視化エンジン２の圧縮工程において、ピストン２６によって高圧高温に圧縮された空気に燃料が噴射されて混合し、燃焼（爆発）する空間である。燃焼室２５内の上方（Ｚ１方向）の面には、インジェクタ２０、吸気弁２２、排気弁２４が配置されている。   The combustion chamber 25 is a space in which fuel is injected into the air compressed to high pressure and high temperature by the piston 26 and mixed to burn (explode) in the compression process of the visualization engine 2. An injector 20, an intake valve 22, and an exhaust valve 24 are disposed on the upper surface (Z1 direction) in the combustion chamber 25.

ピストン２６は、吸気工程でシリンダ１７内を下方に移動し、圧縮工程でシリンダ１７内の上方に移動し、さらに、膨張行程でシリンダ１７内を下方に移動し、排気工程でシリンダ１７内の上方に移動して往復運動する。また、ピストン２６は、上方（Ｚ１方向）に可視化部２９を有し、下方（Ｚ２方向）にコンロッド２８を有する。コンロッド２８は、不図示のクランクシャフトに連結されている。さらに、ピストン２６は、一方（図１ではＸ１方向）の側壁の一部に切欠部２６ａが設けられ、内部に解析部３の反射鏡３０が設置されている。   The piston 26 moves downward in the cylinder 17 in the intake process, moves upward in the cylinder 17 in the compression process, further moves down in the cylinder 17 in the expansion stroke, and moves upward in the cylinder 17 in the exhaust process. Move to and reciprocate. Moreover, the piston 26 has the visualization part 29 above (Z1 direction), and has the connecting rod 28 below (Z2 direction). The connecting rod 28 is connected to a crankshaft (not shown). Further, the piston 26 is provided with a notch 26a in a part of one side wall (in the X1 direction in FIG. 1), and the reflecting mirror 30 of the analysis unit 3 is installed therein.

シリンダ２７は、その内部をピストン２６が往復運動し、上方（Ｚ１方向）には、シリンダヘッドＨを有する。また、シリンダ２７は、ピストン２６と同様に、一方（図１ではＸ１方向）の側壁の一部に切欠部２７ａが設けられている。   The cylinder 27 reciprocates inside the cylinder 27 and has a cylinder head H above (Z1 direction). Further, similarly to the piston 26, the cylinder 27 is provided with a notch 27a on a part of one side wall (X1 direction in FIG. 1).

可視化部２９は、ピストン２６の上部（Ｚ１方向）に備えられ、燃焼室２５の内部の様子を、ピストン２６の下部（Ｚ２方向）から観察するためのものである。詳細は、図４を参照して後述する。   The visualization unit 29 is provided in the upper part (Z1 direction) of the piston 26, and is for observing the inside of the combustion chamber 25 from the lower part of the piston 26 (Z2 direction). Details will be described later with reference to FIG.

撮影部３は、可視化エンジン２の燃焼室２５内の燃焼状態の様子を撮影することができる。撮影部３は、反射鏡３０、集光レンズ３１、およびカメラ部３２から構成される。   The photographing unit 3 can photograph the state of the combustion state in the combustion chamber 25 of the visualization engine 2. The imaging unit 3 includes a reflecting mirror 30, a condenser lens 31, and a camera unit 32.

反射鏡３０は、ピストン２６の内側に設けられている。ここで反射鏡３０の支持方法を図２を参照しながら説明する。図２は、反射鏡３０の支持方法を示す図である。図２は、図１の可視化エンジン２の側断面図と同じものを示している。反射鏡３０の支持方法は、たとえば図２に示すように、ピストン２６の左方向（Ｙ２方向）の壁面に開けられた縦長の溝部５０を貫通する支持棒５１の一端によって支持されている。支持棒５１の他端は、溝部５０の裏面（Ｙ２方向）にあるシリンダ２７に内壁に取り付けられていてもよいし、シリンダ２７の壁面を貫通して外部の支持部材に取付けられていてもよい。溝部５０の縦方向（Ｚ１、Ｚ２方向）の長さは、ピストン２６の往復運動のストロークよりも長く、反射鏡３０の支持棒５１は、ピストン２６の往復運動を妨げることなく、その位置が固定されるように設置されている。この支持棒５１によって、反射鏡３０もピストン２６の往復運動を妨げることなく、その位置が固定されるように設置される。   The reflecting mirror 30 is provided inside the piston 26. Here, a method of supporting the reflecting mirror 30 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a method for supporting the reflecting mirror 30. FIG. 2 shows the same side sectional view of the visualization engine 2 of FIG. For example, as shown in FIG. 2, the reflecting mirror 30 is supported by one end of a support rod 51 that passes through a vertically long groove portion 50 formed in a wall surface in the left direction (Y2 direction) of the piston 26. The other end of the support bar 51 may be attached to the inner wall of the cylinder 27 on the back surface (Y2 direction) of the groove portion 50, or may be attached to an external support member through the wall surface of the cylinder 27. . The length of the groove 50 in the vertical direction (Z1, Z2 direction) is longer than the stroke of the reciprocating motion of the piston 26, and the support rod 51 of the reflecting mirror 30 is fixed in position without hindering the reciprocating motion of the piston 26. It is installed to be. By this support bar 51, the reflecting mirror 30 is also installed so that its position is fixed without hindering the reciprocating motion of the piston 26.

図１に戻り、集光レンズ３１は、反射鏡３０に写る画像をカメラ部３２に入射させるために光線を屈折させるものである。なお、カメラ部３２が集光レンズ３１に相当するレンズを有する場合は、集光レンズ３１は省略してよい。   Returning to FIG. 1, the condenser lens 31 refracts light rays so that an image reflected on the reflecting mirror 30 enters the camera unit 32. If the camera unit 32 has a lens corresponding to the condensing lens 31, the condensing lens 31 may be omitted.

カメラ部３２は、高速度で静止画または動画の撮影が可能なカメラ装置である。カメラ部３２は、いわゆるデジタルカメラであり、不図示の受光素子が受光した画像の色および強度に基づいて画像の色情報および強度情報を表すデジタル信号を生成して出力するものである。   The camera unit 32 is a camera device that can capture a still image or a moving image at a high speed. The camera unit 32 is a so-called digital camera, and generates and outputs a digital signal representing color information and intensity information of an image based on the color and intensity of an image received by a light receiving element (not shown).

画像解析部４は、演算部４０および表示部４１から構成される。演算部４０は、カメラ部３２から出力されるデジタル信号である画像情報を入力して後述する画像解析処理を実行する。表示部４１は、液晶表示パネル、有機ＥＬ(エレクトロ ルミネッセンス)表示パネルなどであり、演算部４０による画像解析結果を表示画面上に表示させることができる。   The image analysis unit 4 includes a calculation unit 40 and a display unit 41. The calculation unit 40 inputs image information that is a digital signal output from the camera unit 32 and executes image analysis processing described later. The display unit 41 is a liquid crystal display panel, an organic EL (electroluminescence) display panel, or the like, and can display an image analysis result by the calculation unit 40 on a display screen.

（可視化部２９の構造）
次に、可視化部２９の構造について、図３を参照しながら説明する。図３に示す可視化部２９は、図１に示す可視化エンジン２のシリンダヘッドＨを取り外し、ピストン２６に取り付けられている可視化部２９を上方（Ｚ１方向）から見ている状態である。図３に示すように、可視化部２９は、複数の窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有する。さらに窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃには、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３が嵌め込まれている。フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、たとえば石英ガラスによって形成される。また、可視化部２９において、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３以外の支持部材２９ｄは、ピストン２６を形成するアルミ合金などと同じ材質でよい。また、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃへのフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の取付け方法は、たとえば支持部材２９ｄを上下方向（Ｚ１、Ｚ２方向）に分割できる２つの部材により構成し、この２つの部材によりフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の部材の一部を挟み込むなどの方法が考えられる。なお、支持部材２９ｄを構成する２つの部材同士は、溶接またはネジ留めなどで結合すればよい。 (Structure of the visualization unit 29)
Next, the structure of the visualization unit 29 will be described with reference to FIG. The visualization unit 29 shown in FIG. 3 is in a state where the cylinder head H of the visualization engine 2 shown in FIG. 1 is removed and the visualization unit 29 attached to the piston 26 is viewed from above (Z1 direction). As shown in FIG. 3, the visualization unit 29 has a plurality of windows 29a, 29b, and 29c. Furthermore, filters F1, F2, and F3 are fitted into the windows 29a, 29b, and 29c. The filters F1, F2, and F3 are made of, for example, quartz glass. In the visualization unit 29, the support member 29d other than the filters F1, F2, and F3 may be the same material as the aluminum alloy that forms the piston 26. The method of attaching the filters F1, F2, and F3 to the windows 29a, 29b, and 29c includes, for example, two members that can divide the support member 29d in the vertical direction (Z1 and Z2 directions). A method of sandwiching a part of the members of the filters F1, F2, and F3 is conceivable. In addition, what is necessary is just to couple | bond two members which comprise the supporting member 29d by welding or screwing.

図３において、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の周囲の破線の円は、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の部材の一部が支持部材２９ｄによって挟み込まれている部分を示す。また、ピストン２６への支持部材２９ｄの取付け方法も、たとえばピストン２６の上部を上下方向（Ｚ１、Ｚ２方向）に分割できる２つの部材により構成し、この２つの部材により支持部材２９ｄの一部を挟み込むなどの方法が考えられる。なお、ピストン２６を構成する２つの部材同士は、溶接などで接合すればよい。図３において、支持部材２９ｄの周囲の破線の円は、支持部材２９ｄの一部がピストン２６によって挟み込まれている部分を示す。 In FIG. 3, broken circles around the filters F1, F2, and F3 indicate portions where members of the filters F1, F2, and F3 are sandwiched by the support member 29d. In addition, the mounting method of the support member 29d to the piston 26 is also configured by, for example, two members that can divide the upper portion of the piston 26 in the vertical direction (Z1 and Z2 directions), and a part of the support member 29d is formed by these two members. A method such as pinching is conceivable. In addition, what is necessary is just to join two members which comprise the piston 26 by welding. In FIG. 3, a broken-line circle around the support member 29 d indicates a portion where a part of the support member 29 d is sandwiched by the piston 26.

（画像解析手順について）
次に、撮影装置１の画像解析部４で行われる画像解析の手順について、図４〜図８を参照しながら説明する。図４は、燃焼室２５を下方（Ｚ２方向）から見た状態を示す図であり、燃料噴射が無い状態を示す図である。図４に示すように、燃焼室５の中心にはインジェクタ２０のノズルが見える。さらに、図４に示すように、燃焼室２５は、インジェクタ２０の周囲に吸気弁２２および排気弁２４が見えている。 (Image analysis procedure)
Next, an image analysis procedure performed by the image analysis unit 4 of the photographing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the combustion chamber 25 is viewed from below (Z2 direction), and is a diagram illustrating a state where there is no fuel injection. As shown in FIG. 4, the nozzle of the injector 20 can be seen at the center of the combustion chamber 5. Further, as shown in FIG. 4, in the combustion chamber 25, the intake valve 22 and the exhaust valve 24 can be seen around the injector 20.

図５は、燃焼室２５を下方から見た状態を示す図であり、インジェクタ２０から燃料噴射が行われた状態を示す図である。インジェクタ２０のノズルからは放射状に燃料７０が霧状に噴射される。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the combustion chamber 25 is viewed from below, and is a diagram illustrating a state in which fuel injection is performed from the injector 20. The fuel 70 is sprayed radially from the nozzle of the injector 20.

図６は、燃焼室２５を下方から見た状態を示す図であり、燃料７０の燃焼（爆発）が起こった状態を示す図である。図６に示すように、燃焼室２５では、インジェクタ２０のノズルから放射状に噴射された霧状の燃料７０が燃焼することにより、インジェクタ２０のノズルから放射状に火炎７１が発生する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the combustion chamber 25 is viewed from below, and is a diagram illustrating a state in which combustion (explosion) of the fuel 70 occurs. As shown in FIG. 6, in the combustion chamber 25, the mist-like fuel 70 injected radially from the nozzles of the injector 20 burns, whereby a flame 71 is generated radially from the nozzles of the injector 20.

ここで、撮影装置１のユーザは、図６に示す火炎７１の成分の組成を解析したいものとして、以下の画像解析処理を説明する。 Here, it is assumed that the user of the photographing apparatus 1 wants to analyze the composition of the components of the flame 71 shown in FIG.

図７は、図６の状態を図３の窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの位置（破線の円）に対応させた図である。図８は、図６の状態を図３の窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃから見た状態を示す図である。図８に示すように、それぞれの窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃからは火炎７１が見える。火炎７１から発せられる光は、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３をそれぞれ透過してカメラ部３２によって同時に撮影される。 7 is a diagram in which the state of FIG. 6 is made to correspond to the positions (broken circles) of the windows 29a, 29b, and 29c of FIG. FIG. 8 is a diagram showing the state of FIG. 6 as viewed from the windows 29a, 29b, and 29c of FIG. As shown in FIG. 8, the flame 71 can be seen from each window part 29a, 29b, 29c. The light emitted from the flame 71 passes through the filters F1, F2, and F3, and is simultaneously photographed by the camera unit 32.

燃焼室２５内で発生する火炎７１から発せられる光の波長を調べることにより、燃焼室２５内に充満する気体（排気ガス）の成分の組成を調べることができる。これにより、排気ガス中に含まれる成分の種類や量などを特定できる。これによって、排気ガスを浄化するために有用な触媒等の開発に寄与することができる。検出対象となる成分としては、たとえば、ヒドロキシル基（ＯＨ）、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、シクロヘキサン（ＣＨ）、炭素（Ｃ２）、煤などが挙げられる。 By examining the wavelength of light emitted from the flame 71 generated in the combustion chamber 25, the composition of the component of the gas (exhaust gas) filling the combustion chamber 25 can be examined. Thereby, the kind of component contained in exhaust gas, quantity, etc. can be specified. This can contribute to the development of a catalyst or the like useful for purifying exhaust gas. Examples of components to be detected include hydroxyl group (OH), formaldehyde (HCHO), cyclohexane (CH), carbon (C2), and soot.

たとえば、フィルタＦ１を、波長が３０６ｎｍ（ナノメータ）の光を透過するものとすれば、火炎７１中のヒドロキシル基（ＯＨ）が発する光を透過させることができる。また、フィルタＦ２を、波長が４００ｎｍ〜４３０ｎｍの光を透過するものとすれば、火炎７１中のホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）が発する光を透過させることができる。また、フィルタＦ３を、波長が４３２ｎｍ〜５１６ｎｍの光を透過するものとすれば、火炎７１中のシクロヘキサン（ＣＨ）が発する光を透過させることができる。 For example, if the filter F1 transmits light having a wavelength of 306 nm (nanometer), the light emitted from the hydroxyl group (OH) in the flame 71 can be transmitted. Further, if the filter F2 transmits light having a wavelength of 400 nm to 430 nm, light emitted by formaldehyde (HCHO) in the flame 71 can be transmitted. Further, if the filter F3 transmits light having a wavelength of 432 nm to 516 nm, light emitted from cyclohexane (CH) in the flame 71 can be transmitted.

画像解析部４は、カメラ部３２から取得した画像情報の中からフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のそれぞれを透過した光を個別に分類し、ヒドロキシル基（ＯＨ）、ホルミアルデヒド（ＨＣＨＯ）、シクロヘキサン（ＣＨ）に起因する光がどれくらいの割合で火炎７１から発する光の中に含まれているのかを同時に解析することができる。 The image analysis unit 4 individually classifies the light transmitted through each of the filters F1, F2, and F3 from the image information acquired from the camera unit 32, and hydroxyl group (OH), formaldehyde (HCHO), cyclohexane ( It is possible to simultaneously analyze how much light caused by (CH) is contained in the light emitted from the flame 71.

なお、燃焼室２５内は、インジェクタ２０を中心に、概ね点対称としてみることができる。よって、それぞれの窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの位置は燃焼室２５内の異なる領域を観察しているが、いずれの領域であってもほぼ同じ成分の組成を有すると考えてよい。 In addition, the inside of the combustion chamber 25 can be viewed as being generally point-symmetric with respect to the injector 20. Therefore, the positions of the respective windows 29a, 29b, and 29c are observed in different regions in the combustion chamber 25, but may be considered to have almost the same composition in any region.

（効果について）
以上説明したように、ピストン２６の燃焼室２５に対向する外壁に窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有する可視化部２９と、窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃに装着されたフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のそれぞれを透視して燃焼室２５内を撮影する撮影部３と、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を介し窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃのそれぞれにより撮影されて得た画像から燃焼室２５内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析する画像解析部４と、を有するので、同時に複数のフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を使用可能である。 (About effect)
As described above, the visualization part 29 having the window parts 29a, 29b, 29c on the outer wall facing the combustion chamber 25 of the piston 26, and the filters F1, F2, F3 attached to the window parts 29a, 29b, 29c, respectively. Of the gas component in the combustion chamber 25 from the images obtained by the imaging unit 3 that images the inside of the combustion chamber 25 through the windows and the windows 29a, 29b, and 29c through the filters F1, F2, and F3. Since the image analysis unit 4 that analyzes the composition over a plurality of components at the same time is provided, a plurality of filters F1, F2, and F3 can be used at the same time.

このように、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の種類を互いに異なるものとすることで、同時に３種類の異なる成分の解析を行うことができる。従来であれば、フィルタを交換しつつ異なるタイミングで燃焼室２５内の気体の成分の組成を１つの成分毎に解析する必要がある。この場合、燃焼室２５内で、毎回、必ず同じ成分が発生するとは限らないため、あるタイミングで発生した成分が次にタイミングでは発生せず、結果としてその成分は不検出になるといった場合がある。撮影装置１では、同時に複数の成分を解析可能であるため、このような事態を回避できる。   Thus, by making the types of the filters F1, F2, and F3 different from each other, it is possible to analyze three different types of components at the same time. Conventionally, it is necessary to analyze the composition of the gas component in the combustion chamber 25 for each component at different timings while replacing the filter. In this case, the same component is not always generated in the combustion chamber 25 every time. Therefore, a component generated at a certain timing is not generated at the next timing, and as a result, the component may not be detected. . Since the imaging apparatus 1 can simultaneously analyze a plurality of components, such a situation can be avoided.

また、可視化部２９の全面が１枚のガラス（フィルタ）である場合と比べて、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を構成するガラスの重量を増すことなく、ガラスの強度を確保することができる。すなわち、前述したように、ガラスの直径が大きければ大きいほど、強度を増すためには、厚みを増す必要が生じる。よって、厚みを増すことなく高い圧力に耐え得るガラスを実現する場合、直径が小さいガラスの方が有利になる。従来は、可視化部２９の全面がガラスであることを鑑みると、窓部を複数にすることによって個々の窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃの直径は、従来と比べて半分以下にすることができる。よって、従来と比べて窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃに装着されるフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のガラスの厚さを薄くしても従来と同じ圧力に耐えることができる。   Moreover, compared with the case where the whole surface of the visualization part 29 is one glass (filter), the intensity | strength of glass can be ensured, without increasing the weight of the glass which comprises filter F1, F2, F3. That is, as described above, the larger the diameter of the glass, the more the thickness needs to be increased in order to increase the strength. Therefore, when realizing a glass that can withstand a high pressure without increasing the thickness, a glass having a smaller diameter is more advantageous. Conventionally, considering that the entire surface of the visualization unit 29 is made of glass, the diameter of each of the window portions 29a, 29b, and 29c can be reduced to half or less compared to the conventional case by using a plurality of window portions. Therefore, even if the glass thickness of the filters F1, F2, and F3 attached to the window portions 29a, 29b, and 29c is reduced compared to the conventional case, the same pressure as the conventional case can be withstood.

これによれば、ピストン２６の重量に対するフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を構成するガラスの重量の割合を小さくできる。よって、ピストン２６を設計製造する際に、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を構成するガラスの重量に対する配慮を省略できるので、所望の重量のピストン２６を容易に設計製造することができる。   According to this, the ratio of the weight of the glass which comprises filter F1, F2, F3 with respect to the weight of piston 26 can be made small. Therefore, when designing and manufacturing the piston 26, consideration for the weight of the glass constituting the filters F1, F2, and F3 can be omitted, so that the piston 26 having a desired weight can be easily designed and manufactured.

〔その他の実施の形態について〕
上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限りにおいて、様々に変更可能である。 [Other embodiments]
The embodiment described above can be variously modified without departing from the gist thereof.

上述の実施の形態では、３つの窓部２９ａ、２９ｂ、２９ｃを例示したが、窓部の数は、４つ以上とするなど、様々に変更してよい。たとえば、窓部の数は、観察対象となる燃焼室２５内の最大圧力に応じて増減したり、あるいは、観察対象の個数などに応じて増減するなど、様々に設定が可能である。   In the above-described embodiment, the three window portions 29a, 29b, and 29c are exemplified, but the number of window portions may be variously changed, such as four or more. For example, the number of window portions can be variously set such as increasing or decreasing according to the maximum pressure in the combustion chamber 25 to be observed, or increasing or decreasing according to the number of observation targets.

上述の実施の形態では、フィルタＦ１を、波長が３０６ｎｍの光を透過するものとしてヒドロキシル基（ＯＨ）を検出し、フィルタＦ２を、波長が４００ｎｍ〜４３０ｎｍの光を透過するものとしてホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）を検出し、フィルタＦ３を、波長が４３２ｎｍ〜５１６ｎｍの光を透過するものとしてシクロヘキサン（ＣＨ）を検出するものとしたがこの他にも様々なフィルタを用いることができる。たとえば、波長が５１６．５ｎｍ〜６９６．５ｎｍの光を透過するフィルタを用いて炭素（Ｃ２）を検出したり、波長が６８０ｎｍの光を透過するフィルタを用いて媒の燃焼状態（発光）を検出するなどが可能である。   In the embodiment described above, the filter F1 detects hydroxyl groups (OH) as transmitting light having a wavelength of 306 nm, and the filter F2 detects formaldehyde (HCHO) as transmitting light having a wavelength of 400 nm to 430 nm. The filter F3 detects cyclohexane (CH) as transmitting light having a wavelength of 432 nm to 516 nm, but various other filters can be used. For example, carbon (C2) is detected using a filter that transmits light having a wavelength of 516.5 nm to 696.5 nm, or the combustion state (emission) of the medium is detected using a filter that transmits light having a wavelength of 680 nm. It is possible to do.

１…撮影装置、２…可視化エンジン、３…撮影部、４…画像解析部、２５…燃焼室、２６…ピストン、２７…シリンダ、２９…可視化部、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ…窓部、３０…反射鏡、３２…カメラ部、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３…フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device, 2 ... Visualization engine, 3 ... Imaging | photography part, 4 ... Image analysis part, 25 ... Combustion chamber, 26 ... Piston, 27 ... Cylinder, 29 ... Visualization part, 29a, 29b, 29c ... Window part, 30 ... Reflector, 32 ... Camera unit, F1, F2, F3 ... Filter

Claims (2)

ピストンと、前記ピストンを収容するシリンダと、前記シリンダ内に設けられる燃焼室と、を少なくとも有する内燃機関における前記燃料室内の状態を撮影する撮影装置において、
前記ピストンの前記燃焼室に対向する外壁に複数の窓部を有する可視化部と、
前記複数の窓部のそれぞれに装着され、それぞれの透過波長が異なる複数のフィルタと、
前記フィルタを介し前記窓部のそれぞれを透視して前記燃焼室内を撮影する撮影部と、
前記フィルタを介し前記窓部のそれぞれにより撮影されて得た画像から前記燃焼室内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析する画像解析部と、
を有する、
ことを特徴とする撮影装置。 In a photographing apparatus for photographing a state of the fuel chamber in an internal combustion engine having at least a piston, a cylinder that houses the piston, and a combustion chamber provided in the cylinder,
A visualization part having a plurality of windows on the outer wall of the piston facing the combustion chamber;
A plurality of filters attached to each of the plurality of windows, each having a different transmission wavelength;
A photographing unit that photographs each of the window portions through the filter and photographs the combustion chamber;
An image analysis unit that simultaneously analyzes the composition of the gas component in the combustion chamber over a plurality of components from an image obtained by each of the window portions through the filter;
Having
An imaging apparatus characterized by that. ピストンと、前記ピストンを収容するシリンダと、前記シリンダ内に設けられる燃焼室と、を少なくとも有する内燃機関における前記燃料室内の状態を撮影する撮影方法において、
前記ピストンの前記燃焼室に対向する外壁に設けられた複数の窓部のそれぞれに装着され、それぞれの透過波長が異なる複数のフィルタを透視して前記燃焼室内を撮影する撮影ステップと、
前記フィルタを介し前記窓部のそれぞれにより撮影されて得た画像から前記燃焼室内の気体の成分の組成を複数の成分にわたり同時に解析する画像解析ステップと、
を有する、
ことを特徴とする撮影方法。 In a photographing method for photographing a state of the fuel chamber in an internal combustion engine having at least a piston, a cylinder that accommodates the piston, and a combustion chamber provided in the cylinder,
An imaging step of photographing the combustion chamber through a plurality of filters attached to each of a plurality of windows provided on an outer wall of the piston facing the combustion chamber, each having a different transmission wavelength;
An image analysis step for simultaneously analyzing a composition of a gas component in the combustion chamber from a plurality of components obtained from images captured by each of the window portions through the filter;
Having
An imaging method characterized by the above.
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