特許 6809029 立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6809029

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 13/02 20210101AFI20201221BHJP

   G01K 7/00 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   G01K13/02

   G01K7/00 381Z

【請求項の数】16

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-157589(P2016-157589)

(22)【出願日】2016年8月10日

(65)【公開番号】特開2018-25473(P2018-25473A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100163061

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】柿木 宗篤

【審査官】 清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１４２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００３５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３０７６１０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１６１５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する温度計測装置において、
複数の送信アンテナから前記内部空間に向けて、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数のテラヘルツ波を同時に送信して、前記内部空間の計測領域でテラヘルツ波にうなりを発生させる送信ユニットを備えていると共に、
前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波を検出する受信センサを備えた受信ユニットを備えており、
当該立体装置の温度計測装置を制御する制御装置が、前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波から前記計測領域の温度を算出する温度算出手段を備えて構成されていることを特徴とする立体装置の温度計測装置。

【請求項2】

前記温度算出手段が、前記受信センサで検出したうなりを生じているテラヘルツ波のうなりの最大振幅と最小振幅と比に基づいて、前記計測領域の温度を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項3】

前記送信ユニットが、うなりを生じているテラヘルツ波の基本周波数を時間的に変化させて、同一の前記計測領域に、基本周波数の異なるテラヘルツ波のうなりを順次発生させて、
前記温度算出手段が、複数の基本周波数の周辺でうなりを生じているテラヘルツ波のそれぞれに対して温度を算出し、これらの温度から同一の前記計測領域の温度を算出するように構成されている請求項１または２に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項4】

前記送信ユニットが、前記計測領域の温度計測用に、前記基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数のテラヘルツ波の組を、同時に複数組、それぞれ異なる前記計測領域に送信して、
前記温度算出手段が、複数の前記基本周波数の周辺でうなりを生じているテラヘルツ波のそれぞれに対して温度を算出し、これらの温度からそれぞれの前記計測領域の温度を算出するように構成されている請求項１または２に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項5】

前記受信センサを２つの前記送信アンテナから発信されるテラヘルツ波の送信方向から等距離に位置するように構成している請求項１〜４のいずれか１項に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項6】

前記送信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置及び送信方向を変更可能に構成していると共に、前記受信ユニットにおいては前記受信センサの位置を移動可能に構成している請求項１〜５のいずれか１項に記載された立体装置の温度計測装置。

【請求項7】

前記送信ユニットにおいて、２つの前記送信アンテナを回転軸から離れた位置に配置して、前記送信ユニットを前記回転軸回りに回転可能に構成し、前記送信ユニットの回転により、前記計測領域を移動させるように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載された立体装置の温度計測装置。

【請求項8】

前記受信ユニットにおいて、副受信センサが、前記送信アンテナのテラヘルツ波の各送信方向に配置され、前記制御装置が、前記副受信センサで検出したテラヘルツ波の強度に基づいて、前記送信アンテナの送信方向を補正する送信方向補正手段を備えて構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項9】

前記送信ユニットにおいては前記送信アンテナの位置及び送信方向を変更可能に構成し
ていると共に、前記受信ユニットにおいては前記副受信センサの位置を移動可能に構成している請求項８に記載された立体装置の温度計測装置。

【請求項10】

前記送信ユニットが、前記送信アンテナの送信方向の変更、又は、前記送信アンテナ同士の離間距離を変更することにより、前記計測領域における送信方向の交差位置を変更する交差位置移動機構を備えている請求項１〜９のいずれか１項に記載された立体装置の温度計測装置。

【請求項11】

前記交差位置移動機構が、２つの前記送信アンテナの送信方向の角度を同じ大きさで逆方向に変化させることで、前記計測領域における送信方向の交差位置を直線状に移動させる機構である請求項１０に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項12】

前記交差位置移動機構が、２つの前記送信アンテナ同士の離間距離を変更することにより、前記計測領域における送信方向の交差位置を直線状に移動させる機構である請求項１０に記載された立体装置の温度計測装置。

【請求項13】

前記交差位置移動機構が、前記計測領域の周囲を旋回、又は、前記計測領域に沿って上下移動するように構成されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の立体装置の温度計測装置。

【請求項14】

請求項１〜１３のいずれか１項に記載の立体装置の温度計測装置を用いて、燃焼機関の気筒内の温度を計測するように構成されている燃焼機関の温度計測装置。

【請求項15】

請求項１４の燃焼機関の温度計測装置を備えると共に、前記燃焼機関の温度計測装置からの計測結果を入力して、当該燃焼機関の気筒内の燃料噴射を制御する制御装置を備えていることを特徴とする燃焼機関。

【請求項16】

ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する立体装置の温度計測方法において、
複数の送信アンテナから前記内部空間に向けて、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数のテラヘルツ波を同時に送信して、前記内部空間の計測領域でテラヘルツ波にうなりを発生させて、
前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波を検出して、
このうなりを生じているテラヘルツ波から前記計測領域の温度を算出することを特徴とする立体装置の温度計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度分布を低コストかつ高精度で計測できる立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の気筒（シリンダ）の内部の燃焼状況は、この内燃機関を搭載した車両の燃費や排気ガスの浄化処理性能に強い影響を及ぼすため、気筒の内部の燃焼状況を制御する必要があり、そのために、気筒の内部空間の温度分布を把握することが非常に重要となる。

【0003】

これに関連して、内燃機関を制御するために、内燃機関の表面に設けた振動センサで検出した振動を予め設定した時間の間で周波数分析して筒内における共鳴現象の共鳴周波数を検出し、この検出した共鳴周波数により筒内温度を推定する内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−３５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このガス温度における共鳴周波数は、筒内全体のガスの温度の影響を受けており、内部空間の局所的な領域の温度を計測できないという問題がある。つまり、この技術では、計測対象となる領域に信号を入力する場合、その領域のみの情報を取得する方法を適用せずに、演算処理によって対象領域の数値を算出しているため、温度計測のための演算処理が複雑になり、また、計測信号の減衰によって正しい温度計測が難しくなるという問題がある。

【0006】

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの気筒内のように、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の局所的な領域の温度を低コストかつ高精度で計測することができる立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本発明の立体装置の温度計測装置は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する温度計測装置において、複数の送信アンテナから前記内部空間に向けて、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数のテラヘルツ波を同時に送信して、前記内部空間の計測領域でテラヘルツ波にうなりを発生させる送信ユニットを備えていると共に、前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波を検出する受信センサを備えた受信ユニットを備えており、当該立体装置の温度計測装置を制御する制御装置が、前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波から前記計測領域の温度を算出する温度算出手段を備えて構成されていることを特徴とする。

【0008】

また、上記の目的を達成するための本発明の燃焼機関の温度計測装置は、上記の立体装置の温度計測装置を用いて、燃焼機関の気筒内の温度及びガス成分の濃度を計測することを特徴とする。

【0009】

また、上記の目的を達成するための本発明の燃焼機関は、上記の燃焼機関の温度計測装置を備えると共に、前記燃焼機関の温度計測装置からの測定結果を入力して、当該燃焼機関の気筒内の燃料噴射を制御する制御装置を備えていることを特徴とする。

【0010】

さらに、上記の目的を達成するための本発明のる立体装置の温度計測方法は、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の温度を計測する立体装置の温度計測方法において、複数の送信アンテナから前記内部空間に向けて、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数のテラヘルツ波を同時に送信して、前記内部空間の計測領域でテラヘルツ波にうなりを発生させて、前記計測領域から伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波を検出して、このうなりを生じているテラヘルツ波から前記計測領域の温度を算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法によれば、電波の透過性と光の直進性を有する、電波と光の中間の波長を持つ、周波数が０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の基本周波数に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つ波長のテラヘルツ波を活用することにより、比較的簡単な構成と制御により、燃焼ガスを内包したエンジンの気筒の内部空間のように、ガス成分を内包した立体装置の内部空間の局所的な領域の温度を、従来技術よりも低コストかつ高精度で計測でき、その結果、立体装置の内部空間の温度分布を低コストかつ高精度で計測することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る実施の形態の立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、及び、燃焼機関における、温度計測装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】交差位置移動機構の第１の例の構成を持つ温度計測装置を模式的に示す図で、第１の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図3】図２の温度計測装置の構成を模式的に示す図で、第２の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図4】図２の温度計測装置の構成を模式的に示す図で、第３の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図5】２つの周波数の波と、うなりを発生している波と、うなりの包絡線を示す図である。

【図6】うなりの振幅比と温度の関係を例示する図である。

【図7】ギアにより搭載ステージを同期回動する交差位置移動機構の構成を模式的に示す図である。

【図8】プーリーとベルトにより搭載ステージを同期回動する交差位置移動機構の構成を模式的に示す図である。

【図9】交差位置移動機構の第２の例の構成を持つ温度計測装置を模式的に示す図で、第１の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図10】図９の温度計測装置置の構成を模式的に示す図で、第２の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図11】図９の温度計測装置の構成を模式的に示す図で、第３の計測領域を測定している状態を示す図である。

【図12】レールにより搭載ステージを同期移動する交差位置移動機構の構成を模式的に示す図である。

【図13】送信ユニットにおける、送信アンテナの移動機構の構成を模式的に示す図である。

【図14】交差位置移動機構の第３の例の構成を持つ温度計測装置を模式的に示す図で、２つ送信アンテナと受信センサを共に同じ回転軸回りに回転可能にしている構成を模式的に示す図である。

【図15】２つ送信アンテナと受信センサからなる送受信セットを２組設けて同じ回転軸回りに回転可能にしている構成を持つ温度計測装置を模式的に示す図である。

【図16】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃焼室周辺の構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る実施の形態の立体装置の温度計測装置、燃焼機関の温度計測装置、燃焼機関及び立体装置の温度計測方法について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、燃焼機関の例として内燃機関を、立体装置の例として、内燃機関の気筒（シリンダ）を採用して説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガスタービン等を燃焼機関とし、その燃焼室を立体装置としてもよく、また、立体装置も燃焼機関に含まれるものでなくてもよい。さらに、計測領域についても説明し易くするために、第１〜第３の３つの計測領域で説明しているが、実際にはより多い計測領域が連続的又は離間しタ状態となっている。

【0014】

なお、ここでは温度計測に絞っているが、テラヘルツ波の特定の周波数と特定の分子とが密接な関係があることが知られているので、基本周波数を各種の分子に対応させて選択することにより、測定対象のガスの温度のみでなく、ガス中の各種の分子の濃度も計測できる可能性がある。

【0015】

図１〜図１６に示すように、本発明に係る実施の形態の立体装置の温度計測装置２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、エンジン(内燃機関：燃焼機関)Ｅの気筒１ａのピストン１ｂの頂部より上の内部空間である燃焼室１ｃの温度分布を計測する燃焼機関の温度計測装置として説明する。つまり、この実施の形態の立体装置の温度計測装置２は、本発明に係る実施の形態の燃焼機関の温度計測装置でもあり、このエンジンＥは、本発明に係る実施の形態の燃焼機関でもある。

【0016】

図１に示すように、この立体装置の温度計測装置(以下、温度計測装置という)２は、エンジンＥのガス成分Ｇを内包した気筒（立体装置）１ａの燃焼室（内部空間)１ｃの温度Ｔｍを計測する温度計測装置であり、この温度計測装置２において、気筒１ａを間に挟んで、送信ユニット１０と受信ユニット２０が互いに対向している状態で気筒１ａの壁面に設けられている。また。この温度計測装置２は、送信ユニット１０と受信ユニット２０と演算装置（温度算出手段）３０を備えた制御装置４０を有して構成されている。

【0017】

このエンジンＥでは、制御装置４０と送信ユニット１０の間、受信ユニット２０の受信センサ２１の間、制御装置４０と燃料噴射装置３の間、及び、制御装置４０と空気制御装置５０の間を配線２５、２６、２７、２８で結び、受信センサ２１からの信号を取得して制御装置４０で演算して得られた温度分布から、燃料噴射装置３の制御をするための信号を制御する。例えば、気筒１ａ内の燃焼室（内部空間）の局所的な温度Ｔｍが予め設定された閾値を超えた時点で、燃料噴射装置３を停止する信号を出して、エンジンＥを保護する等である。

【0018】

また、図２〜図４に示すように、基本周波数Ｆｓを０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある周波数としたときに、送信ユニット１０は、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂから内部空間１ｃに向けて、この基本周波数Ｆｓに対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数Ｆａ、Ｆｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを同時に送信して、燃焼室１ｃの計測領域Ｒｍでテラヘルツ波Ｓｍにうなりを発生させる。

【0019】

この２つテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂにおける周波数Ｆａ、Ｆｂの差分ΔＦは、基本周波数Ｆｓの１／１０〜１／１０００程度で、好ましくは、１／５０〜１／５００程度で、実験によって、計測し易いうなりが生じる周波数範囲を求めておき、予め設定しておく。

【0020】

この場合に、どちらか一方のテラヘルツ波Ｓａ（またはＳｂ）を基本周波数Ｆｓとして、他方のテラヘルツ波Ｓｂ（またはＳａ）を基本周波数Ｆｓから差分ΔＦの分だけずらしてもよく、それぞれのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂａを基本周波数Ｆｓから差分ΔＦの半分を増減してもよい。また、この周波数の変化は、送信装置の発信回路のＲＬＣの値を変化させるなどの周知の方法を用いることで容易に行うことができる。

【0021】

また、受信ニット２０は、計測領域Ｒｍから伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍを検出する受信センサ２１と受信センサ２１からの信号を処理する信号処理装置２２を備えている。この受信センサ２１は、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂから発信されるテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの送信方向から等距離に位置するように構成することが好ましい。

【0022】

また、制御装置４０は、温度計測装置２を制御する制御装置であり、演算装置３０は、計測領域Ｒｍから伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍから計測領域Ｒｍの温度Ｔを算出する。

【0023】

この演算装置（温度算出手段）３０では、受信センサ２１で検出した、図５に示すような、うなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍのうなりの最大振幅Ｈｍａｘと最小振幅Ｈｍｉｎと比γ（＝Ｈｍａｘ／Ｈｍｉｎ）に基づいて、図６に例示するような、予め設定されたマップデータなどを参照して、計測領域Ｒｍの温度Ｔｍを算出する。この最大振幅Ｈｍａｘと最小振幅Ｈｍｉｎは、テラヘルツ波Ｓｍのうなりを示す包絡線の最大振幅と最小振幅として求めることができる。

【0024】

この最大振幅Ｈｍａｘと最小振幅Ｈｍｉｎとの比γを用いて温度を算出することで、多少、２つテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの周波数Ｆａ、Ｆｂや送信波の大きさ（強度）が乱れて揺らいでも、計測信号の細かい基本周波数Ｆｓの近傍の波の強度をみているのではなく、計測信号の包絡線となるうなりの波を見ているので精度の高い計測が可能となる。言い換えれば、受信センサ２１の検出精度においても、頑強さをもたらすことができる。

【0025】

つまり、この温度計測装置２は、燃焼室１ｃに指向性のあるテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを発信する２つの第１及び第２の送信アンテナ１１ａ、１１ｂと、そのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの交差位置Ｐｍからのうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍを受信する受信センサ２１と、受信したテラヘルツ波Ｓｍから燃焼室１ｃの温度を検出する装置である。

【0026】

そして、本発明の実施の形態の立体装置の温度計測方法は、ガス成分を内包した気筒（立体装置）１ａの燃焼室（内部空間）１ｃの温度Ｔｍを計測する立体装置の温度計測方法であり、この立体装置の温度計測方法において、複数の送信アンテナ１１ａ、１１ｂから燃焼室１ｃに向けて、０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲内にある基本周波数Ｆｓに対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数Ｆａ、Ｆｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを同時に送信して、燃焼室１ｃの計測領域Ｒｍでテラヘルツ波にうなりを発生させて、計測領域Ｒｍから伝搬してくるうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍを検出して、このうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍから計測領域Ｒｍの温度Ｔｍを算出する方法である。

【0027】

さらに、送信ユニット１０が、うなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍの基本周波数Ｆｓを時間的に変化させて、同一の計測領域Ｒｍに、基本周波数Ｆｓの異なるテラヘルツ波のうなりを順次発生させて、演算装置（温度算出手段）３０が、複数の基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２・・の周辺でうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍ１、Ｓｍ２・・・のそれぞれに対して温度Ｔｍ１、Ｔｍ２・・を算出し、これらの温度Ｔｍ１、Ｔｍ２・・から同一の計測領域Ｒｍの温度Ｔｍを算出すると、計測領域Ｒｍの温度Ｔｍの計測精度を向上できるので、より好ましい。なお、温度Ｔｍ１、Ｔｍ２・・から温度Ｔｍを算出する方法としては、平均や重み付き平均を取るなど、周知のデータ処理方法を用いることができる。

【0028】

なお、局所的な計測領域Ｒｍの温度測定ではなく、テラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの通過領域全体Ｒｔｃの温度を測定する場合には、計測領域Ｒｍとなる通過領域の体積を狭めて温度の計測精度を高めるために、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士を十分に接近させて配置しておくことが好ましい。また、送信ユニット１０において、１つの送信アンテナ１１ａで２つの周波数のテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを送信することができる場合は、この１つの送信アンテナ１１ａで２つの周波数のテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを送信する。

【0029】

この場合には、計測領域Ｒｍを通過してうねりを発生しているテラヘルツ波Ｓｍを受信センサ２１で受信して、このテラヘルツ波Ｓｍから通過領域全体の温度Ｔｍを算出する。この通過領域全体の温度を測定する場合では、通過領域の通過方向の各位置に関する温度分布を得ることはできないが、計測時間が短時間となるので、全体的な温度計測となるが、変化の激しい温度変化をその変化に追従しながら計測できるようになる。

【0030】

そして、送信ユニット１０においては、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの位置及び送信方向を変更可能に構成していると共に、受信ユニット２０においては受信センサ２１の位置を移動可能に構成している。さらに、この送信アンテナ１１ａ、１１ｂからの送信方向や送信位置を回動又は移動することで、燃焼室１ｃの内部における受信センサ２１の受信方向の直線に対して計測領域Ｒｍが移動するように構成する。

【0031】

次に、この計測領域Ｒｍの位置移動について説明する。この計測領域Ｒｍの位置移動のために、送信ユニット１０は、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信方向の変更、又は、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌを変更することにより、気筒（立体装置：測定対象）１ａにおける送信方向の交差位置ＰＭを変更する交差位置移動機構を備えている
この図２〜図４に示す交差位置移動機構の第１の例の構成では、送信アンテナ１１ａ、１１ｂから同時送信される２つのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂ同士の交差角度β１、β２、β３を変更することにより、燃焼室１ｃにおける交差位置Ｐｍを変更する搭載ステージ（交差位置移動機構）１２ａ、１２ｂを備えて構成される。この場合は、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌは固定とされる。

【0032】

そして、図２に示すように、２つテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの送信方向の交差角度β１が小さい場合には、言い換えれば、送信アンテナ１１ａ、１１ｂがテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを送信する方向の角度α１（＝β１／２）が小さい場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂから遠くなるので、この交差位置Ｐｍのある第１の計測領域Ｒａの温度を計測できる。

【0033】

また、図３に示すように、交差角度β２が中程度の場合には、言い換えれば、送信する方向の角度α２（＝β２／２）が中程度の場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂに近づき、この交差位置Ｐｍのある第２の計測領域Ｒｂの温度を計測できる。

【0034】

さらに、図４に示すように、交差角度β３が大きい場合には、言い換えれば、送信する方向の角度α３（＝β３／２）が大きい場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂにより近くなるので、この交差位置Ｐｍのある第３の計測領域Ｒｃの温度を計測できる。

【0035】

この図２〜図４の構成は、搭載ステージ１２ａ、１２ｂが、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信方向の角度α１、α２、α３を同じ大きさで逆方向に変化させることで、気筒１ａにおける送信方向の交差位置Ｐｍを直線状に（直線の上を）移動させる機構である。これにより、計測領域Ｒｍを両方の送信アンテナ１１ａ、１１ｂから等距離になるようにしてテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂでうねりを発生し易くすると共に、この直線上に受信センサ２１を固定して配置することで、固定状態の受信センサ２１で計測領域Ｒｍからのうねりを発生しているテラヘルツ波Ｓｍを効率よく受信するように構成している。

【0036】

また、この搭載ステージ１２ａ、１２ｂで、送信アンテナ１１ａ、１１ｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの送信方向の角度α１、α２、α３を同じ大きさで逆方向に変化させる構成としては、図７に示すように、両方の搭載ステージ１２ａ、１２ｂを搭載ステージ１２ａ、１２ｂのギア１３ａ、１３ｂと駆動軸のギア１４と中間ギア１４ａ〜１４ｄを噛み合わせて同時に回動する構成を用いることができる。また、図８に示すように、両方の搭載ステージ１２ａ、１２ｂに設けたプーリー１５ａ、１５ｂと駆動軸のプーリー１６の間にベルト１７を架け渡して、駆動軸のプーリー１６を回動することに、搭載ステージ１２ａ、１２ｂを同期させて回動させる構成を用いることもできる。

【0037】

なお、特に、受信センサ２１が指向性を有していない場合や、指向性を有していても、変化する計測領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに対して受信方向を追従できるように受信センサ２１を構成した場合には、例えば、一方の送信アンテナ１１ａのテラヘルツ波Ｓａの送信方向の角度を固定して、他方の送信アンテナ１１ｂのテラヘルツ波Ｓｂの送信方向の角度を変更することで、交差位置Ｐｍをテラヘルツ波Ｓａの送信方向に沿って移動させることもできる。

【0038】

また、図９〜図１２に示す交差位置移動機構の第２の例の構成では、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌを変更することにより、気筒１ａにおける送信方向の交差位置Ｐｍを直線状に交差位置ＰＭに移動させる搭載ステージ（交差位置移動機構）１２ａ、１２ｂを備えて構成される。

【0039】

図９〜図１１に示すように、この搭載ステージ１２ａ、１２ｂは、テラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを送信する送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌ（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）を変更することにより、燃焼室１ｃにおける交差位置Ｐｍを移動するように構成される。この例の場合は、テラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂ同士の交差角度βは、言い換えれば、送信方向の角度α（＝β／２）は固定とされる。

【0040】

図９に示すように、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌａが大きい場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂから遠くなるので、この交差位置Ｐｍのある第１の計測領域Ｒａの温度を計測できる。また、図１０に示すように、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌｂが中程度の場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂに近づき、この交差位置Ｐｍのある第２の計測領域Ｒｂの温度を計測できる。そして、図１１に示すように、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌｃが小さい場合には、交差位置Ｐｍは送信アンテナ１１ａ、１１ｂにより近くなるので、この交差位置Ｐｍのある第３の計測領域Ｒｃの温度を計測できる。

【0041】

また、この搭載ステージ１２ａ、１２ｂで、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌを同じ大きさで逆方向に変化させる構成としては、図１２に示すように、両方の搭載ステージ１２ａ、１２ｂをレール１８に搭載し同時に同期させて移動する構成を用いることができる。

【0042】

または、図１３に示すように、送信ユニット１０において、案内溝３１を設けて、送信アンテナ１１ａ、１１ｂを載置した変形台３２を案内溝３１に沿って移動可能に構成すると共に、送信ユニット１０の外縁側に伸縮機構３３を送信アンテナ１１ａ、１１ｂに接続して設けて構成する。

【0043】

この案内溝３１は、変形台３２を直線方向に移動可能にする構成であればよく、凹部以外にも、レールや条などでも良い。これらの移動方向拘束手段のいずれかにより１組の送信アンテナ１１ａ、１１ｂを、変形しないように移動させるために、中心軸ＣＡに対して対称の位置になるように直線Ｌｔ上を移動するように構成する。

【0044】

また、変形台３２は自身を傾斜させて、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信方向を変更できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、あるいは、電気素子（電荷の反発による変形）を利用した周知の機構で、容易に構成できる。これらの傾斜手段により、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信方向の交わる領域、即ち、計測領域Ｒｍを中心軸ＣＡから離間した位置にすることができるように構成する。

【0045】

また、伸縮機構３３は自身を伸縮させて、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの位置を移動できればよく、例えば、ピエゾ素子、ばね、ねじ、歯車、クランク機構等を利用した周知の機構で、容易に構成できる。図１３の構成では、伸縮機構３３が伸びると送信アンテナ１１ａ、１１ｂは中心軸ＣＡ側に移動するように構成されている。

【0046】

なお、交差位置移動機構としては、搭載ステージ１２ａ、１２ｂが２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂから送信されるテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂ同士の交差角度β１、β２、β３を変更する機構と、送信アンテナ１１ａ、１１ｂ同士の離間距離Ｌを変更する機構の両方を備えて構成することもできる。

【0047】

そして、上記の温度計測測定装置２、２Ａにおいては、測定対象である燃焼室１ｃの全体を広範囲で測定することができるように、搭載ステージ１２ａ、１２ｂ、又は、搭載ステージ２３ａ、２３ｂを、燃焼室ｃ１の周囲を旋回、又は、燃焼室１ｃに沿って上下移動するように構成することが好ましい。

【0048】

さらに、この構成の場合には、温度計測装置２、２Ａでは備えられた送信アンテナ１１ａ、１１ｂと受信センサ２１との相対的な位置を維持したまま、燃焼室１ｃの周囲を旋回、又は、燃焼室１ｃに沿って上下移動するように構成することが好ましい。

【0049】

そして、本発明に係る実施の形態の燃焼機関の温度計測装置は、上記の立体装置の温度計測装置２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いて、エンジン（内燃機関：燃焼機関）Ｅの気筒１ａ内の温度Ｔｍを計測するように構成されている。

【0050】

また、図１４に示すように、送信ユニット１０において、２つの送信アンテナ１１ａ１１ｂを回転軸１０ｂから離れた位置に配置して、送信ユニット１０を回転軸１０ｂ回りに回転可能に構成し、送信ユニット１０の回転により、計測領域Ｒｍを移動させるように構成してもよい。

【0051】

この図１４に示す温度計測装置２Ｂの構成では、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂを第１モータ（回転機械）１０ａの第１回転軸１０ｂから等距離に配置して、送信ユニット１０を第１回転軸１０ｂ回りに回転可能に構成する。それと共に、受信ユニット２０において、受信センサ２１を第２モータ（回転機械）２０ａの第２回転軸２０ｂから離れて、かつ、うなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍを受信できる、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂの中央に対向する位置に配置する。そして、受信ユニット２０を第２回転軸２０ｂ回りに、送信ユニット１０の回転に同期させて回転するように構成する。なお、この第２回転軸２０ｂと第１回転軸１０ｂとは中心軸ＣＡと同軸とする。

【0052】

また、送信ユニット１０において、基本周波数Ｆｓに対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つの周波数Ｆａ、Ｆｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを同時に送信して、燃焼室（内部空間）１ｃの計測領域Ｒｍ１、Ｒｍ２でテラヘルツ波にうなりを発生させる送信アンテナ１１ａ、１１ｂの組を複数組備えているように構成することもできる。

【0053】

更に、図１４に示すように、受信ユニット２０において、送信アンテナ１１ａ、１１ｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを受信できるように、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの対向位置に、副受信センサ２１ｓをそれぞれ設けて、この副受信センサ２１ｓが、送信アンテナ１１ａ、１１ｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの各送信方向に配置され、制御装置４０が、副受信センサ２１ｓで検出したテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの強度に基づいて、送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信方向を補正する送信方向補正手段を備えて構成されていると、より精度よく、計測領域Ｒｍの位置を設定できるようになる。なお、この副受信センサ２１ｓにより送信アンテナ１１ａ、１１ｂの送信位置及び送信方向を確認するときには、テラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂが相互に干渉しないように、一方のテラヘルツ波Ｓａ（またはＳｂ）を送信しているときには、他方のテラヘルツ波Ｓｂ（またはＳｂ）は送信を停止する。

【0054】

更に、送信ユニット１０においては送信アンテナ１１ａ、１１ｂの位置及び送信方向を変更可能に構成していると共に、受信ユニット２０においては副受信センサ２１ｓの位置を移動可能に構成していると、より広い範囲で計測領域Ｒｍの位置をより精度よく設定できるようになる。

【0055】

この２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂの組を複数組備えている構成の例としては、図１５に示すような温度計測装置２Ｃの構成があり、この構成では、２つの組の送信アンテナ１１ａ，１１ｂを第１モータ（回転機械）１０ａの第１回転軸１０ｂから等距離に配置して、送信ユニット１０を第１回転軸１０ｂ回りに回転可能に構成する。

【0056】

それと共に、受信ユニット２０において、２つの受信センサ２１で第２モータ（回転機械）２０ａの第２回転軸２０ｂから離れて、かつ、うなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍ１、Ｓｍ２を受信できる、２つの送信アンテナ１１ａ、１１ｂの中央に対向する位置にそれぞれ配置する。そして、受信ユニット２０を第２回転軸２０ｂ回りに、送信ユニット１０の回転に同期させて回転するように構成する。なお、この第２回転軸２０ｂと第１回転軸１０ｂとは中心軸ＣＡと同軸とする。

【0057】

この図１５に示す温度計測装置２Ｃでは、送信ユニット１０が、計測領域Ｒｍ１、Ｒｍ２の温度計測用に、基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２に対して相互にうなりを生じる程度に周波数が異なる２つのテラヘルツ波Ｓａ１、Ｓｂ１（Ｓａ２，Ｓｂ２）の組を、同時に複数組、それぞれ異なる計測領域Ｒｍ１、Ｒｍ２に送信して、演算装置（温度算出手段）３０が、複数の基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２の周辺でうなりを生じているテラヘルツ波Ｓｍ１、Ｓｍ２のそれぞれに対して温度を算出し、これらの温度からそれぞれの計測領域Ｒｍの温度を算出する。

【0058】

この場合に、基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２は、互いの計測領域Ｒｍ１、Ｒｍ２が近接している場合には、２つのうねりを生じているテラヘルツ波Ｓｍ１、Ｓｍ２の干渉を避けて、計測上支障が生じないように異なる周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２に設定して同時送信したり、基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２を同じ基本周波数Ｆｓにした場合でも、時間をずらして順次送信したりすることが好ましい。ただし、互いの計測領域Ｒｍ１、Ｒｍ２が近接しておらず、２つのうねりを生じているテラヘルツ波Ｓｍ１、Ｓｍ２が互いに干渉するおそれがない場合は、基本周波数Ｆｓ１、Ｆｓ２を同一にして同時送信してもよい。

【0059】

この図１４及び図１５では回転運動としているが、直線往復運動にしてもよい。なお、回転運動にして、円状に送信アンテナ１１ａ、１１ｂと受信センサ２１の組を幾つも配置することで、スペースの都合が許す限り、送信アンテナ数と受信センサ数を増加させることができる。

【0060】

そして、送信アンテナ１１ａ、１１ｂと受信センサ２１の組のそれぞれにおいて、特定の位置（例えば、送信ユニット１０の上死点）まで回転したときに、テラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを同時に組ごとに順繰りに送信する。

【0061】

この図１４及び図１５の構成では、この送信ユニット１０と受信ユニット２０の同期回転により、２つの周波数Ｆａ、Ｆｂのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂの基本周波数Ｆｓを異ならせて送信する場合には、この組を順繰りに同じ位置に移動させて配置、気筒１ａの燃焼室１ｃの計測領域Ｒｍに、異なる基本周波数Ｆｓのテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂを順繰りに発生させることができる。これにより、異なる基本周波数Ｆｓに対して相互にうなりを生じる程度に周波数Ｆａ、Ｆｂが異なる２つの周波数のテラヘルツ波Ｓａ、Ｓｂが通過する計測領域Ｒｍを気筒１ａ内の同じ領域に設定することが容易にできるようになる。

【0062】

この送信ユニット１０と受信ユニット２０を回転させる方法を用いると、気筒１ａの内部空間１ｃの計測領域Ｒｍにおける計測を高速化することが可能となる。つまり、回転速度を上げることと、それぞれの送信アンテナ１１ａ、１１ｂと受信センサ２１の組の発信・受信を計測領域Ｒｍごとに制御することで、この計測領域Ｒｍでの温度計測を高速化することができる。

【0063】

なお、送信ユニット１０と受信ユニット２０を固定した場合には、それぞれの送信アンテナ１１ａ１１ｂと受信センサ２１の組の発信・受信を高速化する必要があるが、回転させることで、送信アンテナ１１ａ、１１ｂと受信センサ２１の組を待機させることができる。

【0064】

そして、本発明に係る実施の形態の内燃機関Ｅは、図１６に示すように、上記の温度計測装置２、２Ａを備えると共、この温度計測装置２、２Ａからの計測結果を入力して、エンジン（内燃機関：燃焼機関）Ｅの気筒１ａ内の燃料噴射を制御する制御装置４０を備えて構成される。つまり、内燃機関Ｅの燃焼室１ｃに燃料Ｆを噴射する燃料噴射装置３を温度計測装置２、２Ａで得た温度を基に制御装置４０で制御する。この内燃機関Ｅによれば、燃焼室１ｃにおける局所的な温度を検出して、この温度に基づいて燃料噴射の噴射時期（噴射開始時期、噴射終了時期）、噴射位置、噴射量、噴射圧力、エンジン空気過給圧力などの調整制御を行うことで、内燃機関Ｅの燃料噴射の精密な制御が可能となる。

【0065】

また、燃焼室１ｃの内部の最大過熱箇所、過熱時期を追跡することが可能となるので、この追跡結果を制御装置４０内で記憶するとともに、制御装置４０でこの追跡結果を利用して、次の燃料噴射の際に、局所的な過熱状態が発生しないように燃料噴射を調整することが可能となる。

【0066】

つまり、上記の温度計測装置２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃにより、物理的な状態、化学的状態を局所別に検出することができる。例えば、温度を測定した場合には、燃焼室１ｃの内部における過熱箇所と過熱時期の特定が可能となる。そして、この過熱箇所、加熱時期が特定可能であると、燃料Ｆの噴射時期を前後すること等で過熱状態の発生を回避することができるようになる。言い換えれば、この過熱箇所の特定により、過熱箇所を判断して、燃料噴射の制御を変更することで、局所的な過熱状態が発生するのを回避することができる。

【0067】

また、これらの温度計測装置２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃで、内燃機関Ｅの燃焼室１ｃの内部のみならず、内燃機関Ｅの排気マニホールド（図示しない）の内部、又は、内燃機関Ｅの排気管（図示しない）の内部の状態を示す温度やガス成分の濃度等の物理量を測定するように構成すると、温度が高くなる内燃機関Ｅの燃焼室１ｃの内部、排気マニホールドの内部、排気管の内部の状態などの内燃機関Ｅの状態を精度良く測定できるようになる。

【符号の説明】

【0068】

１ａ 気筒（立体装置）
１ｂ ピストン
１ｃ 燃焼室（内部空間）
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 測定装置（立体装置の温度計測装置）
３ 燃料噴射装置
１２ａ、１２ｂ 搭載ステージ（交差位置移動機構）
１０ 送信ユニット
１０ａ 第１モータ
１０ｂ 第１回転軸
１１、１１ａ、１１ｂ 送信アンテナ
２０ 受信ユニット
２０ａ 第２モータ
２０ｂ 第２回転軸
２１ 受信センサ
２１ｓ 副受信センサ
３０ 演算装置
４０ 制御装置
ＣＡ 中心軸
Ｅ エンジン(内燃機関：燃焼機関)
Ｇ ガス成分
Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ 送信アンテナ同士の離間距離
Ｌｔ 直線
Ｐｍ 交差位置
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ 計測領域
Ｒｍ，Ｒｍ１、Ｒｍ２ 計測領域
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓａ１、Ｓｂ１、Ｓａ２、Ｓｂ２、 送信のテラヘルツ波
Ｓｍ、Ｓｍ１、Ｓｍ２ うねりを発生しているテラヘルツ波
α、α１、α２、α３ 送信アンテナの送信方向の角度
β、β１、β２、β３ 送信アンテナの送信方向同士の交差角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】