導入事例 ハイスピードカメラ(高速度カメラ)によるエンジン燃焼の撮影

自動車やトラックや船舶など輸送の手段として活躍するエンジン(内燃機関)は、現在さらなる燃費(熱効率)の向上が求められています。ハイスピードカメラによる燃焼状態の可視化は、研究者にとっての実際の現象の理解する為の開発ツールとなっています。
ここでは、燃費(熱効率)の向上にむけて活躍する事例を紹介いたします。

接続システム例

実機エンジンや可視化エンジンを撮影する際、フォトロンのハイスピードカメラ「FASTCAM SA-Z」や「FASTCAM SA-X2」では、クランク角信号に同期した撮影が可能です。また、従来のFASTCAMシリーズより圧倒的な高感度を達成した「FASTCAM SA-Z」や「FASTCAM SA-X2」では"燃焼室内観察"においても、明るく綺麗な映像を撮影できます。さらに、カメラと波形測定器を同期させることにより、スロー動画と筒内圧信号やタイミング信号といった波形データを同時取得し、1つの動画データとしてまとめることも可能です。 撮影に関連した各種光学系(耐熱・耐圧ボアスコープ、UVレンズ、イメージンインテンシファイアなど)や、噴霧解析ソフトについても是非ご相談ください。

接続システム例

サンプル動画

可視化エンジンでの燃焼撮影

可視化エンジンでの燃焼撮影

可視化エンジンは、噴霧や燃焼現象を可視化や計測をする為の単気筒の専用システムです。ピストン頂部やシリンダーをガラス化して撮影します。この映像は、高感度が特徴のFASTCAM SA-Zを使用して、従来のカラーカメラでは撮影が困難であった予混合火炎(ブルーフレーム)を20,000FPSという高速撮影を実現しています。

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実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影 その1

実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影 その1

実機のエンジンを加工し、耐熱・耐圧のボアスコープを挿入した撮影です。撮影アングルには制約が出ますがより実機での撮影に近くなります。この映像では、ガソリンエンジンの点火プラグによる着火から燃焼の様子が分かります。明るい火炎はエンジンオイルの燃焼となります。

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実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影 その2

実機エンジンでのボアスコープを用いた撮影 その2

異なるアングルの2台のカメラを同期撮影した画像となります。この撮影では、FASTCAM DAQオプションを用いて、着火のタイミングや筒内圧を同期計測しています。PFVのレイアウト保存機能(下記)により、2つの映像と計測波形を一つの動画に合成してます。

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エンジン燃焼の撮影に最適な「PFV」の機能

PFVとは「Photron FASTCAM Viewer」というFASTCAM製品の制御ソフトです。そのなかでエンジン燃焼の撮影にオススメの機能をご紹介します。

サイクル表示機能

PFVでは周期的な現象を表示する機能として「サイクル表示機能」を新たに実装いたしました。内燃機関でのクランク角、インクジェットなど周期的な現象に大いに効果を発揮します。 詳細設定で表示は「deg」以外にも任意に変更可能ですので、「トリガ信号が入ってから、○msec後の画像を実験1から実験10について比較したい」という場合にも使用できます。

サイクル表示機能

疑似カラー機能

PFVではモノクロカメラで撮影した画像に疑似的に色つけて表示する「疑似カラー表示機能」を実装しています。人間の目はモノクロより、カラーのほうが現象を認識しやすいと云われています。画像解析を行う目的でモノクロカメラを使用した場合でも、カラーカメラのように「見た目で分かりやすい」映像を作ることが可能になります。

疑似カラー機能

デジタルズーム機能

数ある高速度カメラメーカーのソフトの中でも使い易さに定評のあるPFV(Photron FASTCAM Viewer)は、直観的な操作で拡大表示も楽々行えます。例えば、下の画像のように拡大したい範囲をマウスでドラッグするだけで拡大表示できる機能がついています。拡大撮影用のレンズを付けて微調整が面倒、全体を撮影しておきたい、そんな時に便利なデジタルズーム機能です。低倍率レンズの動画でも最大 3,000%まで拡大可能。通常のデジタルズームでは粗くなる部分もFASTCAM独自の補完アルゴリズムで鮮明に観察することができます。

ビデオカードの冷却ファンの撮影(3000コマ/秒)

情報保存機能

撮影データを保存する時に情報保存機能を使うと撮影した日付やカメラの設定した条件の他、任意のコメントを残すことができます。 自分のメモ用、発表時の参考情報用など多岐にわたりご使用いただいています。

情報保存機能

レイアウト保存機能

撮影したデータを有効に活用する機能もPFVは備えています。特に多くのユーザー様にご愛用いただいているのがこの「レイアウト保存」機能です。実験の条件を変更した場合、条件Aと条件Bの画像を同時に再生して簡単に比較することができます。例えば、異なる実験条件の比較や右側・左側などの異なるアングルの比較、撮影速度を変えた時の比較といったような使い方ができます。

レイアウト保存機能

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