CN107076100B - 激光点火装置 - Google Patents

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Abstract

激光点火装置(1)被装配到内燃机(5)上，至少具备：激光火花塞(10)，具备保护光学元件不受燃烧室内产生的高温和高压的影响的光学窗(100)，预燃室管头(15)设有：筒状的预燃室(152)；截面积比预燃室小且有底筒状的预燃室喉管部(151)；以及在预燃室喉管部(151)的闭塞端(153)侧与燃烧室(500)连通的多个预燃室喷孔(150)，将预燃室管头(15)配置在光学窗(100)与燃烧室(500)之间，在预燃室(152)的内侧配置聚光点(FP)，将导入到预燃室(152)内的混合气点燃，从预燃室(152)向燃烧室(500)内喷出燃烧火焰而进行内燃机(5)的点火，在所述激光点火装置(1)中，使预燃室(152)的中心轴(AXF)相对于预燃室喉管部(151)的中心轴(AXS)在水平方向上偏心。

Description

激光点火装置
技术领域
本发明涉及激光点火装置，该装配在发动机上，将从激光振荡装置输出的脉冲激光聚光到与发动机的燃烧室连通的预燃室(prechamber)内而使导入到预燃室内的混合气点燃，从预燃室向燃烧室内喷出燃烧火焰来进行发动机的点火。
背景技术
近年来，作为废热发电用的气体燃料发动机、或稀薄混合气燃烧发动机等难点燃性的内燃机的点火装置，研究了各种各样的激光点火装置，使用半导体激光作为激励激光源，将从半导体激光发出的激励激光向Q开关式的激光共振器照射，发出能量密度较高的脉冲激光，再使用聚光机构聚光到混合气中，提高能量密度而进行混合气的点燃。
在这样的激光点火装置中，在激光火花塞的前端设置耐热性的光学窗，保护聚光透镜及激光共振器等的光学元件不受燃烧室内产生的较高的压力及高热的影响。
此外，通常在划分内燃机的燃烧室的气缸和在气缸内升降的活塞之间注入润滑油，以减小摩擦。
因此，有时润滑油成为雾状而向燃烧室内扩散，与混合气一起被缸内发生的气流运送而附着在光学窗的表面上。
在润滑油中也包含金属等不燃成分，有可能因为长期的使用而成为氧化物，作为沉积物堆积在光学窗上而使脉冲激光的透过率下降。
对于这样的问题，在日本特表2013-527376号公报中，记载了一种激光引导式外部点火装置，设有用来使激光束穿过配设在壳体(38)的燃烧室侧的端部(381)的预燃室(110)的节流孔(74)、以及将预燃室的内室(111)与燃烧室连结的至少1个送气端口(120)，当穿过送气端口而向预燃室内流入时，产生相对于激光火花塞的长度方向轴以45°的最小角度ε向节流孔的内侧流入的流体(F)的流动。
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在如以往的激光点火装置那样将设置在壳体的端部的预燃室与内燃机的燃烧室经由送气端口连通的情况下，在压缩时燃烧室内的混合气穿过送气端口，在预燃室内形成较强的滚涡流。
因此，在气体发动机等混合气的密度较低且难点燃性的内燃机中，即便使脉冲激光向导入到预燃室内的混合气聚光而产生火焰核，也有可能被较强的涡流吹灭。
此外，在以往的构造中，不能避免与较强的缸内气流一起微粒化的润滑油进入到预燃室内。为了使得该进入的润滑油不附着在燃烧室窗上，需要使节流孔的高度成为一定以上。
结果，节流孔的热容量必然变大，所以在火焰核发生初期因灭焰效应而点燃变得不稳定，与此相反，从燃烧火焰施加给节流孔的热能被蓄热，还有可能导致早燃。
进而，即使能够减少润滑油向燃烧室窗的直接附着，也不能避免润滑油飞沫进入预燃室内这种情况本身，所以如果因长期的使用而在节流孔的内周面上形成沉积物而由其一部分将脉冲激光的光路遮挡，也有可能发生脉冲激光的衍射，没有以充分的能量密度聚光，点燃变得不稳定。
在此，本发明鉴于这样的情况，提供一种以简单的结构抑制润滑油向光学窗的附着、并且实现更高的燃烧速度而实现稳定点燃的激光点火装置。
解决课题所采用的技术手段
本发明的激光点火装置(1、1a～1f)装配在发动机(5)上，至少具备激光火花塞(10)和预燃室管头(nozzle)(15)。
本发明的激光火花塞(10)具备将从激光振荡装置发出的脉冲激光(LSRPLS)向规定的聚光点(FP)聚光的聚光透镜(101)、以及配置在该聚光透镜与上述聚光点之间且保护上述聚光透镜不受上述发动机的燃烧室内产生的燃烧热和燃烧压力的影响的光学窗(100)。
此外，本发明的预燃室管头(15)设在上述光学窗与上述燃烧室之间，具有：以筒状划分出一定的容积的预燃室(152)、以比该预燃室小的截面积在轴向上延伸且一端与上述预燃室流体地连通而另一端闭塞的有底筒状的预燃室喉管部(151)、以及在上述预燃室喉管部的闭塞端侧以与上述发动机的燃烧室(500)连通的方式穿设的多个预燃室喷孔(150)。
进而，本发明的激光点火装置(1、1a～1f)在上述预燃室的内侧配置上述聚光点，进行导入到上述预燃室的内侧的混合气的点燃，使燃烧火焰从上述预燃室向上述燃烧室喷出，进行上述发动机的点火；其特征在于，将上述预燃室的中心轴(AXF)相对于上述预燃室喉管部的中心轴(AXS)在水平方向上偏心而配设。
发明的效果
当向上述发动机的燃烧循环过程的上述预燃室内导入混合气时，即使在从上述燃烧室经由上述预燃室喷孔及预燃室喉管向上述预燃室倒流的混合气中包含雾状的油雾，由于将上述预燃室和上述预燃室喉管以轴心相互不同的方式设置，所以也能够在从被在上述预燃室内中流动的气流运送的油雾的行进方向偏离的位置配设上述光学窗，而且通过上述预燃室的截面积与上述预燃室喉管部的截面积的差而降低上述预燃室内的混合气的流速，使朝向上述光学窗运送的油雾的量减少，抑制油雾向上述光学窗的附着。
并且，在将上述预燃室喷孔的中心轴沿相对于上述预燃室喉管的中心轴扭转的方向形成的情况下，在预燃室喉管内发生旋绕流，通过相对于轴向正交的水平方向的离心力使油雾附着在内壁上，一边减少混合气中的油雾量，混合气一边到达上述光学窗的周边，所以油雾向上述光学窗的附着量被进一步减少。
此外，在将上述预燃室喷孔的中心轴相对于上述预燃室喉管的中心轴集中地形成的情况下，产生在预燃室喉管内直线前进的直线前进流，通过在上述预燃室内混合气的流速和方向变化，使比重较大的油雾冲击到预燃室的内壁上，也能够减少混合气中的油雾量。
进而，通过在上述预燃室内配置上述聚光点，不会由流到预燃室内的气流将初期火焰吹灭而使导入到预燃室内的混合气燃烧，使燃烧火焰从上述预燃室喷孔喷出而能够稳定地实现燃烧室内的混合气的燃烧。
附图说明
图1A是表示本发明的第1实施方式的激光点火装置1的概要的纵截面图。
图1B是表示图1A的激光点火装置1的管头前端的概要的横截面图。
图2A是用来说明本发明的第1实施方式的激光点火装置1的效果的纵截面图。
图2B是表示在压缩过程中在激光点火装置1的管头前端发生的气流的横截面图。
图3A是表示作为比较例1表示的、在以往的预燃室式气体发动机中配设有激光火花塞的激光点火装置1z的构造及其问题的纵截面图。
图3B是表示图2A的激光点火装置1z的管头前端的概要的横截面图。
图3C是表示在压缩过程中在比较例1的管头前端发生的气流的横截面图。
图4是表示本发明的第2实施方式的激光点火装置1a的概要的纵截面图。
图5是表示本发明的第3实施方式的激光点火装置1b的概要的纵截面图。
图6是表示本发明的第4实施方式的激光点火装置1c的概要的纵截面图。
图7A是表示本发明的第5实施方式的激光点火装置1d的概要的纵截面图。
图7B是表示图6A的激光点火装置1d的管头前端的概要的横截面图。
图8是表示本发明的第6实施方式的激光点火装置1e的概要的纵截面图。
图9是表示本发明的第7实施方式的激光点火装置1f的概要的纵截面图。
图10是表示为了与比较例一起确认本发明的污染防止效果而进行的试验结果的特性图。
图11A是表示为了确认本发明的第2实施方式的激光点火装置1b的效果而使用的作为实施例2示出的激光点火装置1b(A)的主要部截面图。
图11B是同样作为变形例示出的激光点火装置1b(B)的主要部截面图。
图11C是表示本发明的第1实施方式的激光点火装置1的主要部截面图。
图12表示为了确认本发明的点燃性提高的效果而进行的试验结果，是表示空燃比及罩的形状(罩长度、罩喷孔径)与压力上升速度的关系的特性图。
图13A是表示在本发明的第1及第4实施方式的激光点火装置1c中使用的保护板12的概要的截面图。
图13B是图13A的仰视图。
图14A是表示保护板的变形例12a的截面图。
图14B是图14A的仰视图。
图15A是表示保护板的另一变形例12b的截面图。
图15B是图15A的仰视图。
图16A是表示保护板的另一变形例12c的截面图。
图16B是图16A的仰视图。
图17A是表示作为本发明的主要部的预燃室管头15和罩体13的位置关系及罩体13的罩喷孔130的位置的主要部仰视图。
图17B是表示通气路的变形例130a的主要部仰视图。
具体实施方式
参照图1A、图1B对本发明的第1实施方式的激光点火装置1的概要进行说明。
激光点火装置1被装配在内燃机5上，至少具备激光火花塞10和预燃室管头15而构成。
激光火花塞10至少具备：聚光透镜101，将从作为激光振荡装置设置的激光共振器103发出的脉冲激光LSRPLS向规定的聚光点FP聚光；光学窗100，配置在聚光透镜101与聚光点FP之间，保护上述聚光透镜不受内燃机5的燃烧室500内产生的燃烧热和燃烧压力的影响。
此外，本发明的预燃室管头15具备：预燃室152，设置在光学窗100与燃烧室500之间，以筒状围成为一定的容积；有底筒状的预燃室喉管部151，以比预燃室152小的截面积在轴向上延伸，一端与预燃室152流体地连通，另一端闭塞；多个预燃室喷孔150，在预燃室喉管部151的闭塞端侧穿设，连通到燃烧室500。
进而，激光点火装置1在预燃室152的内侧配置聚光点FP，进行导入到预燃室152内的混合气的点燃，使燃烧火焰从预燃室152向燃烧室500内喷出而进行内燃机5的点火，使预燃室152的中心轴AXF相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS在水平方向上偏心是基本条件。
另外，在以下的说明中，面向内燃机5的燃烧室500，将射出脉冲激光LSRPLS的激光点火装置1的一部分称作前端侧，将被从外部输入激励激光LSRPMP的激光点火装置1的一部分称作基端或后端侧。
激光点火装置1在气体发动机等难点燃性的发动机中能够发挥特别优良的点燃性。以下，说明在作为内燃机而使用气体燃料的废热发电用气体发动机、例如气缸的孔径为15～30cm那样的大型的气体发动机中使用本发明的激光点火装置1的例子。
但是，本发明的激光点火装置1并不将作为点火对象的发动机限定于气体发动机，在汽油发动机或柴油发动机等使用液体燃料的内燃机、或喷气发动机等的外燃机中也能够适当采用。
激光点火装置1至少包括：设有使脉冲激光LSRPLS射出的光学窗100的激光火花塞10；以覆盖光学窗100的方式设置的保护板12；以覆盖保护板12的方式设置的罩体13；密封部件14；配设在激光火花塞10的前端侧的预燃室管头15；以及将它们一体地收容保持并固定到内燃机5的保持器16。
激光火花塞10从燃烧室侧起依次将光学窗100、聚光透镜101、脉冲激光扩展透镜(光束扩展器)102、激光共振器103、准直透镜104、光纤105配置在同轴上并收容保持在筒状的壳体11内而构成。
光纤105将从设在外部的省略图示的半导体激光器等的激励激光源发出的激励激光LSRPMP传送。在光纤105中，可以使用例如开口数0.22以下、芯径为φ600μm以下的周知的光纤。
从光纤105的前端射出的激励激光LSRPMP被准直透镜104调整为平行光，向激光共振器103照射。在准直透镜中，使用光学玻璃、耐热玻璃、石英玻璃、蓝宝石玻璃等的周知的光学材料。
在激光共振器103中，可以使用周知的受动Q开关式的激光共振器。
激光共振器103由激光介质、设在其入射侧的防反射膜、全反射镜、设在射出侧的可饱和吸收体、和由部分反射膜形成的出光镜构成。
在激光介质中，可以使用在YAG单结晶中掺杂了Nd的Nd：YAG等的周知的激光介质。全反射镜形成为，使波长较短的激励激光LPMP透过、波长较长的脉冲激光LPLS全反射。可饱和吸收体使用在YAG单结晶中掺杂了Cr4+的Cr：YAG等。
激光共振器103通过导入到共振器内的激励激光LPMP将激光介质内的Nd激励，放射例如1064nm的光，积蓄在激光介质内。如果激光介质内的能量等级达到一定等级，则从设在前端侧的输出镜发出能量密度较高的脉冲激光LSRPLS。从激光共振器103发出的脉冲激光LSRPLS先被脉冲激光扩展透镜102扩展，然后通过被聚光透镜101再次聚光，提高聚光点FP处的能量密度，使存在于聚光点FP的周边的混合气等离子化，产生火焰核。
脉冲激光扩展透镜102和聚光透镜101使用光学玻璃、耐热玻璃、石英玻璃、蓝宝石玻璃等的周知的光学材料。在聚光透镜101的前端侧设有光学窗100，保护其他的光学元件不受燃烧室500内或预燃室152内产生的燃烧压力或燃烧热的影响。
光学窗100使用耐热玻璃、石英玻璃、蓝宝石玻璃等的周知的耐热性光学材料。
另外，对上述各光学元件的表面适当实施防反射膜等，提高了激光的透过率。此外，在以往的激光点火装置中，例如需要10mJ/脉冲的能量，但在本发明的激光点火装置1中，能够以2～3mJ/脉冲的能量将导入到内燃机5中的混合气点燃。进而，在以往的激励光源中，作为峰值强度而使用500W，而激光点火装置1的激励光源3的激励用激光的峰值强度可以是180W。
壳体11由不锈钢等形成为筒状，由以下部分构成：壳体前端部110，在前端侧收容保持光学窗100及聚光透镜101；阳螺纹部111，不给激光火花塞10带来应力而固定到保持器16上；壳体基端部112，在阳螺纹部111的基端侧，将脉冲激光扩展透镜102、激光共振器103、准直透镜104、光纤105的前端收容保持。
配设有保护板12，将激光从光学窗100射出的一侧的表面覆盖。
保护板12例如由不锈钢等的耐热性金属材料形成。保护板12至少包括：板基部120，形成为外周朝向前端侧缩径的圆锥台形状；以及激光通过孔121，穿设在板基部120的中心，以不妨碍从光学窗100射出的脉冲激光LSRPLS的光路的方式开口。
激光通过孔121为基端侧径大、前端侧径小的前端变细的圆锥台形状的内周面。另外，确认到了使激光通过孔121的前端侧的开口径为φ1.5mm以上φ3.5mm以下时能够发挥本发明的效果。另外，在后述的试验中，设定为φ1.76mm。
保护板12的板厚越厚，当然油雾向光学窗100的附着就越变少，但如果使保护板12的板厚变厚，则相应地需要加长从光学窗100的表面到脉冲激光的聚光点FP的距离，在使焦点距离加长一定以上的情况下，需要提高向激光点火装置1供给的能量。但是，如果增大向激光点火装置1供给的能量，则相应地给光学系统带来的伤害也变大，耐久性有可能下降。此外，在实际的内燃机中，由于反复进行燃烧冲程，所以如果保护板12或罩体13没有在规定的期间内成为冷却的状态，则有可能导致早燃等的燃烧异常，通过将保护板12形成为适当的板厚，能够同时提高燃烧速度和抑制早燃。
另外，在本实施例中，设从光学窗100的表面到聚光点FP的距离为6.5mm，设保护板12的板厚为3mm，设从光学窗100的表面到保护板12的基端侧开口位置的距离为1mm，从保护板12的基端侧表面到聚光点FP的距离为2.5mm。但是，并不是将保护板12的板厚限定于上述数值，根据使用的激光点火装置1的焦点距离，最大能变更到10mm。
保护板12可拆装地配设，在因长期的使用而在表面上堆积了沉积物的情况下，能够容易地分解清理，并且能够不破坏光学系统而进行性能评价。
此外，保护板12通过将外形做成朝向前端侧缩径的圆锥台形状，能够将油雾的流动改变为朝下，有利于防止油雾进入保护玻璃侧，并且通过将其表面做成朝向内侧凹陷的弯曲面形状，使热容量变小而使来自火焰的受热量减少，实现了早燃的防止。
关于保护板12，详细地参照图14A、图14B等而后述。
进而，在本实施方式中，在保护板12的前端侧，配设有作为本发明的主要部之一的罩体13。罩体13由纯镍、铁镍合金、不锈钢等耐热性金属材料构成，形成为将保护板12的前端侧覆盖的半球状，在多个部位穿设有将罩体13的内外连通的罩喷孔130。关于罩体13，详细地参照图19A、图19B后述。本实施方式的保护板12及罩体13被预燃室管头15和保持器16夹持，只要将预燃室管头15拆下，就能够不给激光火花塞10的光学系统带来影响而简单地拆装。
作为本发明的另一个主要部的预燃室管头15配设为，将罩体13的前端侧覆盖。内径不同的预燃室喉管部151和预燃室152使各自的中心轴AXS、AXF在水平方向上偏心而配设在预燃室管头15中，并且流体地连通。预燃室管头15由铁镍合金、不锈钢等耐热性金属材料形成为一端闭塞的有底筒状。
预燃室管头15的外周形状形成为，在前端侧设有外径较小的小径部154，在基端侧设有外径较大的大径部155的带台阶的圆柱状。大径部155的中心轴与小径部154的中心轴AXs一致。通过将预燃室管头15的外形形成为同心的带台阶的圆柱状，向内燃机5的气缸头501的组装变容易。
在小径部154的内侧，形成有沿着小径部154的中心轴AXs在轴向上延伸的预燃室喉管部151。预燃室喉管部151的前端侧被管头底部153闭塞。在作为预燃室喉管部151的闭塞端侧的管头底部153上，穿设有比预燃室喉管部151的内径更小径的多个预燃室喷孔150，实现了燃烧室500与预燃室喉管部151的连通。
以将预燃室喷孔150的中心轴AXN投影在中心轴AXS上时的角度θ在规定的范围(例如10°到170°的范围)中逐渐展开的方式，倾斜地穿设。因而，穿过预燃室喷孔150的气流在压缩时和燃烧时的任一情况下，都必定包含轴向的流动和径向的流动的两者的成分。
进而，本实施方式的预燃室喷孔150如图1B所示那样，以预燃室喷孔150的中心轴AXN相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS不交叉的方式被偏置。因此，穿过了预燃室喷孔150的气流形成一边在周向上旋转一边在轴向上移动的旋绕流。
预燃室喉管部151设计为，沿着小径部154的中心轴AXs在轴向上延伸。预燃室喉管部151的基端侧逐渐扩径而与预燃室152流体地连通。预燃室152在大径部155的内侧沿着从小径部154的中心轴AXS向单侧偏心的中心轴AXF设置。另外，在后述的试验中，对使预燃室152的中心轴AXF相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS向一方向偏心了3mm的例子进行了试验。
预燃室152形成为比预燃室喉管部151大径。
具体而言，优选的是相对于预燃室喉管部151的横截面积将预燃室152的横截面积设定为1.4倍～3倍。
另外，在本实施例中，设定为2.8倍而进行实验。
在预燃室152的基端侧，夹着罩体13及保护板12而配设有光学窗100。此外，预燃室152的基端侧被密封部件141、保持器16气密地闭塞。在本实施方式中，为了在罩体13内形成脉冲激光LSRPLS的焦点FP，光学窗100和罩体13使中心轴与中心轴AXL一致而同心地配设。
另外，聚光点FP优选的是配置于在罩体13内发生的漩涡的中心，能够根据对应于罩喷孔130的穿设数、方向而变化的罩体13内的流动来适当变更。这是因为，漩涡的中心流速最小，混合气停止，所以将脉冲激光LSRPLS聚光时的能量容易被吸收，通过漩涡，周围的混合气逐渐朝向火焰核的中心进入，并且初期火焰核不会向罩体13接近而成长，所以能够使火焰成长速度加速。
保持器16由纯镍、不锈钢等耐热性金属材料构成，形成为筒状。保持器16由保持器基部160、火花塞收容孔161、火花塞固定用阴螺纹部162、管头保持部163、管头收容部内周面164、凸缘部165、贯通孔166构成，在穿设于凸缘部165上的贯通孔166中装配保持器固定用螺栓167，拧紧到设在气缸头501上的火花塞固定用阳螺纹部504而固定。设在保持器16的内侧的火花塞收容孔161组装固定着构成激光火花塞10的筒状的壳体11。
管头保持部163形成为筒状。
在管头保持部163的内侧，设有在与预燃室管头15的大径部外周面156之间隔开了规定的间隙的管头收容部内周面164，预燃室管头15的拆装变容易。在保持器16的管头保持部163上装配预燃室管头15，在进行预燃室管头15的定位之后，将预燃室管头15的大径部155和保持器16的管头保持部163用定位螺栓158连结。火花塞固定用阴螺纹部162与设在壳体11上的阳螺纹部111螺合，将激光火花塞10保持在保持器16的内侧。
在预燃室管头15与气缸头501之间、以及预燃室管头15与保持器16之间，分别配设有由耐热性金属或耐热性橡胶等的弹性体构成的环状的密封部件140、141(密封部件14)，确保了气密性。管头底部153从设在气缸头501上的塞孔502露出，面向燃烧室500，预燃室喷孔150与燃烧室500连通。
另外，上述保持器16不过是例示，只要是能够将构成本实施方式的激光点火装置1的激光火花塞10、保护板12、罩体13和预燃室管头15一体地收容保持的构造，是怎样的都可以。在此情况下，也可以使保持器16抵接在气缸头503上来实现燃烧室500与外部的气密。
另外，虽然在本发明中不是必须的，但在本实施方式中，在激光火花塞10的基端侧设有冷却器2。冷却器2形成为筒状，以将壳体11的壳体基端部112的外周覆盖的方式嵌装。在冷却器2的内侧设有水冷套20，冷却水在水冷套20内循环，抑制激光共振器103的发热，实现了脉冲激光LSRPLS的输出稳定化。
对设有本发明的激光点火装置1的内燃机5简单地说明。
本实施方式的内燃机5是向燃烧室500内导入气体燃料并使其燃烧的气体燃料发动机，在废热发电机中使用。至少由气缸头501的内壁、图略的气缸、和可升降地保持在气缸内的活塞530的顶面划分出燃烧室500。
在气缸头501上形成有进气筒510及排气筒520，分别被进气阀511、排气阀521开闭。进气筒510及排气筒520的数量根据内燃机的用途、大小等而适当设定。
在内燃机5中，预燃室管头15的管头底部153被固定在划分燃烧室500的气缸的中心，使其从设在气缸头501上的塞孔502向燃烧室500内露出。另外，激光点火装置1向内燃机5的固定方法并不限定于本实施方式，作为火花塞向内燃机的固定方法可以适当采用周知的方法。
此外，在本实施方式中，作为激光点火装置1为以下结构：在外部设有电源4和通过从电源4的能量投入而发出激励激光LSRPMP的激励光源3，将从激励光源3发出的激励激光LSRPMP在激光火花塞10内变换为脉冲激光LSRPLS，使经由光学窗100射出的脉冲激光LSRPLS向混合气中的聚光点FP聚光来进行混合气的点燃，但并不限定于此。
例如，作为激光火花塞10的结构，将激光振荡装置的哪个范围收容到壳体11的内侧可以适当变更。
在本发明中，作为激光振荡装置，也可以采用将具有半导体激光器的激励光源3包含在激光火花塞10内而配设的结构，也可以做成将准直透镜104及激光共振器103设在激光火花塞10的外部的结构。
进而，作为激励光源3，也可以使用将由半导体激光器构成的发光发射体以平面状排列多个而形成面发光元件、配设到激光火花塞10的基端侧的结构。
这里，参照图2A、图2B，对本发明的第1实施方式的效果进行说明。
在本实施方式中，预燃室喷孔150以成为相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS扭转的位置的方式偏心地形成，所以在压缩时当燃烧室500内的混合气穿过预燃室喷孔150向预燃室喉管部151内进入时形成旋绕流。结果，在预燃室喉管部151内流动的气流一边在周向上旋转一边上升。
因此，在与混合气一起流入的油雾上在与中心轴AXS正交的方向上作用离心力FCNT，油雾冲击到预燃室喉管部151的内周面而附着在壁面上。结果，混合气中含有的油雾从粒径较大者起逐渐减少。
进而，当经过预燃室喉管部151向预燃室152内流入时，通过伴随着容积的扩大的急剧的流速的下降，使粒径较小的油雾上升的力减小。结果，粒径较小的油雾也附着到预燃室152的壁面上，油雾向光学窗100的冲击概率变得很低。
进而，在本实施方式中，以将光学窗100的表面覆盖的方式配设有保护板12，进而以覆盖保护板12的方式覆盖着罩体13。结果，在罩体13上穿设的罩喷孔130的穿设方向与由于在预燃室152内形成的涡流而作用在油雾上的离心力FCNT的方向不一致，所以仅混合气被向罩体13内导入，油雾几乎不能穿过罩喷孔130。
并且，即使油雾流入到罩体13内，光学窗100也被保护板12覆盖，通过罩体13内的较弱的气流，难以对油雾作用使其穿过设在保护板12上的激光通过孔121内的力。因此，即使油雾稍稍进入到罩体13内，也几乎全部附着到保护板12的表面，所以在光学窗100的表面上几乎不附着油雾。
另一方面，由于在本实施方式中使用的燃料是气体燃料，所以在预燃室152内流动的混合气的流速被抑制得较低而向罩体13的内侧流入。在这样的状态下，如果从激光火花塞10经由光学窗100导入的脉冲激光LSRPLS被聚光到罩体13内的聚光点FP，则成为极高的能量密度，将存在于聚光点FP的周围的混合气等离子化，形成火焰核。
在罩体13内的有限的空间内产生的火焰通过急剧的膨胀而使罩体13内的压力上升，经由罩喷孔130向预燃室152内喷出。喷出到预燃室152内的火焰向存在于预燃室152内的混合气传播，火焰成长进一步发展。
此时，在预燃室152内，形成有垂直方向的涡流与水平方向的旋绕流叠加的复杂的流动，与从罩喷孔130喷出的火焰良好地搅拌，引起迅速的燃烧反应，实现进一步的火焰成长。结果，通过急剧的火焰的体积膨胀，预燃室152内的压力急剧地上升，向与预燃室152连通的预燃室喉管部151内流入。
此时，由于预燃室喉管部151被形成为小径，所以当穿过预燃室喉管部151内时被加速，经由设在前端的预燃室喷孔150势头猛烈地向燃烧室50内喷出火焰。进而，从预燃室喷孔150喷出的火焰形成与压缩时相反朝向的旋绕流，所以也与存在于燃烧室500内的混合气剧烈地反应，能够以极快的速度实现火焰成长。因而，根据本发明，光学窗100不易被油雾污染，能够长期维持不需要清理光学窗100的状态。除此以外，可知能够实现火焰成长速度较快的、点燃性良好的点火。
这里，参照图3A、图3B、图3C，对作为比较例1示出的、不能发挥本发明的效果的激光点火装置1z进行说明。
另外，对于与上述第1实施方式共通的部分赋予相同的标号，对于不同的部分赋予拉丁字母z的分支号，对于共通部分省略说明，仅对特征性的部分进行说明。
在本发明中，以使预燃室喉管部151和预燃室152偏心而在预燃室管头15的内侧连通为基本条件，而在作为比较例1示出的激光点火装置1z中，预燃室喉管部151z和预燃室152z被配设在同轴上，并且使激光火花塞10z的光轴与预燃室152z的中心一致，光学窗100z在预燃室152z的基端露出。
此外，在第1实施方式中，将多个预燃室喷孔150相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS偏置而穿设，但在比较例1中，多个预燃室喷孔150z朝向预燃室喉管部151z的中心轴AXS穿设。因此，在压缩时，燃烧室500内的混合气从预燃室喷孔150z的前端侧向预燃室喷孔150z内进入，形成朝向预燃室喉管部151z中心轴AXs的直线性的流动，被从预燃室喷孔150z的基端侧向预燃室喉管部151z内吐出。
此时，分散在燃烧室500内的油雾与混合气一起向预燃室喉管部151z内进入。在预燃室喉管部151z内，中心部分的流速较快，在距预燃室喉管部151z的内周面较近的部分形成流动较慢的层流，朝向基端侧直线前进。
如果穿过了预燃室喉管部151z的混合气进入形成为大径的预燃室152z内，则由于急剧的容积的变化而流速下降，并且发生从中心朝向外侧那样的在纵向上旋转的涡流(滚涡流)。此时，密度比混合气高的油雾在惯性下要沿轴向直线前进，此外，从预燃室152z内发生的滚涡流受到的离心力FTMB在油雾的行进方向上作用，所以继续直线前进，附着到露出在预燃室152z的基端侧中心的光学窗100z的表面上。
附着在光学窗100z的表面上的油雾通过脉冲激光LSRPLS的照射而直接燃烧，或者通过在预燃室152z内产生的火焰而间接地燃烧，大部分烧掉，但在润滑油中作为改性剂等有意添加的金属成分或作为杂质不可避免地含有的金属成分等形成不燃性的金属氧化物，其由于长期的使用而积蓄在光学窗100z的表面上，形成沉积物。由于沉积物的形成，穿过光学窗100z的脉冲激光LSRPLS的透过率逐渐下降，点燃有可能变得不稳定。
另外，在比较例1中，即使是在从预燃室152z的基端侧的中心位置向外周侧偏心的位置设置光学窗100z的情况，由于在预燃室152z内发生了在纵向上流动的滚涡流，所以对油雾作用轴向的离心力FTMB，所以可知也不能避免油雾向光学窗100z的附着。
参照图4，对本发明的第2实施方式的激光点火装置1a进行说明。
本实施方式是从上述第1实施方式的激光点火装置1去除了保护板12的结构，在壳体11a的前端设有带喷孔的罩体13a。除此以外与第1实施方式是同样的。
在本实施方式中，也使通过由预燃室喷孔150产生的旋绕流而产生的朝向水平方向的离心力FCNT作用在油雾上，并且通过相互偏心设置的预燃室喉管部151的内径与预燃室152的内径的差异，使流速下降而抑制油雾向预燃室内的进入，进而通过设置罩体13，能够抑制向光学窗100的附着。
但是，通过将保护板12去掉，稍稍进入到罩体13内的油雾可能会附着到光学窗100的表面上，所以当持续长期使用时，到需要清理光学窗100为止的时间有可能变短。
由于将保护板12去掉，相应地能够降低制造成本，所以可以根据对于耐久性的要求和成本的权衡来适当选择激光点火装置1和激光点火装置1a。此外，通过带有罩体13，除了在罩体13内混合气形成朝向焦点FP的流动以外，流到罩体13的内侧的混合气的流速也变慢，所以也发挥火焰的冷却变少、火焰成长速度变快的效果。
参照图5对本发明的第3实施方式的激光点火装置1b进行说明。
本实施方式是从上述激光点火装置1去掉了罩体13的结构，在壳体11b的前端保持着保护板12。
在本实施方式中，也除了使通过由预燃室喷孔150产生的旋绕流而产生的朝向水平方向的离心力FCNT作用在油雾上以外，通过相互偏心设置的预燃室喉管部151的内径与预燃室152的内径的差异，能够抑制预燃室152内的流速，抑制油雾向设在保护板12上的激光通过孔121的进入，抑制向光学窗100的附着。在没有保护板12的情况下，形成在预燃室152内的漩涡的中心形成在比聚光点FP靠前端侧的位置，但通过设置保护板12，能够使漩涡的中心与聚光点FP大致一致。结果，能够在混合气浓度比较高、流速比较慢的区域点燃，所以可知能发挥能够减少火焰的冷却损失、火焰成长速度变快的效果。
参照图6，对第4实施方式的激光点火装置1c的概要进行说明。
激光点火装置1c是从激光点火装置1去掉了保护板12、罩体13的结构，在壳体11c的前端保持着光学窗100c，露出到预燃室152c中。
在本实施方式中，也能够通过由设在预燃室管头15上的预燃室喷孔150产生的旋绕流使油雾附着到预燃室喉管部151的壁面及预燃室152的内壁上，所以可知相比比较例1能够显著减少油雾向光学窗100的附着量。
参照图7A、图7B，对本发明的第5实施方式的激光点火装置1d的概要进行说明。
激光点火装置1d从激光点火装置1去掉了保护板12、罩体13，进而在预燃室管头15d中，与上述实施方式同样使预燃室152和预燃室喉管部151d偏心地设置，但将预燃室喷孔150d朝向预燃室喉管部151d的中心集中穿设这一点不同。
本实施方式示出能够发挥本发明的最小限度的结构。
在本实施方式中，在压缩时穿过预燃室喷孔150d的气流为直线前进流，在预燃室喉管部151d内流动，当进入到设在基端侧的预燃室152d内时，随着流速的下降而形成从预燃室152d的中心朝向外侧的涡流。
此时，被直线前进流运送的油雾在惯性下原样直线前进，向预燃室152d的上表面附着，但由于预燃室152d相对于预燃室喉管部151d偏心，进而激光火花塞10的光学窗100c配置在预燃室152d的中心轴AXF上或偏心配置在比中心轴AXF靠外周侧，所以可确认到能够将直接附着到光学窗100c上的油雾的量相比比较例1减少，可知能够发挥本发明的效果。
此外，可知到达光学窗100的油雾的粒径比比较例1小。
参照图8，对第6实施方式的激光点火装置1e的概要进行说明。
在本实施方式中，将设在预燃室管头15d的前端的预燃室喷孔150d朝向中心穿设、并且预燃室152d和预燃室喉管部151d偏心的结构与上述激光点火装置1d是同样的，但将激光火花塞10e设置为不是如上述实施方式那样从激光火花塞10沿轴向发出脉冲激光LSRPLS、而是以相对于预燃室管头15d的中心轴正交的方式从预燃室152d的外周壁发出脉冲激光LSRPLS这一点不同。
另外，在本实施方式中，例示了以脉冲激光LSRPLS与预燃室管头15d的中心轴正交的方式配设的例子，但在本发明中，脉冲激光LSRPLS向预燃室152d的入光角度没有限制。
只要以预燃室喷孔150d的中心轴与预燃室喉管部的中心轴交叉的方式集中地穿设、并且以光学窗100d的中心轴AXL与预燃室152d的中心轴AXF交叉的方式将光学窗100d配置在预燃室152d的内周壁的外侧、使得脉冲激光LSRPLS从预燃室152d的侧面方向入光就可以。
激光火花塞10e，在上述实施方式中使用的激光火花塞10中，设有使脉冲激光LSRPLS的光轴弯折的反射镜106。
在本实施方式中，通过利用在预燃室喉管部151d中直线前进的流动使油雾向预燃室152d的上表面附着，防止了向配设在预燃室152d的侧面侧的光学窗100e的附着。
在本实施方式中，也能够相比比较例1显著实现油雾附着量的减少。
此外，也可以将保护板12及罩体13组合配设，以将本实施方式的激光点火装置1e的光学窗100e覆盖。
参照图9，对本发明的第7实施方式的激光点火装置1f进行说明。
在上述实施方式中，关于向内燃机5的燃烧室500内的燃料的供给装置没有特别限定，可以适当采用周知的燃料喷射装置，既可以是向进气缸内供给的结构，也可以是向燃烧室内的直接供给的结构。除此以外，在本实施方式中，下述的构造不同：在判断为仅有从主燃料喷射阀导入到燃烧室500内的混合气时点燃性较低、难以进行稳定的点火的状况的情况下等，设置辅助燃料喷射阀19，经由在保持器16f内穿设的辅助燃料流路190向预燃室152内辅助地供给燃料。
另外，在本实施方式中示出的附加了辅助燃料喷射阀19及辅助燃料流路190的结构对于上述哪种实施方式都能够应用。
根据本实施方式，与上述实施方式同样，能够持续长期防止光学窗100的脏污而实现稳定的点燃，并且通过辅助燃料的供给能够使点燃更容易。
此外，在将本发明的激光点火装置1应用到外燃机中的情况下，通过利用燃料的喷射压向预燃室152内导入混合气、或使用辅助燃料喷射阀19向预燃室152内导入混合气，能够发挥本发明的效果。
另外，在使用气体燃烧的外燃机中，由于润滑油不会分散到燃烧室内，所以考虑向激光点火装置1的光学窗100的附着的必要性较低。
但是，当在预燃室152内进行混合气的点燃时，可以将由预燃室喷孔150带来的旋绕流用来提高火焰成长速度，或通过在罩体13的内侧产生初始火焰而实现点燃的稳定化，或通过设置保护板12，除了保护光学窗100，还能够使燃烧速度提高，所以将本发明的激光点火装置1应用到外燃机中的情况下的优点很多。
这里，参照图10、图11A、图11B、图11C、图12、表1，对本发明人等为了确认本发明的效果而进行的试验及其结果进行说明。
对一些实施例及比较例进行了流体解析，可知在比较例1中，在压缩时在燃烧室500内发生的较低的流速(例如2m/s以下)的缸内气流当在预燃室喷孔150z内行进时被加速(最大50m/s)，其在预燃室喉管部151z内以高速(例如，中心部为最大50m/s，内周壁附近为30m/s左右)直线前进，在预燃室152z内流速下降(例如，2m/s～10m/s)，中心部直线前进，周边部沿着预燃室152z的内周壁扩展。
但是，在比较例1中，确认了即使在预燃室152z的基端将光学窗100z从中心轴偏心配设，气流也会以比较快的流速(例如5m/s左右)直接冲击到光学窗100z上。
此外，在实施例5中，使用预燃室管头15d，在压缩时与比较例1同样，在燃烧室500内发生的较低的流速(例如2m/s以下)的缸内气流当在预燃室喷孔150d内行进时被加速(例如最大50m/s)。其在预燃室喉管部151d内以高速(例如，中心部为最大50m/s，内周壁附近为30m/s左右)直线前进，除了在相对于预燃室喉管部151d偏心设置的预燃室152内流速下降以外(例如2m/s～10m/s)，还在预燃室152内形成涡流，确认了形成相对于光学窗100大致并行的流动。
在实施例3中，通过使用预燃室管头15，除了在压缩时在燃烧室500内发生的较低的流速(例如5m/s以下)的缸内气流当在预燃室喷孔150内行进时被加速(例如最大50m/s)以外，当向预燃室喉管部151内流入时，成为在周向上旋转的旋绕流，确认了内周壁附近的流速较快、中心部的流速相对变慢。
此外，可知当从预燃室喉管部151向预燃室152喷出时，形成低速(例如5m/s以下)的涡流。
在实施例2中，形成在罩体13的内部的涡流的流速变得很低(例如2m/s以下)，但确认了在罩体13的内外移动的流动，确认了混合气被向罩体13的内侧导入。
表1及图10示出关于油雾向光学窗100的附着量、对比较例1、实施例2、实施例3、实施例5以流体解析求出的结果。具体而言，使粒径10μm，50μm、100μm的油雾从燃烧室500侧流动，如果油雾冲击到各零件的壁面上则判断为附着，计算附着量的合计，用将比较例1的附着总量设为100时的相对值表示。
此外，如图10、表1所示，与比较例1相比，在本发明的实施例5中，附着到光学窗100上的油雾的粒径分布变小，附着量也被减半。
进而，在本发明的实施例2、3中，确认了能够降低到检测极限以下。
[表1]
Figure BDA0001218979720000191
图11A、图11B、图11C示出为了确认点燃性提高效果而准备的试料的概要。
图12将使用图11A、图11B、图11C所示的试料调查罩体13及保护板12的效果的结果与比较例一起示出。
另外，燃烧试验不是向实际的发动机、而是向模拟内燃机的压力容器导入设定为规定的空燃比的气体，使规定的能量的激光脉冲聚光而进行点燃试验。
在图11A中表示为罩A的结构是在本发明的第2实施方式的激光点火装置1a中使罩体13向预燃室152内的突出长度变长(LL例如设定为15.5mm)的激光点火装置1a(A)，在图12B中表示为罩B的结构是在本发明的第2实施方式的激光点火装置1b中使罩体13向预燃室152内的突出长度变短(LS例如设定为10mm)的激光点火装置1a(B)，在图12C中表示为罩C的结构是作为本发明的第1实施方式的激光点火装置1表示的、具备保护板12和罩体13的两者的结构。
此外，在各个实施方式中，形成使罩喷孔130的孔径为φ1.4mm、φ1.6mm、φ1.8mm的3种试样，设空燃比A/F为17.4、24.3、26，将进行燃烧试验的结果表示在图12中。
结果可知，在稀薄燃烧的情况下，第1实施方式的激光点火装置1(罩C：带有保护板12，孔径φ1.6mm)的最大缸内压力较高，到达最大压力为止的时间最短，能够使燃烧速度变快。
可知保护板12不仅使油雾向光学窗100的附着概率下降而防止光学窗100脏污，还能够期待使燃烧速度提高的效果。
此外，使罩体13的突出长度变长的情况(罩A)与使罩体13的突出长度变短的情况(罩B)相比，到达压力较高，压力上升速度也变快。这是因为，罩A与罩B相比，导入到罩体13内的混合气的量相对变多，结果燃烧速度提高。但是，如果使罩体13的突出长度变长，则在点燃性提高的另一方面，罩体13自身受燃烧热而红热，可知有可能导致早燃，或导致罩体13的耐久性的下降。
这里，参照图13A、图13B、图14A、图14B、图15A、图15B、图16A、图16B，对保护板12的更具体的结构和一些变形例12a、12b、12c、12d进行说明。
图13A、图13B所示的保护板12示出对本发明要求的基本的结构。
板基部120的外周形成为以朝向前端成为小径的方式缩径的圆锥台形状。这是因为，通过使板基部120的外形为前端变细形状，减少热容量，实现灭焰效果的降低、及防止因从燃烧火焰的受热造成的早燃的发生。此外，由于板基部120的外周面为朝向燃烧室侧成为小径的圆锥状的锥面，所以在其周围移动的混合气被整流以产生朝向燃烧室侧的流动，所以更加不易发生油雾向光学窗100的附着。
在板基部120的中心，为了使激光脉冲LSRPLS穿过而穿设了以不妨碍光路的方式开口的激光通过孔121。激光通过孔121形成为基端侧的开口径较大而使前端侧的开口径变小的研钵状。
通过使前端侧的开口径变小，油雾向激光通过孔121内进入的概率变低。此外，激光通过孔121的倾斜角度能够根据激光脉冲LSRPLS的聚光角度而适当变更。
在本实施方式中，在保护板12的基端侧形成有以突边状展开的板保持部122，通过将其用上述密封部件14推压，可拆装地保持在激光火花塞10的前端侧。此外，在本实施方式中，表示了保护板12的外周面形成为直线地缩径的圆锥台形状的例子，但也可以通过以朝向内侧突出的圆弧状凹陷，使热容量进一步变小。在此情况下，存在于保护板12的周围的轴向的流动沿着弯曲面被整流而朝向前端侧，所以更加不易发生向光学窗100的附着。
在图14A、图14B所示的变形例12a中，设有一个以上将板基部120a的一部分从光学窗侧表面朝向预燃室侧表面切掉的狭缝状的槽部123。
通过使槽部123的宽度为0.5mm～2mm左右而发挥毛细管作用，吸附油雾。通过设置槽部123，吸附在光学窗100的表面上的油雾通过槽部123的毛细管作用而被从光学窗100的表面吸取，在光学窗100表面更加不易形成沉积物，能够提高激光点火装置1的耐久性。被槽部123吸取的油雾，油中含有的金属在燃烧时氧化，作为金属氧化物向槽部123附着。但是，在燃烧时的爆炸气浪作用下向远离光学窗100的方向飞翔，最终与废气一起向燃烧室外排出。如果槽部123的宽度过小，则金属氧化物容易堵塞而不易剥离，所以优选的是设定在上述范围内。
此外，在板保持部122上，设有缺口槽及销孔等的定位机构124，在将槽部123在特定的方向上穿设的情况下等，当固定保护板12a时能够将组装方向限制为特定的方向。在本变形例12a中，示出了将多个槽部123以放射状均等地配置的例子，但并不限定于此，也可以在特定的方向上拥有偏倚而配置槽部123，将在保护板12a的表面流动的气流用于油雾的排出。
在图15A、图15B所示的变形例12b中，使槽部123相对于保护板12b的中心偏心设置这一点不同。在压缩冲程中油雾流入的情况下，气流穿过槽部123而被整流，在激光通过孔121内形成旋绕流，油雾容易附着在保护板12b的内壁上。此外，在通过脉冲激光LSRPLS的照射而形成了初期火焰时，当膨胀的火焰的一部分穿过槽部123时被整流而产生旋绕流，促进火焰核与混合气的搅拌，还能够期待使火焰成长速度进一步提高。进而，当火焰的一部分穿过槽部123时，有利于将附着在狭缝壁面及保护板12b的内壁上的金属氧化物排出，所以能够长期将保护板12b保持为清洁的状态。
在图16A、图16B所示的变形例12c中，穿设了较多槽部123，将表面积扩大，进一步使油雾吸附性变高。此外，保护板12并不限定于上述实施方式，能够各种各样地变形。
参照图17A、图17B，对作为本发明的主要部的预燃室喉管部151、预燃室152和罩体13的位置关系及其变形例进行说明。
如图17A所示，预燃室152的中心轴AXF相对于预燃室喉管部151的中心轴AXS向单侧偏心配设，罩体13的中心轴AXL与预燃室152的中心轴AXF同心、或更向外周方向偏心。即，在预燃室喉管部151的中心轴AXS与预燃室152的中心轴AXF的距离δF、和预燃室喉管部151的中心轴AXS与罩体13的中心轴AXL的距离δL之间，δF≤δL的关系成立。另外，在上述实施例中，对设δF为3mm、使预燃室152的中心轴AXF与罩体13的中心轴AXL一致的例子进行了试验。
此外，在本实施方式中，将一个罩喷孔130以朝向轴向的方式穿设在罩体13的中心，将5个通气孔130等间隔地排列，以朝向罩体13的中心的方式穿设。但是，优选的是将罩体13的一定的范围作为喷孔形成避免区域，使得不形成罩喷孔130。
这是因为，如果在图17A的由斜线覆盖的喷孔形成避免区域中设置罩喷孔130，则从该位置喷射的火焰的几乎全部与预燃室152的内周壁面直接冲击，在将预燃室管头15的壁面加热时被消耗，不利于混合气的火焰成长，成为能量的浪费。此外，如在图17B中作为变形例表示那样，在罩体13a中，使多个罩喷孔130a相对于中心偏心而穿设，当向罩体13a内的混合气点燃而喷射燃烧火焰时，在预燃室152内形成旋绕流。进而，在本变形例中，也优选的是在图17B中的施以了斜线的范围中不设置罩喷孔130a。
另一方面，在如上述激光点火装置1e那样将脉冲激光LSRPLS从预燃室152e的侧面照射的情况下，优选的是相对于轴向设置喷孔形成避免区域以限制朝向预燃室152e的基端侧的喷射，以使得燃烧火焰不冲击到预燃室152e的基端侧的闭塞面上。另外，本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨就能够适当变更。例如，在上述实施方式中，示出了预燃室喷孔150在周向上以等间隔配设的例子，但通过改变在燃烧室500的进气侧和排气侧喷射的火焰的数量，除了本发明的效果以外，还能够期待实现爆震等的异常燃烧的抑制。

Claims (10)

1.一种激光点火装置(1、1a～1f)，装配在发动机(5)上，至少具备：
激光火花塞(10)，具备：将从激光振荡装置发出的脉冲激光(LSRPLS)向规定的聚光点(FP)聚光的聚光透镜(101)、以及配置在该聚光透镜与上述聚光点之间且保护上述聚光透镜不受上述发动机的燃烧室内产生的燃烧热和燃烧压力的影响的光学窗(100)；以及
预燃室管头(15)，设在上述光学窗与上述燃烧室之间，具有：以筒状划分出一定的容积的预燃室(152)、以比该预燃室小的截面积在轴向上延伸且一端与上述预燃室流体地连通而另一端闭塞的有底筒状的预燃室喉管部(151)、以及在上述预燃室喉管部的闭塞端侧以与上述发动机的燃烧室(500)连通的方式穿设的多个预燃室喷孔(150)，
在上述预燃室的内侧配置上述聚光点，进行导入到上述预燃室的内侧的混合气的点燃，使燃烧火焰从上述预燃室向上述燃烧室喷出，进行上述发动机的点火，
该激光点火装置的特征在于，
上述预燃室(152)配置为比上述预燃室喉管部(151)更靠近上述光学窗(100)，上述预燃室喉管部(151)配置为比上述预燃室(152)更靠近上述预燃室喷孔(150)，
将上述预燃室的中心轴(AXF)相对于上述预燃室喉管部的中心轴(AXS)在水平方向上偏心地配设，
以上述多个预燃室喷孔的中心轴与上述预燃室喉管部的中心轴交叉的方式集中地穿设，并且以上述光学窗的中心轴(AXL)与上述预燃室的中心轴交叉的方式将上述光学窗配置在上述预燃室的内周壁的外侧，使激光从上述预燃室的侧面方向射入。
2.如权利要求1所述的激光点火装置(1、1a～1f)，
上述预燃室喷孔的中心轴(AXN)相对于上述预燃室喉管部的中心轴在从10°到170°的范围内以逐渐展开状倾斜。
3.如权利要求1所述的激光点火装置(1、1b)，
在上述激光从上述光学窗射出的一侧配设有保护板(12)，该保护板(12)将上述光学窗的表面覆盖，并且具有以不妨碍上述激光的光路的方式穿设的激光通过孔(121)。
4.如权利要求3所述的激光点火装置(1、1a～1f)，
使上述保护板的外周面朝向前端缩径。
5.如权利要求3或4所述的激光点火装置(1、1b)，
设有将上述保护板(12a、12b、12c)的面向上述光学窗的光学窗侧表面与面向上述预燃室的预燃室侧表面连通的一个以上的狭缝状的槽部(123)。
6.如权利要求1或2所述的激光点火装置(1、1a)，
配设有将上述光学窗覆盖的罩体(13、13a)，并且穿设有将该罩体的内外连通的多个罩喷孔(130、130a)。
7.如权利要求6所述的激光点火装置(1)，
以上述多个罩喷孔(130)的中心轴与上述罩体的中心轴(AXL)交叉的方式集中地穿设。
8.如权利要求6所述的激光点火装置(1)，
以上述多个罩喷孔(130a)的中心轴不与上述罩体的中心轴(AXL)交叉的方式偏心地穿设。
9.如权利要求1或2所述的激光点火装置(1、1a～1f)，
作为燃料而使用气体燃料。
10.如权利要求1或2所述的激光点火装置(1f)，
在上述发动机中设有供给辅助燃料的辅助燃料喷射阀(19)，并且在上述预燃室管头上穿设有将上述辅助燃料喷射阀与上述预燃室连通的辅助燃料流路(190)。
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