JP2005042591A

JP2005042591A - 複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジン及びその運転方法

Info

Publication number: JP2005042591A
Application number: JP2003202099A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Akagawa; 裕和赤川; Tatsuo Takaishi; 龍夫高石; Noriyasu Inanaga; 紀康稲永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】レーザ光を燃焼室内のガスに直接照射して該ガスにレーザ光を吸収させる吸収式レーザ着火方式において、複数パルスのレーザ光におけるパルス間隔及び１パルス当たりのレーザ光エネルギーを制御することにより、レーザ光のエネルギー密度を増大することなく希薄混合ガスへの安定した着火燃焼を可能として、低コストで高い耐久性および良好な整備性を備えた希薄燃焼レーザ着火式エンジン及びその運転方法を提供する。
【解決手段】レーザ発信装置からのレーザ光をレーザ光集光装置に伝送し、該レーザ光集光装置から集光レーザ光を燃焼室内に照射して発生させたプラズマにより前記燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記レーザ発信装置に、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔にて複数パルスのレーザ光を発信せしめるレーザ光発信制御手段を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてガスエンジン等の予混合燃焼エンジンに適用され、レーザ発信装置からのレーザ光をレーザ光集光装置に伝送し、該レーザ光集光装置から集光レーザ光を燃焼室内に照射して発生させたプラズマにより前記燃焼室内のガスに着火するとともに、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とする１パルス当たりのレーザエネルギー及びパルス間隔にて複数パルスのレーザ光を発信するようにした複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジン及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
予混合希薄燃焼ガスエンジンにおいては、希薄混合ガスの着火燃焼を促進するため、点火プラグによって該副室内の濃混合比ガスに点火する点火プラグ着火方式、並びに、副室内の混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火するパイロット燃料噴射着火方式が多く用いられている。
しかしながら、前記点火プラグ着火方式は運転時間の経過とともに点火プラグギャップが増大して着火性能が低下し易く，かつ筒内有効平均圧力の上昇が制限されるという課題があり、また前記パイロット燃料噴射着火方式は、前記課題は解決可能であるが、高圧の燃料噴射システムを必要とするため、構造が複雑かつ高コストとなり，またＴＤＣ（上死点）近傍でパイロット燃料を噴射して燃焼させることからＮＯｘの発生量が多くなるという課題を有している。
【０００３】
そこで、予混合希薄燃焼ガスエンジンにおいては、かかる点火プラグ着火方式及びパイロット燃料噴射着火方式の問題点を解決可能な着火方式として、レーザ光を燃焼室に照射してプラズマ着火を発生させるレーザ着火方式が提案されている。
かかるレーザ着火方式を備えた予混合希薄燃焼ガスエンジンの１つとして、特許文献１（特開２００２−２９５２５６号公報）の技術が提案されている。
特許文献１の技術においては、レーザ発信装置からのレーザ光（紫外光レーザ）を集光レンズで燃焼室内の希薄混合ガス中で集光させて、該混合ガスに集光レーザ光を吸収させることにより高温のプラズマを発生させ、該プラズマにより希薄混合ガスを着火燃焼せしめるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９５２５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ着火式エンジンには、ピストン表面上に固定した耐熱金属製の固体ターゲットにレーザ光を照射する固定ターゲットレーザ着火方式と、燃焼室内のガスに直接レーザ光を照射する吸収式レーザ着火方式とが採用されている。
前記固定ターゲットレーザ着火方式は、ピストン表面上の固体ターゲットにレーザ光を照射することにより、数ｍｊ（ミリジュール）〜１０数ｍｊ程度の低出力にレーザ光源出力で以って数１０万℃という超高温のプラズマを発生させることが可能となる。
【０００６】
一方、前記吸収式レーザ着火方式は、レーザ光を燃焼室内ガス中のレーザ光ピントに直接照射して該ガスにレーザ光を吸収させ、ピント合せした超微小領域のみを高温にするもので、前記ガスが空気の場合には、通常の使用波長域では、該空気はレーザ光エネルギー吸収効率が数％と低率なため、着火に必要なレーザ光源出力は数１００ｍｊ以上という高エネルギーが必要となる。
加えてかかる吸収式レーザ着火方式にあっては、レーザ光源から出力されるレーザ光束の径に対して空気中におけるピントの径は１／２０以下とする必要があることから、レーザ光のエネルギー密度を前記固定ターゲットレーザ着火方式よりも大幅に増大することを要する。
【０００７】
図７には、かかるレーザ着火式ガスエンジンにおけるレーザ光照射タイミング（Ｂ）及びレーザ光エネルギー（Ｃ）の時間変化が示されている。
図に明らかなように、前記特許文献１を含む従来の吸収式レーザ着火方式にあっては、レーザ発信装置からの単一パルスのレーザ光を、上死点直前で燃焼室内のレーザ光ピントに照射している。
かかる単一パルスのレーザ光は、前記のように、燃焼室内ガス中のレーザ光ピントに直接照射して該ガスにレーザ光を吸収させ正常な着火をなさしめるには、数１００ｍｊ以上という高い密度のレーザエネルギーが必要となり、かかるレーザエネルギーは、空気過剰率を大きくするに従い２次関数的に増大する。
【０００８】
即ち、前記従来の吸収式レーザ着火方式にあっては、前記のような高密度のレーザエネルギーのレーザ光を供給するためのレーザ光供給装置が高価格となる。
また、前記のような高エネルギー密度のレーザ光を伝送するには、光ファイバーを使用すると強力なレーザ光によって該光ファイバーに機能不良や焼損等が発生する恐れがあることから、前記レーザ光の伝送手段としては、伝送管とミラーを組み合わせた伝送手段を用いる必要があり、光ファイバーを使用する場合に比べて整備性に課題がある。
さらに、かかる従来の吸収式レーザ着火方式にあっては、前記のように高エネルギー密度のレーザ光がシールガラスを透過するため、シールガラスの表面が溶融、焼損し易いという問題点を抱えている。
従来技術における、以上のような問題点が、吸収式レーザ着火方式をレーザ着火式エンジンに採用困難な主因となっている。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、レーザ光を燃焼室内のガスに直接照射して該ガスにレーザ光を吸収させる吸収式レーザ着火方式において、複数パルスのレーザ光におけるパルス時間間隔を制御することにより、レーザ光のエネルギー密度を増大することなく希薄混合ガスへの安定した着火燃焼を可能として、低コストで高い耐久性および良好な整備性を備えた希薄燃焼レーザ着火式エンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、レーザ発信装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されて該レーザ光を集光するレーザ光集光装置に伝送し、該レーザ光集光装置から集光レーザ光を燃焼室内に照射して発生させたプラズマにより前記燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記レーザ発信装置に、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔にて複数パルスのレーザ光を発信せしめるレーザ光発信制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、かかるレーザ着火式エンジンの運転方法において、レーザ発信装置により、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔にて複数パルスのレーザ光を発信し、該レーザ光を前記レーザ光集光装置により前記燃焼室内のレーザ光ピントに向けて照射することを特徴とする複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジンの運転方法を提案する。
また、前記複数パルスのレーザ光は、各パルスのレーザエネルギーを等値とし、前記パルスの時間間隔を３パルスのときは８μｓ以下、２パルスのときは１０μｓ以下に設定するのがよい。
【００１２】
かかる発明によれば、図６に示すように、通常の１パルスのレーザ光を複数パルスのレーザ光に分割して燃焼室内に照射する場合、各パルスの分割数とパルス間隔（時間間隔）との間には、燃焼室内におけるレーザ正常着火つまり図６における着火確率１００％を可能とする関係が存在することから、例えばパルスの分割数が３パルスのときはパルスの時間間隔を８μｓ以下、パルスの分割数が２パルスのときはパルスの時間間隔を１０μｓ以下というように、燃焼室内に照射されるレーザ光パルスの時間間隔を該燃焼室内におけるレーザ正常着火をなしえる時間間隔に制御することにより、分割パルスの１パルス当たりのレーザエネルギーを単一パルスの場合よりも小さく保持して、燃焼室内におけるレーザ正常着火を実現できる。
【００１３】
従ってかかる発明によれば、レーザ光発信制御手段によって、複数パルスのレーザ光を、燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするようなパルス時間間隔にて発信し、該レーザ光を前記レーザ光集光装置により前記燃焼室内のレーザ光ピントに向けて照射することにより、１パルス当たりのレーザエネルギーを単一パルスの場合よりも小さく保持して、レーザ光のエネルギー密度を増大することなく希薄混合ガスへの安定した吸収式レーザ着火方式によるレーザ着火燃焼を実現できる。
【００１４】
これにより、レーザ発信装置を含むレーザ光供給設備に高エネルギー密度のレーザ光を供給するための高価格の設備が不要となって、低コストのレーザ光供給設備で以って、空気リッチの希薄混合ガスへの安定した着火燃焼をなすことができる。
また、レーザ発信装置から伝送管内あるいは光ファイバーを通してレーザ光集光装置のシールガラスを透過するレーザ光のエネルギー密度が小さくなるので、高エネルギー密度のレーザ光が透過することによるシールガラスの溶融、焼損の発生を回避できるとともに、レーザ光のエネルギー密度が小さくなることによりレーザ光の伝送手段として光ファイバーの採用が可能となり、装置の整備性が向上する。
【００１５】
また、かかる発明において、好ましくは、前記燃焼室内における燃焼光モードを検出する光センサを備え、前記レーザ光発信制御手段は、前記光センサで検出された燃焼光モードと、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による基準燃焼光モードとを対応させて、前記レーザ発信装置に前記燃焼室内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モードになるようなパルス時間間隔を有する複数パルスのレーザ光を発信せしめるように構成されてなる。
また、前記に加えて、エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、クランク角を検出するクランク角検出器とを設け、前記レーザ光発信制御手段は、該エンジン回転数及びクランク角に対応して、前記レーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔を有する前記基準燃焼光モードを設定するように構成する。
【００１６】
そしてかかる構成を備えたレーザ着火式エンジンの運転方法として、燃焼室内における燃焼光モードを検出するとともに、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による複数パルスの基準燃焼光モードを設定し、前記検出された燃焼光モードと前記基準燃焼光モードとを対応させて前記燃焼室内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モードになるようなパルス時間間隔を有する複数パルスのレーザ光を発信せしめるレーザ着火式エンジンの運転方法を提案する。
さらにかかる運転方法において、前記基準燃焼光モードをエンジン回転数及びクランク角に対応して、前記レーザ正常着火を可能とする複数パルスのパルス時間間隔を有するように設定するのがよい。
【００１７】
このように構成すれば、燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による複数パルスの基準燃焼光モードを設定しておき、光センサで燃焼光モードを検出し、レーザ光発信制御手段によって、燃焼室内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モードつまり小さいレーザエネルギーの複数パルスになるようなパルス時間間隔のレーザ光照射での、燃焼室内における確実なレーザ着火燃焼を監視することができ、小さいレーザエネルギーで以って常時失火のない安定的な着火燃焼を保持できる。
これにより、比較的小さいレーザエネルギーで着火可能である反面、始動時及び低負荷からの負荷増大時にレーザ着火燃焼性に課題がある含水素系ガス燃料使用エンジンにあっても、前記光センサを用いたレーザ着火燃焼の監視制御によって、前記始動時及び低負荷からの負荷増大時における着火燃焼性を良好に保持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１は本発明の実施例に係る複数パルスレーザ照射レーザ着火式ガスエンジンシリンダ中心線に沿う断面図、図２は図１のＸ部拡大図、図３は図１のＹ部拡大図である。図４はレーザパルス制御ブロック図である。図５はレーザ光照射のタイミング線図である。図６はパルス時間間隔と着火確率の関係線図である。
【００２０】
本発明の実施例を示す図１において、３１はガスエンジン（以下エンジンという）のシリンダヘッド、３３はピストン、３４はシリンダライナ、３２は該シリンダヘッド３１、ピストン３３及びシリンダライナ３４により区画形成された燃焼室である。また、４１は給気ポート、３９は該給気ポート４１を開閉する給気弁、４２は排気ポート、４０は該排気ポート４２を開閉する排気弁である。
【００２１】
１はレーザ光（レーザパルス）０２を発信するレーザ発信装置、２は前記レーザ発信装置１から発信されるレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を制御するレーザ制御装置である。
７は前記レーザ発信装置１からのレーザ光０２を後述するレーザ光集光装置６０に伝送するためのレーザ光伝送管である。該レーザ光伝送管７の曲がり部にはレーザ光０２を反射するミラー７１及び７２が設置されている。
尚、後述するように、かかる実施例においては、前記レーザ発信装置１からのレーザ光エネルギーを少なくすることができるので、前記ミラー７１及び７２を備えたレーザ光伝送管７に代えて、光ファイバーを使用することが可能である。
【００２２】
５０は前記燃焼室３２内における燃焼光モードを検出する光センサで、前記シリンダヘッド３１の取付穴３１ｂ（図２参照）内に嵌合されている。
該光センサ５０の取付部の詳細を示す図２において、０５１はセンサ（センサ本体）、５２はシールガラスで、該シールガラス５２は透明な耐熱ガラスからなり、燃焼室３２とのガスシールを行うとともに該燃焼室３２内からの燃焼光を前記センサ０５１側へ透過する。
【００２３】
５３は前記シールガラス５２の上下面に接して設けられたガスケット、５４は前記シリンダヘッド３１の取付穴３１ｂにねじ込まれた取付ナットで、該取付ナット５４をねじ部５４ｂを介してシリンダヘッド３１にねじ込むことにより、前記ガスケット５３及びシールガラス５２を押圧し、燃焼室３２側のガスシールを行っている。５５は前記センサ０５１の出力取り出し用の導線で、前記取付ナット５４の穴５４ａ内を通して後述するコントローラ３に接続されている。
【００２４】
５１はエンジンの回転数を検出する回転数検出器である。３８はクランク角検出用のタイミング円板で、回転軸３７を介して前記クランク軸３６に連結されて、クランク角を検出している。
３は後述する制御動作を行うコントローラで、前記光センサ０５０から燃焼室３２内における燃焼光モードの検出信号が、前記回転数検出器５１からエンジンの回転数の検出値が、前記タイミング円板３８からエンジンのクランク角の検出値が夫々入力されて、これらの検出信号に基づく演算、制御信号をレーザ制御装置２に出力するものである。
【００２５】
前記レーザ光集光装置６０の詳細を示す図３において、６４は集光シールガラスで、石英ガラス等の耐熱性を有する透明ガラスにて構成され、上面の入光面６４ａ及び下面の出光面６４ｂが前記レーザ光伝送管７を通して伝送されるレーザ光を前記燃焼室３２内のレーザ光ピント８０の位置にて集光するような球面に形成されている。
６２ａは前記集光シールガラス６４の入光面６４ａの上部に設置された押え部材で、該集光シールガラス６４の表面に傷が付かないような軟質材からなる。
０７６は該押え部材６２ａを締め付けるためのシールガラス押えねじ、０６５は該集光シールガラス６４の上、下面外周とシールガラス押えねじ０７６及びシリンダヘッド３１との間に介装されたガスケットである。
７３は押えねじで、該押えねじ７３をシリンダヘッド３１の取付穴内にねじ込む（７３ａはねじ部）ことにより、前記押え部材６２ａを介して前記集光シールガラス６４を流体密に該取付穴内に固定している。また、前記レーザ伝送管７の端部は伝送管支持材７４を介して、前記押え部材６２ａ内に固定されている。
【００２６】
次に、図１及び図２に基づきかかる構成からなる複数パルスレーザ照射レーザ着火式ガスエンジンの動作を説明する。
前記回転数検出器５１からのエンジン回転数の検出値、前記タイミング円板３８からのクランク角の検出値はコントローラ３の正常パルス波形選出部１２に入力される。１３は正常パルス波形設定部で、前記燃焼室３２内におけるレーザ正常着火を可能とする複数パルスのパルス時間間隔に基づくクランク角ベースの基準燃焼光モードが、エンジン回転数に対応して設定されている。
【００２７】
即ち、図６に示すように、通常の１パルスのレーザ光を複数パルスのレーザ光に分割して燃焼室３２内に照射する場合、各パルスの分割数とパルス間隔（時間間隔）との間には、該燃焼室３２内におけるレーザ光０２による正常着火つまり図６における着火確率１００％を可能とする関係が存在する。
図６において、例えばパルスの分割数が３パルスのときはパルスの時間間隔を８μｓ以下、パルスの分割数が２パルスのときはパルスの時間間隔を１０μｓ以下にすれば、正常着火つまり図６における着火確率１００％が可能となる。そして、このときの１パルス当たりのレーザエネルギーＥ_Ｒは単一パルスの場合よりも小さくなる。
前記正常パルス波形設定部１３には、このようにして求められた正常着火つまり着火確率１００％を可能とするパルスの分割数及びパ複数パルスの時間間隔からなる基準燃焼光モードが設定されている。
【００２８】
前記正常パルス波形選出部１２においては、前記回転数検出器５１からのエンジン回転数の検出値及びタイミング円板（クランク角検出器）３８からのクランク角の検出値に基づき、前記正常パルス波形設定部１３に設定されている検出回転数に対応するクランク角ベースの基準燃焼光モードを選出して、パルス波形比較部１１に入力する。
該パルス波形比較部１１には、前記光センサ０５０から前記燃焼室３２内における燃焼光モード、つまり図５のＡに示されるような、レーザパルス数に対応したプラズマ１、２…が表れた燃焼光モードの検出値が入力されている。
【００２９】
そして、該パルス波形比較部１１においては、前記光センサ０５０からの燃焼光モードの検出値と前記正常パルス波形選出部１２にて選出された検出回転数に対応するクランク角ベースの基準燃焼光モードとを比較し、レーザパルス数及びレーザパルス時間間隔の偏差をパルス波形補正量算出部１４に入力する。
該パルス波形補正量算出部１４においては、前記レーザパルス数及びレーザパルス時間間隔の偏差に相当するレーザパルス数及びレーザパルス時間間隔の補正量を算出してレーザ制御装置２に入力する。
該レーザ制御装置２においては、前記レーザ発信装置１から、前記レーザパルス分割数及びレーザパルス時間間隔の補正量で補正したレーザ光０２を発信せしめる。
【００３０】
前記レーザ発信装置１から、前記のような分割数及びレーザパルス時間間隔で発信されたレーザ光０２は、図３に示すように、各シリンダのレーザ光伝送管７内を前記ミラー７１、７２に反射されながら前記レーザ光集光装置６０に達する。
該レーザ光集光装置６０においては、レーザ光０２は、前記集光シールガラス６４の入光面６４ａから該集光シールガラス６４に入光し、該集光シールガラス６４内を透過して出光面６４ｂから出光し、前記燃焼室３２内のレーザ光ピント８０の位置にて集光するように照射され、燃焼室３２内のガスに吸収されて高温のプラズマを発生させ、該ガスを着火燃焼せしめる。
【００３１】
図５には、前記コントローラ３によるレーザ光０２照射タイミングと光センサ５０の出力との関係線図を示す。図のＡは光センサ５０の出力、Ｂはレーザ光０２照射タイミング、Ｃはレーザエネルギー、Ｄはエンジンのサイクルである。
前記コントローラ３から、レーザ制御装置２に出力されるレーザ発信装置１からのレーザ光０２の発信タイミングの制御信号は、図５に示すように、クランク角で上死点前数度（１０°程度）で、前記のように正常着火つまり着火確率１００％を可能とするパルスの分割数及びパルス時間間隔（図６に示すように、パルスの分割数が２パルスのときはパルスの時間間隔を１０μｓ以下）の複数パルスを発信する。これにより、図５のＡに示されるようにパルスの分割数に対応した数のプラズマが連続的に発生し、単一パルスの場合よりも小さいレーザエネルギーＥ_Ｒで正常着火をなすことができる。
【００３２】
かかる実施例によれば、コントローラ３に、燃焼室３２内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による複数パルスの基準燃焼光モードを設定しておき、光センサ５０で燃焼光モードを検出し、該コントローラ３によって、燃焼室３２内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モード、つまり小さいレーザエネルギーの複数パルスになるようなパルス時間間隔のレーザ光照射での、燃焼室３２内における確実なレーザ着火燃焼を監視することができる。これにより、１パルス当たりのレーザエネルギーを単一パルスの場合よりも小さく保持して、レーザ光のエネルギー密度を増大することなく、希薄混合ガスへの安定した吸収式レーザ着火方式によるレーザ着火燃焼を実現できる。
【００３３】
従ってかかる実施例によれば、レーザ発信装置１からレーザ光伝送管７内（あるいは、図示しない光ファイバー）を通してレーザ光集光装置６０に伝送されるレーザ光０２のエネルギー密度を増大することなく、空気リッチの希薄混合ガスの安定した着火燃焼をなすことが可能となる。よって、前記レーザ発信装置１を含むレーザ光供給設備に高エネルギー密度のレーザ光を供給するための高価格の設備が不要となる。
【００３４】
また、前記レーザ発信装置１から発信され、レーザ光集光装置６０のシールガラス６４を透過するレーザ光０２のエネルギー密度が小さくなるので、高エネルギー密度のレーザ光が透過することによるシールガラス６４の溶融、焼損の発生を回避できるとともに、レーザ光のエネルギー密度が小さくなることによりレーザ光０２の伝送手段として、前記レーザ光伝送管７よりも整備性の良好な光ファイバーの採用が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、レーザ光発信制御手段によって、複数パルスのレーザ光を、燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするようなパルス時間間隔にて発信し、該レーザ光を前記レーザ光集光装置により前記燃焼室内のレーザ光ピントに向けて照射することにより、１パルス当たりのレーザエネルギーを単一パルスの場合よりも小さく保持して、レーザ光のエネルギー密度を増大することなく希薄混合ガスへの安定した吸収式レーザ着火方式によるレーザ着火燃焼を実現できる。
【００３６】
これにより、レーザ発信装置を含むレーザ光供給設備に高エネルギー密度のレーザ光を供給するための高価格の設備が不要となって、低コストのレーザ光供給設備で以って、空気リッチの希薄混合ガスへの安定した着火燃焼をなすことができる。
また、レーザ発信装置から伝送管内あるいは光ファイバーを通してレーザ光集光装置のシールガラスを透過するレーザ光のエネルギー密度が小さくなるので、高エネルギー密度のレーザ光が透過することに伴うシールガラスの溶融、焼損の発生を回避できるとともに、レーザ光のエネルギー密度が小さくなることによりレーザ光の伝送手段として光ファイバーの採用が可能となり、装置の整備性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る複数パルスレーザ照射レーザ着火式ガスエンジンシリンダ中心線に沿う断面図である。
【図２】図１のＸ部拡大図である。
【図３】図１のＹ部拡大図である。
【図４】レーザパルス制御ブロック図である。
【図５】レーザ光照射のタイミング線図である。
【図６】パルス時間間隔と着火確率の関係線図である。
【図７】従来技術に係るレーザ光照射のタイミング線図である。
【符号の説明】
１レーザ光発信装置
２レーザ制御装置
０２レーザ光
３コントローラ
７レーザ光伝送管
３１シリンダヘッド
３２燃焼室
３３ピストン
３６クランク軸
３８タイミング円板
５０光センサ
５１回転数検出器
５２シールガラス
６０レーザ光集光装置
６４集光シールガラス
８０レーザ光ピント

Claims

レーザ発信装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されて該レーザ光を集光するレーザ光集光装置に伝送し、該レーザ光集光装置から集光レーザ光を燃焼室内に照射して発生させたプラズマにより前記燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記レーザ発信装置に、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔にて複数パルスのレーザ光を発信せしめるレーザ光発信制御手段を備えたことを特徴とする複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジン。
前記燃焼室内における燃焼光モードを検出する光センサを備え、前記レーザ光発信制御手段は、前記光センサで検出された燃焼光モードと、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による基準燃焼光モードとを対応させて、前記レーザ発信装置に前記燃焼室内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モードになるようなパルス時間間隔を有する複数パルスのレーザ光を発信せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジン。
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記エンジンのクランク角を検出するクランク角検出器とを備え、前記レーザ光発信制御手段は、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値及び前記クランク角検出器からのクランク角の検出値に基づき該エンジン回転数及びクランク角に対応して、前記レーザ正常着火を可能とする複数パルスのパルス時間間隔を有する前記基準燃焼光モードを設定するように構成されてなることを特徴とする請求項２記載の複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジン。
レーザ発信装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されて該レーザ光を集光するレーザ光集光装置に伝送し、該レーザ光集光装置から集光レーザ光を燃焼室内に照射して発生させたプラズマにより前記燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンの運転方法において、前記レーザ発信装置により、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔にて複数パルスのレーザ光を発信し、該レーザ光を前記レーザ光集光装置により前記燃焼室内のレーザ光ピントに向けて照射することを特徴とする複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジンの運転方法。
前記複数パルスのレーザ光は、各パルスのレーザエネルギーを等値とし、前記パルス時間間隔を３パルスのときは８μｓ以下、２パルスのときは１０μｓ以下に設定することを特徴とする請求項４記載の複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジンの運転方法。
前記燃焼室内における燃焼光モードを検出するとともに、前記燃焼室内におけるレーザ正常着火を可能とするパルス時間間隔による複数パルスの基準燃焼光モードを設定し、前記検出された燃焼光モードと前記基準燃焼光モードとを対応させて前記燃焼室内における燃焼光モードが前記基準燃焼光モードになるようなパルス時間間隔を有する複数パルスのレーザ光を発信せしめることを特徴とする請求項４記載の複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジンの運転方法。
前記エンジンの回転数を検出するとともに前記エンジンのクランク角を検出し、前記エンジン回転数の検出値及び前記クランク角の検出値に基づき該エンジン回転数及びクランク角に対応して、前記レーザ正常着火を可能とする複数パルスのパルス時間間隔を有する前記基準燃焼光モードを設定することを特徴とする請求項６記載の複数パルスレーザ照射レーザ着火式エンジンの運転方法。