JP2006104972A - 導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの運転を停止することなくレーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質による汚染を回避してレーザ光の着火エネルギーの減少に伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止するとともに、汚染物質の除去にあたってはエンジンの運転を停止することなく除去可能として該汚染物質の除去に伴う無駄なエンジン運転工数を低減し得る導入ガラス体清浄装置を備えた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】 レーザ発振装置からのレーザ光を、レーザ光導入ガラス体を通して、主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面を加熱する加熱手段を設け、該加熱手段により前記レーザ光導入ガラス体の表面に付着した汚染物を焼却するように構成されてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主としてガスエンジン等の予混合燃焼レーザ着火式エンジンに適用され、レーザ発振装置からのレーザ光をレーザ光導入ガラス体を通して、燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、発生し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、導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン及びその運転方法に関する。

予混合希薄燃焼ガスエンジンにおいては、副室に装着した点火プラグによって該副室内の濃混合比ガスに点火して着火し、該着火火炎を主燃焼室内の希薄混合気中に噴出せしめて主燃焼させる点火プラグ着火方式、あるいは副室に装着したパイロット燃料噴射弁によって該副室内の混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火し、該着火火炎を主燃焼室内の希薄混合気中に噴出せしめて主燃焼させるパイロット燃料噴射着火方式に代えて、レーザ光を燃焼室に設けられたターゲットに照射してプラズマ着火を発生させ燃焼室内のガスを着火燃焼させるレーザ着火方式を用いて、希薄混合ガスの着火燃焼を促進するとともに、ＮＯｘの発生量を抑制する技術が提案されている。

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として、特許文献１（特開平８−９３６２０号公報）、及び特許文献２（特開平９−４２１３８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、複数シリンダのシリンダヘッドの上方にミラーを設け、レーザ発振装置からクランク角に同期して着火順序で発射されたレーザ光を前記各ミラーに反射させて、シリンダヘッドに装着されたレーザ光ガイド内に導入し、該レーザ光ガイド内を通して燃焼室内のターゲットに照射するように構成されている。
また、特許文献２の技術においては、レーザ発振装置とピストン表面上に設けた１個のターゲットとの間のレーザ光の光路内にエンジン回転によってレーザ光を常時ターゲット上に照射できるように焦点可変装置を装備している。

特開平８−９３６２０号公報 特開平９−４２１３８号公報

かかるレーザ着火式エンジンにおいては、レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、単室式エンジンの場合はピストン上部空間に形成された主燃焼室内、副室式エンジンの場合は該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室内（以下前記主燃焼室及び副室を燃焼室と総称する）にそれぞれ設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって燃焼室内のガスに着火するように構成されているため、燃焼室に臨んで設置され該燃焼室内のターゲットへのレーザ光を透過する前記レーザ光導入ガラス体の表面は、エンジンの運転中、燃料の燃え残りから生じるカーボンやシリンダ内の飛散した給排気弁やシリンダの潤滑油の燃え残りの油分やカーボンなど多くの汚染物質を含んだ燃焼ガスに晒される。

このため、かかるレーザ着火式エンジンにおいては、前記のようなレーザ光導入ガラス体の表面が多くの汚染物質によって汚染されるため、該集光ガラス体を透過する際にレーザ光の強度が低下してレーザ光の着火エネルギーが減少し、燃焼室内ガスの着火不良を誘発し易くなる。
かかるレーザ光導入ガラス体の表面における汚染物質を除去するには、エンジンを停止してシリンダヘッドを取り外し、前記レーザ光導入ガラス体の表面を清浄化することは可能であるが、この場合は多大な工数を要するとともにエンジンの一時停止による稼動損失も多大となる。
等の問題点がある。
然るに、前記特許文献１（特開平８−９３６２０号公報）及び特許文献２（特開平９−４２１３８号公報）には、かかる問題点を解決する手段は開示されていない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの運転を停止することなくレーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質による汚染を回避してレーザ光の着火エネルギーの減少に伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止するとともに、汚染物質の除去にあたってはエンジンの運転を停止することなく除去可能として該汚染物質の除去に伴う無駄なエンジン運転工数を低減し得る導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面を加熱する加熱手段を設け、該加熱手段により前記レーザ光導入ガラス体の表面に付着した汚染物質を焼却するように構成されてなることを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記加熱手段は、前記レーザ光導入ガラス体に装着された電熱コイルと、該電熱コイルに通電し通電量を制御可能にされた通電手段とにより構成されてなる。

かかる発明によれば、レーザ光導入ガラス体の表面を、好ましくは電熱コイルからなる加熱手段によって加熱し、該表面に付着した汚染物質を焼却するので、エンジンの運転中においても常時レーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質を除去して該表面を清浄に保持することができる。
また通電手段によって、前記レーザ光導入ガラス体の表面における汚染物質の凝着度合いや汚染度に従って、好ましくは運転時間に比例して通電量を増加する等によって、電熱コイルからなる加熱手段の通電量を制御することができるので、レーザ光導入ガラス体の表面を汚染物質の凝着度合いや汚染度に影響されることなく確実に清浄化することができる。

従ってかかる発明によれば、レーザ光導入ガラス体の表面を好ましくは電熱コイルからなる加熱手段によって加熱して該表面に付着した汚染物質を焼却することにより、エンジンの運転を停止することなく、レーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質を除去して該表面による汚染を回避し、かかる汚染によるレーザ光の着火エネルギーの減少及びこれに伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止することができる。
また、かかる発明によれば、前記レーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質を、エンジンの運転を停止することなく除去可能となるので、かかる汚染物質の除去に伴う無駄なエンジン運転工数を低減できる。

また本発明は、前記レーザ着火式エンジンの運転方法において、前記レーザ光導入ガラス体に微弱電流を流して帯電させることにより該レーザ光導入ガラス体表面の異物を除去することを特徴とする。
かかる発明によれば、レーザ光導入ガラス体に微弱電流を流して、該ガラス体全体を帯電させているので、該微弱電流と同電位の埃を前記レーザ光導入ガラス体の表面に付着させることなく燃焼室内に飛散させ焼却することができる。

また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、前記レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布したことを特徴とする。
そして、かかるレーザ着火式エンジンの運転方法において、前記レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布し、前記レーザ光を、エンジンの１サイクルに付き、レーザ着火照射と該レーザ着火照射時から一定期間経過後の前記光触媒塗布面への照射との２回照射する。
また、かかる発明において、前記光触媒塗布面への照射は、波長４００ｎｍ以下の光源の照射により行うのがよい。

かかる発明によれば、好ましくは二酸化チタンからなる光触媒をレーザ光導入ガラス体の表面に塗布し、レーザ着火照射の後、好ましくは上死点前後におけるレーザ着火燃焼後に、該光触媒塗布面に、該光触媒の反応が活性化する波長４００ｎｍ以下の光源を照射して、該光触媒と燃焼ガス中の水分との反応によってレーザ光導入ガラス体の表面をクリーニングし、該表面の汚染を防止することができる。

また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布するとともに、着火用レーザ光を発振する着火用レーザ光発振装置と、該着火用レーザ光とは異なる波長の紫外光を発振するクリーニング用レーザ光発振装置とを備え、前記着火用レーザ光発振装置及びクリーニング用レーザ光発振装置の双方から異なる波長のレーザ光を発振して、燃焼室内ガスの着火及び前記レーザ光導入ガラス体のクリーニングを併せて行うように構成したことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記着火用レーザ光発振装置からの着火用レーザ光とクリーニング用レーザ光発振装置からのクリーニング用レーザ光とを同一光路に集めて前記レーザ光導入ガラス体に入光させるミラーを備える。

かかる発明によれば、着火用レーザ光発振装置とは別個にクリーニング用レーザ光発振装置を設け、該クリーニング用レーザ光発振装置からは該着火用レーザ光とは異なる波長、つまり前記光触媒の反応が活発化する波長４００ｎｍ以下の紫外光を、好ましくは前記着火用レーザ光と同時に発振し、ミラー（好ましくはハーフミラー）を用いて前記着火用レーザ光と紫外光とを同一光路に集めて前記レーザ光導入ガラス体に照射することにより、該紫外光の照射により反応が活性化された光触媒と燃焼ガス中の水分との反応によって、レーザ光導入ガラス体の表面をクリーニングし、該表面の汚染を防止することができる。

また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、燃焼室内に燃料ガスを供給するガス供給通路を開閉するガス供給弁の開弁時に、前記燃料ガスを前記レーザ光導入ガラス体の表面に吹き付けて該表面の汚染物質を除去する手段を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、燃焼用の燃料ガスを、燃焼室内への導入時にレーザ光導入ガラス体の表面に吹き付けるのみで該レーザ光導入ガラス体表面の汚染物質を除去できるので、格別な装置を設けることなく低コストで以ってレーザ光導入ガラス体表面の汚染を防止することができる。

本発明によれば、エンジンの運転を停止することなく、レーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質を除去して該表面による汚染を回避し、かかる汚染によるレーザ光の着火エネルギーの減少及びこれに伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止することができる。
また、前記レーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質を、エンジンの運転を停止することなく除去可能となるので、かかる汚染物質の除去に伴う無駄なエンジン運転工数を低減できる。

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。

図８は本発明が適用される単室式レーザ着火式ガスエンジンにおけるレーザ光伝送システムの全体構成図である。
図８において、１２はガスエンジン（以下エンジンという）のシリンダヘッド、１０はピストン、１１はシリンダライナ、１３は該シリンダヘッド１２、ピストン１０及びシリンダライナ１１により区画形成された燃焼室、２２はコネクチングロッド、２３はクランク軸である。
また、１５は給気ポート、１４は該給気ポート１５を開閉する給気弁、１７は排気ポート、１６は該排気ポート１７を開閉する排気弁である。

１はレーザ光（レーザパルス）０２を発振するレーザ発振装置、２は前記レーザ発振装置１から発振されるレーザ光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は前記レーザ発振装置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２０及び２１が設置されている。
６０は前記シリンダヘッド１２内に設置されたレーザ光集光装置である。
６は該レーザ光集光装置６０のレーザ光導入ガラス体を構成する集光レンズで、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、上面の入光面及び下面の出光面が前記レーザ光伝送管７を通して伝送されるレーザ光０２を前記燃焼室１３内のターゲット５の位置にて集光するような球面に形成されている。

８は前記集光レンズ６の入光面の上部に設置された押え部材で、該集光レンズ６の表面に傷が付かないような軟質材からなる。６ａは該集光レンズ６の下面外周とシリンダヘッド１２との間に介装されたガスケットである。
９は押えねじで、該押えねじ９をシリンダヘッド１２の取付穴内にねじ込むことにより、前記押え部材８を介して前記集光レンズ６を流体密に該取付穴内に固定している。また、前記レーザ光伝送管７の端部は、前記押え部材８内に固定されている。

５１はエンジンの回転数を検出する回転数検出器、５２はエンジンの負荷を検出する負荷検出器、５３はクランク角センサを構成するタイミング円板で回転軸２３ａを介して前記クランク軸２３のクランク角を検出するものである。
３はコントローラで、前記回転数検出器５１からエンジン回転数の検出値が、前記負荷検出器５２からエンジン負荷の検出値が、前記クランク角センサ（タイミング円板）５３からエンジンのクランク角の検出値が夫々入力されて、前記エンジン回転数の検出値あるいは前記エンジン負荷の検出値に基づき、該エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を算出するとともに、前記クランク角検出値に基づき各シリンダの着火順序に従ってのレーザ光０２の発振タイミングを算出して、前記レーザ制御装置２に入力するものである。

かかるレーザ着火式ガスエンジンの運転時において、前記回転数検出器５１からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器５２からのエンジン負荷の検出値、前記クランク角センサ５３からのクランク角の検出値は、コントローラ３に入力される。
そして該コントローラ３においては、前記エンジン回転数の検出値、エンジン負荷の検出値、及びクランク角の検出値に基づき、前記レーザ制御装置２にレーザ発振装置１からのレーザ光０２の発振タイミングの制御信号を出力する。

そして前記レーザ制御装置２は、前記コントローラ３から該レーザ制御装置２に出力されるレーザ光０２の発振タイミングの制御信号に基づき、前記レーザ発振装置１からレーザ光０２を発振せしめる。該レーザ光０２は前記レーザ光伝送管７内を前記ミラー２０、２１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、前記集光レンズ６の入光面から該集光レンズ６に入光し、該集光レンズ６内を透過して出光面から出光し、前記燃焼室１３内のターゲット５の位置にて集光し、混合ガス中に高温のプラズマを発生させ、該ガスを着火燃焼せしめる。

本発明は、かかるレーザ着火式ガスエンジンを含むレーザ着火式エンジンにおけるレーザ光導入ガラス体（集光レンズ）の汚染防止手段に係るものである。
図１（Ａ）は本発明の第１実施例に係る副室レーザ着火式エンジンに係る導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図、図１（Ｂ）はレーザ光導入ガラス体の模式図である。
図１において、１０はエンジンのピストン、１３はシリンダヘッド１２、ピストン１０及びシリンダライナ１１（図８参照）により区画形成された主燃焼室、２５はシリンダヘッド１２内に形成された副室、２５ａは該副室２５と前記主燃焼室１３とを連通する副室噴口である。

２６は前記副室２５の燃料ガス入口を開閉する副室ガス弁であり、該副室ガス弁２６はこれの上部に連結された弁回転装置（図示省略）によって、超低速でステップ的あるいは連続的にある方向に回動せしめられている。
１はレーザ光０２を発振するレーザ発振装置、２６ａは前記副室ガス弁２６の端部に設けられたターゲットである。
３５は前記副室２５の周壁に設置されたレーザ光導入ガラス体で、レーザ光の集光レンズが内設され、該集光レンズを通したレーザ光を透過させるとともに、副室２５内とのガスシールを行うものであり、該レーザ光導入ガラス体３５を透過したレーザ光０２は、前記ターゲット２６ａ上に集光せしめられる。

３５ａは、図１（Ｂ）に示すように、前記レーザ光導入ガラス体３５に装着された電熱コイルである。３２は該電熱コイル３５ａの加熱用の電源、３３ａは該電熱コイル３５ａと電源３２とを接続する電熱回路で、該電熱回路３３ａには該電熱コイル３５ａへの通電量を制御する電流制御装置（通電手段）３３が設置されて加熱手段を構成し、該加熱手段により前記レーザ光導入ガラス体３５を所定の温度で所定時間加熱するようになっている。

かかる第１実施例において、エンジンの運転中には、前記レーザ発振装置１から、エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するパルス間隔、レーザ光エネルギー、照射タイミングで以って発振されたレーザ光０２は、副室ガス弁２６の外周面２６ａに照射される。
そして、エンジンの運転中あるいはエンジン停止中の所要時期に、前記電流制御装置３３により電熱コイル３５ａに通電すると、該電熱コイル３５ａによってレーザ光導入ガラス体３５の表面が加熱されて昇温し、該表面に付着した汚染物質を焼却する。これにより、レーザ光導入ガラス体３５の表面が清浄化され、レーザ光０２の集光、透過性能が上昇する。

従ってかかる第１実施例によれば、レーザ光導入ガラス体３５の表面を、電熱コイル３５ａからなる加熱手段によって加熱し、該表面に付着した汚染物質を焼却するので、エンジン停止時は勿論、エンジンの運転中においても常時レーザ光導入ガラス体３５の表面の汚染物質を除去して該表面を清浄に保持することができる。
また前記電流制御装置（通電手段）３３によって、前記レーザ光導入ガラス体３５の表面における汚染物質の凝着度合いや汚染度に従って、好ましくは運転時間に比例して通電量を増加すること等によって、電熱コイル３５ａの通電量を制御することができるので、レーザ光導入ガラス体３５の表面を汚染物質の凝着度合いや汚染度に影響されることなく確実に清浄化することができる。
これにより、レーザ光導入ガラス体３５の汚染によるレーザ光０２の着火エネルギーの減少及びこれに伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止することができる。

図２は本発明の第２実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）である。
かかる第２実施例において、３２は直流電源で、電気回路３３ａによって前記レーザ光導入ガラス体３５に接続され、該直流電源３２からの微弱電流を電気回路３３ａを介して、前記レーザ光導入ガラス体３５に流して、該レーザ光導入ガラス体３５を帯電させている。
かかる第２実施例によれば、レーザ光導入ガラス体３５に微弱電流を流して、該レーザ光導入ガラス体３５全体を帯電させているので、前記微弱電流と同電位の埃をレーザ光導入ガラス体３５の表面に付着させることなく、主燃焼室１３内に飛散させ、燃焼ガスによって焼却することができる。
その他の構成、作用効果は前記第１実施例（図１（Ａ）、（Ｂ））と同様であり、これと同一の部材、要素は同一の符号で示す。

図３（Ａ）は本発明の第３実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）、（Ｂ）はレーザ光導入ガラス体の概略斜視図である。また、図４（Ａ）は第３実施例におけるレーザ光の照射時期と筒内圧力との関係線図、
図４（Ｂ）はレーザ発振装置のレーザ光波長の強度分布である。２つのピークの高い方は主に着火のために、また、低いほうは波長４００ｎｍ以下で、主に光触媒の活性のためである。
図３（Ａ）において、１０はエンジンのピストン、１３はシリンダヘッド１２、ピストン１０及びシリンダライナ１１（図８参照）により区画形成された主燃焼室、２５はシリンダヘッド１２内に形成された副室、２５ａは該副室２５と前記主燃焼室１３とを連通する副室噴口である。

２６は前記副室２５の燃料ガス入口を開閉する副室ガス弁であり、該副室ガス弁２６はこれの上部に連結された弁回転装置（図示省略）によって、超低速でステップ的あるいは連続的にある方向に回動せしめられている。２６ａは前記副室ガス弁２６の端部に設けられたターゲットである。
１はレーザ光０２を発振するレーザ発振装置、３５は前記副室２５の周壁に設置された前記第１実施例と同様なレーザ光導入ガラス体である。

２は前記レーザ発振装置１から発振されるレーザ光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。５１はエンジンの回転数を検出する回転数検出器、５２はエンジンの負荷を検出する負荷検出器、５３はエンジンのクランク角を検出するクランク角センサである。
３はコントローラで、前記回転数検出器５１からエンジン回転数の検出値が、前記負荷検出器５２からエンジン負荷の検出値が、前記クランク角センサ５３からエンジンのクランク角の検出値が夫々入力されて、前記エンジン回転数の検出値あるいは前記エンジン負荷の検出値に基づき、該エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を算出するとともに、前記クランク角検出値に基づき各シリンダの着火順序に従ってのレーザ光０２の発振タイミングを算出して、前記レーザ制御装置２に入力するものである。

本発明の第３実施例においては、図３（Ｂ）に示されるように、前記レーザ光導入ガラス体３５の表面に二酸化チタン等からなる光触媒３６を塗布し、前記コントローラ３によって、レーザ発振装置１からのレーザ光０２を、エンジンの１サイクルに付き、レーザ光による主燃焼室１３内ガスの着火燃焼のための着火照射と、該レーザ着火照射時から一定期間経過後の前記レーザ光導入ガラス体３５の光触媒３６塗布面へのクリーニング照射との２回照射を行っている。かかるクリーニング照射時におけるレーザ光０２の波長は、図４（Ｂ）のように、光触媒３６の活性度が大きくなるピークが現れる波長４００ｎｍ以下の光源が好適である。

即ち、図４（Ａ）に示されるように、前記コントローラ３は、前記エンジン回転数の検出値あるいは前記エンジン負荷の検出値に基づき、該エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を算出し、前記クランク角検出値に基づき各シリンダの着火順序に従ってのレーザ光０２の発振タイミングを算出して、図４（Ａ）のレーザ着火時期θ１にレーザ光０２を発振するように前記レーザ制御装置２を制御するとともに、図４（Ａ）のクリーニング時期θ２に示されるように、前記レーザ着火照射の後、上死点（ＴＤＣ）前後におけるレーザ着火燃焼後に光触媒３６塗布面へのクリーニング用レーザ光０２を発振するように制御している。

かかる第３実施例によれば、好ましくは二酸化チタンからなる光触媒３６をレーザ光導入ガラス体３５の表面に塗布し、図４（Ａ）にレーザ着火で示されているような上死点（ＴＤＣ）前のレーザ着火照射（θ１）の後、上死点前後におけるレーザ着火燃焼後に、レーザ光導入ガラス体３５の光触媒３６塗布面に、該光触媒３６の反応が活性化する波長３００〜３８０ｎｍのレーザ光０２を照射して（θ２）、該光触媒３６と燃焼ガス中の水分との反応によってレーザ光集光ガラス３５体の表面をクリーニングし、該表面の汚染を防止することができる。

図５は本発明の第４実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示すレーザ光発振装置周辺の模式図である。また、図６（Ａ）は第４実施例におけるレーザ光の照射時期と筒内圧力との関係線図、図６（Ｂ）はレーザ発振装置のレーザ光波長の強度分布である。
かかる第４実施例においては、図５に示すように、前記第３実施例と同様にレーザ光導入ガラス体３５の表面に光触媒３６を塗布するとともに、着火用レーザ光を発振する着火用レーザ光発振装置４０と、該着火用レーザ光とは異なる波長の紫外光を発振するクリーニング用光源４１とを設け、さらに、前記着火用レーザ光発振装置４０からの着火用レーザ光０２とクリーニング用光源４１からの紫外光０３とを同一光路に集めて前記レーザ光導入ガラス体３５に入光させるハーフミラー４２を設けている。

即ち、かかる第４実施例においては、前記各実施例におけるレーザ光発振装置１に相当する着火用レーザ光発振装置４０とは別個にクリーニング用光源４１を設け、該クリーニング用光源４１からは該着火用レーザ光０２（図６（Ｂ）のＢ）とは異なる波長、つまり前記レーザ光導入ガラス体３５の表面に塗布された光触媒３６の反応が活性化する波長４００ｎｍ以下の紫外光からなる光源０３（図６（Ｂ）のＡ）を、ハーフミラー４２を用いて前記着火用レーザ光発振装置４０からの着火用レーザ光０２と紫外光からなる光源０３とを同一光路に集めて前記レーザ光導入ガラス体３５上の光触媒３６に照射している。
従ってかかる第４実施例によれば、前記紫外光０３の照射により反応が活性化された光触媒３６と燃焼室のガス中の水分との反応によって、レーザ光導入ガラス体３５の表面をクリーニングし、該表面の汚染を防止することができる。

図７は本発明の第５実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）である。
かかる第５実施例において、２６は副室２５の副室ガス通路３０の副室２５への燃料ガス入口を開閉する副室ガス弁、２６ａは該副室ガス弁２６の端部に設けられたターゲットである。１はレーザ光０２を発振するレーザ発振装置である。
３５は前記副室２５の周壁に設置された前記第１実施例と同様なレーザ光導入ガラス体である。

かかる第５実施例においては、前記構成に加えて、前記副室ガス弁２６の開弁時に、前記副室ガス通路３０からの燃料ガス３０ａを、前記レーザ光導入ガラス体３５の表面に吹き付けて該表面の汚染物質を除去するように構成している。
かかる第５実施例によれば、燃焼用の燃料ガス３０ａを、副室２５内への導入時にレーザ光導入ガラス体３５の表面に吹き付けるのみで該レーザ光導入ガラス体３５表面の汚染物質を除去できるので、格別な装置を設けることなく低コストで以ってレーザ光導入ガラス体３５表面の汚染を防止することができる。

前記各実施例は、副室式ガスエンジンに本発明を適用したものであるが、本発明は、主燃焼室に主室ガス弁から燃料ガスを直接噴射する副室式ガスエンジン、副室に液体燃料を噴射して着火燃焼させる副室式ディーゼルエンジン、主燃焼室に液体燃料を噴射して着火燃焼させる直接噴射式ディーゼルエンジン等のエンジンを、レーザ着火式エンジンとしたものにおける、レーザ光導入ガラス体あるいはレーザ光集光レンズの清浄化装置として容易に適用できる。

本発明によれば、エンジンの運転を停止することなくレーザ光導入ガラス体の表面の汚染物質による汚染を回避でき、これによりレーザ光の着火エネルギーの減少に伴う燃焼室内ガスの着火不良の発生を防止可能となるとともに、汚染物質の除去にあたってはエンジンの運転を停止することなく除去可能となって該汚染物質の除去に伴う無駄なエンジン運転工数を低減し得る導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジンを提供できる。

（Ａ）は本発明の第１実施例に係る副室レーザ着火式エンジンに係る導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図、（Ｂ）はレーザ光導入ガラス体の模式図である。 本発明の第２実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）である。 （Ａ）は本発明の第３実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）、（Ｂ）はレーザ光導入ガラス体の概略斜視図である。 （Ａ）は前記第３実施例におけるレーザ光の照射時期と筒内圧力との関係線図、（Ｂ）はレーザ発振装置のレーザ光波長の強度分布である。 本発明の第４実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示すレーザ光発振装置周辺の模式図である。 （Ａ）は前記第４実施例におけるレーザ光の照射時期と筒内圧力との関係線図、（Ｂ）はレーザ発振装置のレーザ光波長の強度分布である。 本発明の第５実施例に係る副室レーザ着火式エンジンの導入ガラス体清浄装置の構成を示す模式図（図１対応図）である。 本発明が適用される単室式レーザ着火式ガスエンジンにおけるレーザ光伝送システムの全体構成図である。

符号の説明

１ レーザ発振装置
２ レーザ制御装置
０２ レーザ光
３ コントローラ
１０ ピストン
１２ シリンダヘッド
１３ 主燃焼室
２５ 副室
２６ 副室ガス弁
３２ 電源
３３ 電流制御装置
３５ レーザ光導入ガラス体
３５ａ 電熱コイル
３６ 光触媒
４０ 着火用レーザ光発振装置
４１ クリーニング用光源
４２ ハーフミラー
５１ 回転数検出器
５２ 負荷検出器
５３ クランク角センサ

Claims (9)

1. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面を加熱する加熱手段を設け、該加熱手段により前記レーザ光導入ガラス体の表面に付着した汚染物質を焼却するように構成されてなることを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。
2. 前記加熱手段は、前記レーザ光導入ガラス体に装着された電熱コイルと、該電熱コイルに通電し通電量を制御可能にされた通電手段とにより構成されてなることを特徴とする請求項１記載の導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。
3. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体に微弱電流を流して帯電させることにより該レーザ光導入ガラス体表面の異物を除去することを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジンの運転方法。
4. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布したことを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。
5. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布し、前記レーザ光を、エンジンの１サイクルに付き、レーザ着火照射と該レーザ着火照射時から一定期間経過後の前記光触媒塗布面への照射との２回照射することを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジンの運転方法。
6. 前記光触媒塗布面への照射は、波長４００ｎｍ以下の光源の照射により行うことを特徴とする請求項５記載の導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジンの運転方法。
7. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって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、前記レーザ光導入ガラス体の表面に光触媒を塗布するとともに、着火用レーザ光を発振する着火用レーザ光発振装置と、該着火用レーザ光とは異なる波長の紫外光を発振するクリーニング用レーザ光発振装置とを備え、前記着火用レーザ光発振装置及びクリーニング用レーザ光発振装置の双方から異なる波長のレーザ光を発振して、燃焼室内ガスの着火及び前記レーザ光導入ガラス体のクリーニングを併せて行うように構成したことを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。
8. 前記着火用レーザ光発振装置からの着火用レーザ光とクリーニング用レーザ光発振装置からのクリーニング用レーザ光とを同一光路に集めて前記レーザ光導入ガラス体に入光させるミラーを備えてなることを特徴とする請求項７記載の導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。
9. レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたレーザ光導入ガラス体を通して、ピストン上部空間に形成された主燃焼室あるいは該主燃焼室に副室噴口を介して連通される副室からなる燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、発生し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ガスエンジンにおいて、前記燃焼室内に燃料ガスを供給するガス供給通路を開閉するガス供給弁の開弁時に、前記燃料ガスを前記レーザ光導入ガラス体の表面に吹き付けて該表面の汚染物質を除去する手段を備えたことを特徴とする導入ガラス体清浄装置を備えたレーザ着火式エンジン。

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