JP2006132492A - Laser igniting engine with laser beam transmission prism - Google Patents
Laser igniting engine with laser beam transmission prism Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006132492A JP2006132492A JP2004324982A JP2004324982A JP2006132492A JP 2006132492 A JP2006132492 A JP 2006132492A JP 2004324982 A JP2004324982 A JP 2004324982A JP 2004324982 A JP2004324982 A JP 2004324982A JP 2006132492 A JP2006132492 A JP 2006132492A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- target
- engine
- prism
- ignition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して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であって、レーザ光を屈折させて燃焼室内に照射するレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジンに関する。 The present invention is mainly applied to a premixed combustion laser ignition type engine such as a gas engine, and irradiates laser light from a laser oscillation device to a target provided in a combustion chamber through laser light transmission means such as an optical fiber. The present invention relates to a laser ignition engine configured to ignite a gas in the combustion chamber by plasma generated by the above, and includes a laser light transmitting prism that refracts laser light and irradiates the combustion chamber.
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。 In a premixed lean combustion gas engine, a rich mixture ratio gas in the auxiliary chamber is ignited and ignited by an ignition plug attached to the auxiliary chamber, and the ignition flame is injected into the lean mixture in the main combustion chamber to perform main combustion. A pilot fuel is injected into the mixed gas in the auxiliary chamber by a spark plug ignition method or a pilot fuel injection valve mounted in the auxiliary chamber to ignite, and the ignition flame is injected into a lean mixture in the main combustion chamber. Instead of the pilot fuel injection ignition system that performs main combustion, a laser ignition system that irradiates a target in a combustion chamber with laser light to generate plasma ignition and ignite and burn gas in the combustion chamber. A technique for promoting ignition combustion and suppressing the amount of NOx generated has been proposed.
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7−217521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、レーザ光の光路内に複数のウェッジ基板を設置し、該ウェッジ基板を通したレーザ光を、集光レンズを介してピストン表面上に設けたターゲットに照射している。
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。
As a premixed lean combustion gas engine equipped with such a laser ignition system, techniques of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-217521) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-42138) have been proposed.
In the technique of Patent Document 1, a plurality of wedge substrates are installed in the optical path of laser light, and laser light passing through the wedge substrates is irradiated to a target provided on the piston surface via a condenser lens. .
Further, in the technique of
かかるレーザ着火式エンジンにおいては、通常は、特許文献1(特開平7−217521号公報)、あるいは特許文献2(特開平9−42138号公報)に開示されている技術のように、レーザ発振装置から光ファイバー等のレーザ光伝送手段を介して伝送されたレーザ光を、シリンダヘッドの上方から垂直方向に入射して、該シリンダヘッド内に設置された集光レンズを通し、ピストン表面上に設けた固体ターゲットに照射している。 In such a laser ignition type engine, a laser oscillation device is usually used as in the technique disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-217521) or Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-42138). The laser beam transmitted from a laser beam transmission means such as an optical fiber is incident vertically from above the cylinder head, and is provided on the piston surface through a condenser lens installed in the cylinder head. Irradiating a solid target.
このため、かかる従来技術にあっては、ターゲットとして固体ターゲットを用いる場合には、レーザ光を垂直方向(シリンダ軸心方向)に燃焼室内に入射せしめることから、ターゲットは必然的にピストン上面等に設置せざるを得ない。
従って、かかる従来技術にあっては、ターゲットの設置位置が垂直方向のレーザ光を受け得るピストン上面に制限され、またターゲット自体もピストン上面に設置し得る部材に限定されることとなって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体に選択の余地がなく、良好なレーザ着火性能が得られるレーザ光とターゲットとの最適関係が得られ難い。
等の問題点がある。
For this reason, in such a conventional technique, when a solid target is used as the target, the laser beam is incident in the combustion chamber in the vertical direction (cylinder axis direction), so that the target is necessarily on the upper surface of the piston or the like. It must be installed.
Therefore, in such a conventional technique, the installation position of the target is limited to the upper surface of the piston that can receive the laser beam in the vertical direction, and the target itself is also limited to a member that can be installed on the upper surface of the piston. There is no room for selection in the installation position and the target itself, and it is difficult to obtain an optimum relationship between the laser beam and the target, which can provide good laser ignition performance.
There are problems such as.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置を広範囲に選択可能とするとともに、ターゲット自体も広範囲の部材を使用可能として、良好なレーザ着火性能を得るのに最適なレーザ光とターゲットとの関係を設定可能としたレーザ着火式エンジンを提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention makes it possible to select a target installation position in a wide range when using a solid target as a target, and also to use a wide range of members for the target itself, so that good laser ignition performance is achieved. An object of the present invention is to provide a laser ignition type engine capable of setting a relationship between an optimum laser beam and a target to obtain.
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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して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、前記エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着したことを特徴とする。 The present invention achieves such an object, and irradiates laser light from a laser oscillation device to a target provided in a combustion chamber through laser light transmission means such as an optical fiber, and plasma generated by the irradiation causes the laser to emit light in the combustion chamber. In a laser ignition type engine configured to ignite gas, a prism that refracts the laser light in the direction of the target and irradiates the target is mounted on a cylinder head of the engine.
かかる発明において好ましくは、次の2つの態様をとるのがよい。
(1)前記ターゲットを前記エンジンの排気弁または吸気弁のいずれか一方の前記燃焼室内に臨む部位に設け、前記レーザ光が前記プリズムで屈折されて前記燃焼室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成する。
(2)前記エンジンが副室式ガスエンジンの場合には、前記ターゲットを前記エンジンの副室ガス供給弁の副室内に臨む部位に設け、前記レーザ光がシリンダヘッドに設けられた前記プリズムで屈折されて前記副室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成する。
In this invention, it is preferable to take the following two aspects.
(1) The target is provided in a portion facing either the exhaust valve or the intake valve of the engine facing the combustion chamber, and the laser light is refracted by the prism, passes through the combustion chamber, and is irradiated onto the target. Configure as follows.
(2) When the engine is a sub-chamber type gas engine, the target is provided in a portion facing the sub-chamber of the sub-chamber gas supply valve of the engine, and the laser beam is refracted by the prism provided in the cylinder head. And configured to pass through the sub-chamber and irradiate the target.
かかる発明によれば、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プリズムによってほぼ直角方向に屈折させてターゲットに照射するので、該プリズムを通して燃焼室内に入射したレーザ光を、該燃焼室内をほぼ水平方向に透過して、排気弁または吸気弁に設けられたターゲットに容易に照射でき、また副室式ガスエンジンの場合にはシリンダヘッドに設けられたプリズムによってほぼ直角方向に屈折させて副室ガス供給弁の副室内に臨む部位に設けたターゲットに容易に照射でき、さらにはプリズムの取付け方向及び屈折角を該プリズムから出光後のレーザ光がピストン上面に向かうように調整することにより、ピストン上面に設けられたターゲットに容易に照射できることとなる。 According to this invention, the laser light from the laser oscillation device is refracted in a substantially right angle direction by the prism mounted on the cylinder head and irradiated to the target, so that the laser light incident through the prism and entering the combustion chamber is It can pass through the room almost horizontally and easily irradiate the target provided on the exhaust valve or intake valve. In the case of a sub-chamber type gas engine, it is refracted in a substantially right angle by a prism provided on the cylinder head. The target provided in the sub chamber of the sub chamber gas supply valve can be easily irradiated, and the prism mounting direction and refraction angle are adjusted so that the laser beam emitted from the prism is directed to the upper surface of the piston. Thus, the target provided on the upper surface of the piston can be easily irradiated.
従ってかかる発明によれば、プリズムの取付け方向及び屈折角を調整することにより、レーザ光をシリンダヘッド上方から垂直方向に投入するというレーザ光の最も簡単な投入手段を用いた状態で以って、ターゲットを燃焼室内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット自体についても、排気弁の側部、吸気弁の側部、ピストンの上面、副室式ガスエンジンの場合には副室ガス供給弁の側部のあらゆる部位をターゲットとして用いることが可能となる。
これにより、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も燃焼室内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。
Therefore, according to this invention, by adjusting the prism mounting direction and the refraction angle, it is possible to use the simplest laser beam injection means for laser beam injection in the vertical direction from above the cylinder head. The target can be installed in any place in the combustion chamber. The target itself is the side of the exhaust valve, the side of the intake valve, the top surface of the piston, and in the case of a sub-chamber gas engine, the sub-chamber gas supply valve Any part of the side of the can be used as a target.
Thereby, when using a solid target as a target, the target installation position can be selected in a wide range, and the target itself can also use a wide range of members in the combustion chamber. The optimum one can be selected to obtain a good laser ignition performance of the engine.
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、前記プリズムを前記燃焼室の外側に設置するとともに、該プリズムの出光面と前記燃焼室との間に、該プリズムで屈折されたレーザ光が透過するとともに前記燃焼室内と該プリズムとの間のガスシールを行うレーザ光導入ガラスを設けたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記プリズムの出光面を円形状に形成し、該プリズムを前記出光面と前記燃焼室内とを流体蜜に保持し取付部材により前記エンジンに装着する。
According to the present invention, in the laser ignition engine, the prism is installed outside the combustion chamber, and laser light refracted by the prism is transmitted between the light exit surface of the prism and the combustion chamber. In addition, a laser beam introduction glass for performing a gas seal between the combustion chamber and the prism is provided.
Preferably, in this invention, the light exit surface of the prism is formed in a circular shape, and the light exit surface and the combustion chamber are held in fluid nectar and attached to the engine by an attachment member.
かかる発明によれば、プリズムを前記燃焼室の外側に設置して該プリズムの出光面と燃焼室との間に燃焼室内とプリズムとの間のガスシールを行うレーザ光が透過可能な材料からなるレーザ光導入ガラスを設置したので、プリズムが燃焼室内の燃焼ガスに晒されるのを回避でき、該プリズムの耐久性が向上する。
また、プリズムの出光面を円形状に形成して該出光面と燃焼室内とを流体蜜に保持して、取付部材によりエンジンに装着する構造とすれば、プリズムの出光面が円形状面であるので、燃焼室側とのガスシールが簡単な構造でかつ確実にできる。
According to this invention, the prism is installed outside the combustion chamber, and the laser beam that performs gas sealing between the light emission surface of the prism and the combustion chamber between the combustion chamber and the prism is made of a material that can be transmitted. Since the laser beam introduction glass is installed, the prism can be prevented from being exposed to the combustion gas in the combustion chamber, and the durability of the prism is improved.
Further, if the light exit surface of the prism is formed in a circular shape, the light exit surface and the combustion chamber are held in fluid nectar, and the structure is attached to the engine by an attachment member, the light exit surface of the prism is a circular surface. Therefore, the gas seal with the combustion chamber side can be ensured with a simple structure.
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、該エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着するとともに、前記燃焼室内のガス内に火花放電して該ガスを着火燃焼せしめる点火プラグを設け、さらに前記レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミング及び前記点火プラグによる火花点火タイミングを制御するコントローラをそなえたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記コントローラは、前記エンジンの始動時には前記点火プラグによる火花点火と前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火とを併用し、一定負荷を超える中、高負荷運転域では前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火燃焼を行うように構成されてなる。
In the laser ignition engine, a prism for refracting the laser light in the direction of the target and irradiating the target is mounted on the cylinder head of the engine, and spark discharge is generated in the gas in the combustion chamber. An ignition plug for igniting and burning the gas is provided, and a controller for controlling the emission timing of the laser light from the laser oscillation device and the spark ignition timing by the ignition plug is provided.
In this invention, preferably, the controller uses both spark ignition by the spark plug and plasma ignition by laser light from the laser oscillation device at the time of starting the engine. It is configured to perform plasma ignition combustion by laser light from a laser oscillation device.
かかる発明によれば、レーザ光を屈折させるプリズムを通してターゲットに照射するレーザ光による着火手段と、点火プラグの火花点火による着火手段とを併設して、レーザ光による着火手段のレーザ光発射タイミングと、点火プラグによる着火手段の点火タイミングとをコントローラによって制御するので、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグによる着火手段の使用に容易に切り換えることができて、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、大きな着火エネルギーを必要とするエンジンの始動時には、前記レーザ光による着火手段と点火プラグによる着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性を向上できる。
According to this invention, the laser beam firing timing of the ignition means by the laser beam, the ignition means by the laser beam that irradiates the target through the prism that refracts the laser beam, and the ignition means by the spark ignition of the spark plug, Since the ignition timing of the ignition means by the spark plug is controlled by the controller, when a malfunction such as a failure occurs in the ignition means by the laser light, it can be easily switched to the use of the ignition means by the spark plug, Even if a malfunction such as a failure occurs in the ignition means by the laser beam, the engine can be operated without any trouble.
Further, at the time of starting an engine that requires a large ignition energy, the ignition / combustibility at the start can be improved by using both the ignition means by the laser beam and the ignition means by the spark plug.
本発明によれば、シリンダヘッド、シリンダライナ等の燃焼室周りの構成部材に装着されたプリズムの取付け方向及び屈折角を調整することにより、ターゲットを燃焼室内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット自体についても、排気弁、吸気弁、ピストンの上面、副室式ガスエンジンの場合における副室ガス供給弁等の、あらゆる部位をターゲットとして用いることが可能となり、これによりターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も燃焼室内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。 According to the present invention, the target can be installed at any location in the combustion chamber by adjusting the mounting direction and the refraction angle of the prism mounted on the components around the combustion chamber such as the cylinder head and the cylinder liner. As for the target itself, any part such as an exhaust valve, an intake valve, an upper surface of a piston, a sub-chamber gas supply valve in the case of a sub-chamber type gas engine can be used as a target. In addition to being able to select a wide range, the target itself can also use a wide range of members in the combustion chamber, and it is possible to select an optimum target installation position and the target itself to obtain good laser ignition performance of the engine .
また本発明によれば、プリズムを用いたレーザ光による着火手段と、点火プラグの火花点火による着火手段とを併設して、コントローラによってレーザ光発射タイミングと点火タイミングとを制御するように構成したので、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグによる着火手段の使用に容易に切り換えることにより、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、エンジンの始動時には、前記レーザ光による着火手段と点火プラグによる着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性能を向上できる。
Further, according to the present invention, the laser light ignition means using the prism and the ignition means by spark ignition of the spark plug are provided together so that the controller controls the laser light emission timing and the ignition timing. When a malfunction such as a failure occurs in the ignition means by the laser beam, the engine can be easily switched to the use of the ignition means by the spark plug, so that even if a malfunction such as a failure occurs in the ignition means by the laser beam, the engine Can be operated without hindrance.
Further, when the engine is started, the ignition combustion performance at the time of starting can be improved by using both the ignition means by the laser beam and the ignition means by the spark plug.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図6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6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主燃焼室、22はコネクチングロッド、23はクランク軸である。
また15は吸気ポート、14は該吸気ポート15を開閉する吸気弁、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。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a laser light transmission system in a single chamber type laser ignition type gas engine to which the present invention is applied.
In FIG. 6, 12 is a cylinder head of a gas engine (hereinafter referred to as engine), 10 is a piston, 11 is a cylinder liner, 13 is a main combustion chamber defined by the
15 is an intake port, 14 is an intake valve for opening and closing the
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。6は前記シリンダヘッド12内に設置されたレーザ光の集光レンズ、9は該集光レンズ6を支持する支持部材である。35は前記集光レンズ6側と主燃焼室13側とを遮蔽するレーザ光導入ガラスで、耐熱性を有する透明ガラスからなる。
50は前記レーザ発振装置1からのレーザ光02を前記集光レンズ6側に伝送するための光ファイバーである。
1 is a laser oscillation device that oscillates a laser beam (laser pulse) 02, 2 is a laser control that controls a pulse interval of
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。
51 is a rotational speed detector for detecting the rotational speed of the engine, 52 is a load detector for detecting the load of the engine, 53 is a timing disk constituting a crank angle sensor, and a crank of the
かかる構成からな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。
During operation of the laser ignition type gas engine having such a configuration, the detected value of the engine speed from the
The
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は前記光ファイバー50を通して伝送され、シリンダヘッド12内を通る先端部から集光レンズ6に入り、該集光レンズ6で集光されレーザ光導入ガラス35を透過して、前記主燃焼室13内のターゲット5に照射される。かかるレーザ光02の照射により主燃焼室13内の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。
The
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、燃焼室へのレーザ光投入部にレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジンに係るものである。
図1は本発明の第1実施例に係る単室レーザ着火式ガスエンジンに係るレーザ光伝送システムの構成図である。
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により区画形成された主燃焼室である。
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。
The present invention relates to a laser ignition type engine including a laser beam transmitting prism in a laser beam input portion to a combustion chamber in a laser ignition type engine including such a laser ignition type gas engine.
FIG. 1 is a block diagram of a laser light transmission system according to a single chamber laser ignition gas engine according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
1 is a laser oscillation device that oscillates a laser beam (laser pulse) 02, 2 is a laser control that controls a pulse interval of
20は前記シリンダヘッド12に固定され約90°の屈折面20aを有するプリズムで、先端部を前記主燃焼室13内に突出して設けられている。5は前記シリンダヘッド12から前記主燃焼室13内に突設された耐熱金属からなるターゲットである。前記ターゲット5は、前記プリズム20の屈折面20aで屈折されたレーザ光02がほぼ水平方向に透過して該ターゲット5に照射するような位置であって、該ターゲット5へのレーザ光02の照射による着火火炎が主燃焼室13内全体に均一に伝播されるような場所に設置される。
6は前記プリズム20のレーザ光入口側に設置されたレーザ光の集光レンズで、50は前記レーザ発振装置1からのレーザ光02を前記集光レンズ6に伝送する光ファイバーである。
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。
以上に示される回転数検出器51、負荷検出器52、クランク角センサ53、及びコントローラの構成、作用は、図6に示される単室レーザ着火式ガスエンジンと同様である。
51 is a rotational speed detector for detecting the rotational speed of the engine, 52 is a load detector for detecting the load of the engine, 53 is a timing disk constituting a crank angle sensor, and a crank of the
The configuration and operation of the
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、光ファイバー50を通って集光レンズ6に入光し、該集光レンズ6で集光されてプリズム20に入り、該プリズム20の屈折面20aで約90°に偏向されて主燃焼室13内に投射される。
そして、該レーザ光02は、主燃焼室13内をほぼ水平方向に透過してターゲット5に照射される。かかるレーザ光02のターゲット5への照射により、主燃焼室13内の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。
In the first embodiment, during the operation of the engine, the
The
図2(A)は本発明の第2実施例を示す図1対応図である。
この第2実施例においては、前記排気弁16の下面から主燃焼室13内に突出したターゲット5を設け、前記プリズム20の屈折面20aで約90°に偏向されて主燃焼室13内に投射されたレーザ光02が、主燃焼室13内をほぼ水平方向に透過して前記排気弁16に設けたターゲット5に照射されるように構成されている。
また、前記吸気弁14(図6参照)に、図2(A)の排気弁16と同様に、該吸気弁14の下面から主燃焼室13内に突出したターゲット5を設けることもできる。
この場合、前記排気弁16あるいは吸気弁14を、図示しない公知の排気弁回転装置あるいは吸気弁回転装置によって微小速度で回転させながら、ターゲット5にレーザ光02を照射すれば、強いレーザ光02が時々刻々該ターゲット5の異なる箇所を照射することになるので、該ターゲット5の寿命を延長できる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 2A is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention.
In this second embodiment, a
Further, the
In this case, if the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図2(B)は本発明の第3実施例を示す燃焼室周りの構成図である。
この第3実施例は本発明を副室式ガスエンジンに適用したものであり、26は前記主燃焼室13に副室噴口25aを介して連通される副室25への燃料ガス入口を開閉する副室ガス供給弁で、該副室ガス供給弁26の下面から副室25内に突出したターゲット5を設けている。
かかる第3実施例において、前記副室25に臨んで設けられたプリズム20の屈折面20aで約90°に偏向されて主燃焼室13内に投射されたレーザ光02は、副室25内をほぼ水平方向に透過して前記副室ガス供給弁26に設けたターゲット5に照射される。
かかる第3実施例において、前記副室ガス供給弁26を、図示しない公知の副室ガス供給弁回転装置によって微小速度で回転させながら、ターゲット5にレーザ光02を照射すれば、強いレーザ光02が該ターゲット5の異なる箇所を照射することになるので、該ターゲット5の寿命を延長できる。
その他の構成は前記第1実施例と同様(第1実施例に対して図示を省略した分も含む)であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 2B is a configuration diagram around the combustion chamber showing a third embodiment of the present invention.
In this third embodiment, the present invention is applied to a sub-chamber type gas engine, and 26 opens and closes a fuel gas inlet to the sub-chamber 25 communicated with the
In the third embodiment, the
In the third embodiment, if the
The other configuration is the same as that of the first embodiment (including the portion omitted from the illustration of the first embodiment), and the same members are denoted by the same reference numerals.
以上のような、図1に示される第1実施例、図2(A)に示される第2実施例、及び図2(B)に示される第3実施例によれば、レーザ発振装置1からのレーザ光02を、シリンダヘッド12に装着されたプリズム20によってほぼ直角方向に屈折させて、第1〜第2実施例の場合には主燃焼室13内に設置されたターゲット5に照射するので、該プリズム20を通して主燃焼室13内に入射したレーザ光02を、該主燃焼室13内をほぼ水平方向に透過して、
第1実施例のような主燃焼室13内に突設されたターゲット5、あるいは第2実施例のような排気弁16または吸気弁14の下面に突設されたターゲット5に容易に照射でき、
また前記プリズム20の取付け方向及び屈折面20aの屈折角を該プリズム20から出光後のレーザ光02がピストン10の上面に向かうように調整することにより、ピストン10の上面に設けられたターゲット5に容易に照射でき、
さらには第3実施例の場合には副室式ガスエンジンのシリンダヘッド12に設けられたプリズム20によって前記レーザ光02をほぼ直角方向に屈折させて副室ガス供給弁26の副室内に臨む部位に設けたターゲット5に容易に照射できることとなる。
As described above, according to the first embodiment shown in FIG. 1, the second embodiment shown in FIG. 2A, and the third embodiment shown in FIG. The
The
Further, by adjusting the mounting direction of the
Further, in the case of the third embodiment, the
従ってかかる第1〜第3実施例発明によれば、プリズム20の取付け方向及び屈折角を調整することにより、レーザ光02をシリンダヘッド12上方から垂直方向に投入するという該レーザ光02の最も簡単な投入手段を用いた状態で以って、ターゲット5を主燃焼室13内あるいは副室25内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット5自体についても、排気弁16の側部、吸気弁14の側部、ピストン10の上面、副室式ガスエンジンの場合には副室ガス供給弁26の側部のあらゆる部位をターゲット5として用いることが可能となる。
これにより、ターゲット5として固体ターゲットを用いる際において、該ターゲット5の設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット5自体も主燃焼室13内あるいは副室25内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲット5の設置位置及びターゲット5自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。
Therefore, according to the first to third embodiments of the present invention, the
Accordingly, when a solid target is used as the
図3は本発明の第4実施例を示す図1対応図である。
この第4実施例においては、単室式レーザ着火式エンジンにおいて、前記第1ないし第3実施例と同様なプリズム20に加えて、前記主燃焼室13内のガス内に火花放電して該ガスを着火燃焼せしめる点火プラグ18をシリンダヘッド12に装着するとともに、前記コントローラ3は、前記レーザ発振装置1からのレーザ光02の発射タイミング及び前記点火プラグ18による火花点火タイミングを制御するように構成されている。
FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 1 showing a fourth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment, in a single chamber laser ignition engine, in addition to the
そして、かかる第4実施例において、前記コントローラ3は、着火条件の悪いエンジンの始動時あるいは低負荷時には、前記点火プラグ18による火花点火と前記レーザ発振装置1からのレーザ光02によるプラズマ着火とを併用し、エンジンの一定負荷を超える中、高負荷運転域では前記点火プラグ18による火花点火を停止して、前記レーザ発振装置1からのレーザ光02によるプラズマ着火燃焼を行うように構成されている。
In the fourth embodiment, the
かかる第4実施例によれば、レーザ光02を屈折させるプリズム20を通してターゲット5に照射する、レーザ光02による着火手段と、点火プラグ18の火花点火による着火手段とを併設して、レーザ光02による着火手段のレーザ光発射タイミングと点火プラグ18による着火手段の点火タイミングとをコントローラ3によって制御するので、レーザ光02による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグ18による着火手段の使用に容易に応急的に切り換えることができて、レーザ光02による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、大きな着火エネルギーを必要とするエンジンの始動時には、前記レーザ光02による着火手段と点火プラグ18による着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性を向上できる。
その他の構成、作用効果は前記第1ないし第3実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
According to the fourth embodiment, the
Further, at the time of starting an engine that requires a large ignition energy, by using both the ignition means by the
Other configurations and operational effects are the same as those of the first to third embodiments, and the same members and elements are denoted by the same reference numerals.
図4は本発明の第5実施例を示す図1対応図である。
この第5実施例においては、単室式レーザ着火式エンジンにおいて、前記プリズム20をシリンダライナ11の前記主燃焼室13の外側部位に設置するとともに、該プリズム20の出光面20cと前記主前記燃焼室との間に、該プリズム20で屈折されたレーザ光02が透過する材料からなるレーザ光導入ガラス20bを設け、該レーザ光導入ガラス20bにより前記主燃焼室13内と該プリズム20との間のガスシールを行うように構成している。
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 showing a fifth embodiment of the present invention.
In the fifth embodiment, in the single chamber laser ignition engine, the
かかる第5実施例において、前記主燃焼室13の外側に設置されたプリズム20で水平方向に偏向されたレーザ光02は、主燃焼室13内を透過してターゲット5に照射される。従ってかかる第5実施例によれば、プリズム20を前記主燃焼室13の外側に設置して、該プリズム20の出光面20cと主燃焼室13との間に、該主燃焼室13内とプリズム20との間のガスシールを行うレーザ光導入ガラス20bを設置したので、プリズム20が主燃焼室13内の燃焼ガスに晒されるのを回避でき、該プリズム20の耐久性が向上する。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
In the fifth embodiment, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members and elements are denoted by the same reference numerals.
図5は本発明の第6実施例を示す図1対応図である。
図5において、前記プリズム20は、取付部材21及び押えねじ21aにより前記シリンダライナ11に固定されている。そして、プリズム20は、レーザ光02が上方から該プリズム20に入光するとともに、該プリズム20の出光面20cからのレーザ光02が主燃焼室13内をほぼ水平方向に透過してターゲット5に照射されるような態様で、前記押えねじ21aを前記シリンダライナ11にねじ込むことにより、前記第5実施例と同様なレーザ光導入ガラス20bを介して、該シリンダライナ11に固定されている。
また、前記プリズム20の出光面20cは円形状に形成されており、該出光面20cをレーザ光導入ガラス20bに圧接させ、円形状の出光面20cにより主燃焼室13内とのガスシールを行うので、主燃焼室13側とのガスシールが簡単な構造でかつ確実にできる。
その他の構成は前記第5実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a sixth embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the
The
Other configurations are the same as those of the fifth embodiment, and the same members and elements are denoted by the same reference numerals.
本発明によれば、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も広範囲の部材を使用可能となり、良好なレーザ着火性能を得るのに最適なレーザ光とターゲットとの関係を設定できるレーザ着火式エンジンを提供できる。 According to the present invention, when a solid target is used as a target, the installation position of the target can be selected in a wide range, and the target itself can use a wide range of members, which is optimal for obtaining good laser ignition performance. It is possible to provide a laser ignition engine capable of setting a relationship between a laser beam and a target.
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
5 ターゲット
6 集光レンズ
10 ピストン
11 シリンダライナ
12 シリンダヘッド
13 主燃焼室
14 吸気弁
16 排気弁
20 プリズム
20a 屈折面
20b レーザ光導入ガラス
20c 出光面
25 副室
26 副室ガス弁
50 光ファイバー
51 回転数検出器
52 負荷検出器
53 クランク角センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004324982A JP2006132492A (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Laser igniting engine with laser beam transmission prism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004324982A JP2006132492A (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Laser igniting engine with laser beam transmission prism |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006132492A true JP2006132492A (en) | 2006-05-25 |
Family
ID=36726255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004324982A Withdrawn JP2006132492A (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Laser igniting engine with laser beam transmission prism |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006132492A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010138897A (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Man Diesel Se | Engine |
WO2010112279A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Laser spark plug and prechamber module therefor |
-
2004
- 2004-11-09 JP JP2004324982A patent/JP2006132492A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010138897A (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Man Diesel Se | Engine |
CN101749164B (en) * | 2008-12-09 | 2012-05-16 | 曼柴油机欧洲股份公司 | Internal combustion engine |
WO2010112279A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Laser spark plug and prechamber module therefor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8616006B2 (en) | Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines | |
JP5997434B2 (en) | Improved laser igniter for gas turbines including aero engines. | |
US20020185097A1 (en) | Methods and apparatuses for laser ignited engines | |
US20090049894A1 (en) | Monitoring of a flame existence and a flame temperature | |
JP2012097747A (en) | System and method for igniting combustor | |
JP4415269B2 (en) | Laser ignition device for internal combustion engine | |
JP2006220091A (en) | Laser-ignited engine | |
JP2006242039A (en) | Laser ignition device for internal combustion engine | |
JP2006132492A (en) | Laser igniting engine with laser beam transmission prism | |
JP6804373B2 (en) | engine | |
JP2008045496A (en) | Light sensor-incorporated laser ignition device | |
JP4294603B2 (en) | Laser ignition device for internal combustion engine | |
JP2006104972A (en) | Laser ignition type engine having introducing glass body cleaning device and its operation method | |
JP4354320B2 (en) | Laser ignition engine equipped with a laser device with a concave mirror | |
JP2005042593A (en) | Laser igniting engine having target change-over type laser supply system and its operation method | |
JP2005042591A (en) | Multiple pulse laser radiating laser igniting engine and method of operating the engine | |
JP2006200419A (en) | Laser igniting engine having laser beam transmission tube with built-in mirror | |
JP2005042580A (en) | Laser igniting engine having multipoint laser igniting device | |
JP4354301B2 (en) | Laser ignition engine with two kinds of target members | |
JPS57203873A (en) | Light-beam ignition apparatus for internal combustion engine | |
JP2006200421A (en) | Laser igniting engine with a plurality of mirrors and method of adjusting mirror angle | |
JP2006132491A (en) | Laser igniting engine having optical fiber | |
JP2005042592A (en) | Laser igniting engine having laser supply system with mirror | |
JP2005042582A (en) | Laser igniting engine having beam condensing device with condensing seal glass | |
JP4302016B2 (en) | Laser ignition device and laser ignition type engine equipped with the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |