JP2006194174A - Device for utilizing waste heat of laser ignitor - Google Patents

Device for utilizing waste heat of laser ignitor Download PDF

Info

Publication number
JP2006194174A
JP2006194174A JP2005007696A JP2005007696A JP2006194174A JP 2006194174 A JP2006194174 A JP 2006194174A JP 2005007696 A JP2005007696 A JP 2005007696A JP 2005007696 A JP2005007696 A JP 2005007696A JP 2006194174 A JP2006194174 A JP 2006194174A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ignition device
laser ignition
laser
waste heat
fuel
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.)
Pending
Application number
JP2005007696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinshu So
振洲 蘇
Takashi Mizobuchi
剛史 溝渕
Hataomi Tani
秦臣 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2005007696A priority Critical patent/JP2006194174A/en
Publication of JP2006194174A publication Critical patent/JP2006194174A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat-utilizing device capable of stabilizing the operation of a laser ignitor by inhibiting temperature elevation and also of utilizing waste heat generated at the ignitor. <P>SOLUTION: The device for utilizing waste heat of the laser ignitor is provided with the laser ignitor 50 for irradiating a mixed gas in the combustion chamber 17 of an internal combustion engine with a laser to ignite, and a vapor-liquid heat exchanger 39 which is arranged at the periphery of the laser ignitor, warms up a liquid with waste heat of the ignitor while cooling the ignitor. By the vapor-liquid heat exchange in the above heat exchanger 39, the laser ignitor is cooled and the liquid is warmed up. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ点火装置の廃熱を利用して気液熱交換器又は熱電変換する廃熱利用装置に関する。   The present invention relates to a gas-liquid heat exchanger or a waste heat utilization device that performs thermoelectric conversion using waste heat of a laser ignition device.

内燃機関において燃焼室内の混合気に点火(着火)する点火装置としては、点火コイル及び点火プラグから成るものが一般的である。電源電圧を点火コイルで高電圧に昇圧し、点火プラグで火花を発生させ、混合気に点火する(火花点火)。しかし、燃料の特性(例えば難燃性の燃料)によっては火花点火が適当でない場合がある。また、点火プラグはシリンダヘッドの所定位置に所定方向に固定されているが、効率的な点火のためには、燃料噴射弁から噴射される噴霧の方向や濃度に応じて発火部の位置を変更できることが望ましい。   As an ignition device for igniting (igniting) an air-fuel mixture in a combustion chamber in an internal combustion engine, an ignition device including an ignition coil and an ignition plug is generally used. The power supply voltage is boosted to a high voltage by an ignition coil, a spark is generated by an ignition plug, and an air-fuel mixture is ignited (spark ignition). However, spark ignition may not be appropriate depending on the characteristics of the fuel (for example, flame-retardant fuel). The spark plug is fixed at a predetermined position on the cylinder head in a predetermined direction. For efficient ignition, the position of the ignition part is changed according to the direction and concentration of the spray injected from the fuel injection valve. It is desirable to be able to do it.

こうした事情を考慮して、近年レーザ発振器から照射されるレーザ光で混合気に点火するレーザ点火装置が開発されている(特許文献1参照)。レーザ点火装置によれば、エネルギ密度が高いレーザ光により難燃性の燃料でも点火でき、またレンズの調整により点火位置を容易に変更できる。
特開平9−303244号公報
In consideration of such circumstances, in recent years, a laser ignition device that ignites an air-fuel mixture with laser light emitted from a laser oscillator has been developed (see Patent Document 1). According to the laser ignition device, even a flame-retardant fuel can be ignited by a laser beam having a high energy density, and the ignition position can be easily changed by adjusting a lens.
JP-A-9-303244

しかし、従来のレーザ点火装置には以下の点で改良の余地がある。例えば、図5に示す固体レーザ発振器はポンプ用電源100、ポンピングランプ用ランプ光源102、レーザロッド104、反射ミラー106及び出力ミラー108などを含む。ポンプ用電源100及びランプ光源102でレーザ光を発振させ、発振したレーザ光をレーザロッド104及び反射ミラー106で増幅している。   However, the conventional laser ignition device has room for improvement in the following points. For example, the solid-state laser oscillator shown in FIG. 5 includes a pump power supply 100, a pumping lamp lamp light source 102, a laser rod 104, a reflection mirror 106, an output mirror 108, and the like. Laser light is oscillated by the pump power source 100 and the lamp light source 102, and the oscillated laser light is amplified by the laser rod 104 and the reflection mirror 106.

この固体レーザ発振器では温度上昇による悪影響、性能の劣化のおそれがある。詳述すると、ランプ光光源102の光の数%のみしか発光原子の励起に使用されておらず、残りの90数%はレーザロッド104の温度上昇に使用されている。その結果レーザロッド104の温度が上昇し、ダメージを受ける。また、発光原子のエネルギ分布が影響され、利得が下がったりレーザ効率が低下する。さらに、レーザロッド104の熱膨張により材料内で屈折率の異なる部分ができて屈折率が変化し、光が曲がって反射ミラー106と出力ミラー108との間を往復できず、レーザ発振効率が低下する。   In this solid-state laser oscillator, there is a risk of adverse effects due to temperature rise and performance deterioration. More specifically, only a few percent of the light from the lamp light source 102 is used to excite the light-emitting atoms, and the remaining 90 percent is used to increase the temperature of the laser rod 104. As a result, the temperature of the laser rod 104 rises and is damaged. In addition, the energy distribution of the light-emitting atoms is affected, and the gain decreases and the laser efficiency decreases. Furthermore, due to the thermal expansion of the laser rod 104, a portion having a different refractive index is formed in the material, the refractive index is changed, the light is bent and cannot be reciprocated between the reflecting mirror 106 and the output mirror 108, and the laser oscillation efficiency is lowered. To do.

一方、図6に示す半導体レーザ発振器では、p型半導体112とn型半導体114との間にpn接合層116が形成されている。p型半導体112とn型半導体114との間に電源118により電圧をかけると、n型半導体114が貯えた電子をp型半導体112が受け、電子が移動する際にレーザ光を発生する。ここで、レーザ出力はp型半導体112とn型半導体114との間を流れる電流の大きさに依存する。また、電流値はp型半導体112及びn型半導体114の温度に依存し、レーザ個々の特性温度をT0とすると、電流値IはI=I0exp(T/T0)で表される。従って、温度が一定値をこえて上昇すると出力が上昇し過ぎ不安定となる。 On the other hand, in the semiconductor laser oscillator shown in FIG. 6, a pn junction layer 116 is formed between the p-type semiconductor 112 and the n-type semiconductor 114. When a voltage is applied between the p-type semiconductor 112 and the n-type semiconductor 114 by the power source 118, the p-type semiconductor 112 receives the electrons stored in the n-type semiconductor 114, and laser light is generated when the electrons move. Here, the laser output depends on the magnitude of the current flowing between the p-type semiconductor 112 and the n-type semiconductor 114. The current value is dependent upon the temperature of the p-type semiconductor 112 and the n-type semiconductor 114, the laser individual characteristic temperature and T 0, the current value I is represented by I = I 0 exp (T / T 0) . Therefore, when the temperature rises above a certain value, the output rises too much and becomes unstable.

固定レーザ発振器又は半導体レーザ発振器を点火装置として使用した場合、エンジンの始動時に対応して極く短時間にレーザ光を発振可能状態(暖気→暖気状態)になる必要があり、そのため発振部の出力を大きくすると発熱量が多くなる。発熱による温度上昇を抑制するために冷却手段を設ければ、温度の上昇は抑制できるが、その分点火装置のコストが上昇する。また、レーザ点火装置で発生した熱を冷却手段で冷却することはエネルギ的にみて無駄である。   When a fixed laser oscillator or a semiconductor laser oscillator is used as an ignition device, it is necessary to be able to oscillate laser light in a very short time (warm air → warm air state) in response to the start of the engine. Increasing the value increases the calorific value. If a cooling means is provided in order to suppress the temperature increase due to heat generation, the temperature increase can be suppressed, but the cost of the ignition device increases accordingly. In addition, it is useless in terms of energy to cool the heat generated by the laser ignition device by the cooling means.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、レーザ点火装置の温度上昇を抑制してレーザ点火装置の作動を安定させ、同時にレーザ点火装置で発生する廃熱を利用できるレーザ点火装置の廃熱利用装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to stabilize the operation of the laser ignition device by suppressing the temperature rise of the laser ignition device, and simultaneously use the waste heat generated by the laser ignition device. It aims at providing a utilization apparatus.

本発明の発明者は、レーザ点火装置で発生する廃熱を気液熱交換又は熱電変換し、レーザ点火装置を冷却するとともに、異なる状態のエネルギとして回収することを着想して本発明を完成した。   The inventor of the present invention conceived that the waste heat generated in the laser ignition device is subjected to gas-liquid heat exchange or thermoelectric conversion to cool the laser ignition device and recover it as energy in different states. .

(イ)第1発明によるレーザ点火装置の廃熱利用装置は、請求項1に記載したように、内燃機関の燃焼室内の混合気にレーザ光を照射して点火するレーザ点火装置と、レーザ点火装置の周囲に配置されレーザ点火装置の廃熱により液体を暖めるとともにレーザ点火装置を冷却する気液熱交換器と、を備えている。第2発明によるレーザ点火装置の廃熱利用装置は、請求項5に記載したように、内燃機関の燃焼室内の混合気にレーザ光を照射して点火するレーザ点火装置と、レーザ点火装置の周囲に配置されレーザ点火装置の廃熱により発電するとともにレーザ点火装置を冷却する熱電変換器と、を備えている。   (A) A waste heat utilization device for a laser ignition device according to a first aspect of the present invention comprises: a laser ignition device that irradiates a mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine with a laser beam to ignite; A gas-liquid heat exchanger disposed around the apparatus for warming the liquid by the waste heat of the laser ignition apparatus and cooling the laser ignition apparatus. According to a second aspect of the present invention, there is provided a waste heat utilization device for a laser ignition device, wherein a laser ignition device that irradiates a mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine with a laser beam and ignites the laser ignition device. And a thermoelectric converter that generates power by waste heat of the laser ignition device and cools the laser ignition device.

(ロ)以下、第1発明及び第2発明の構成要素の種々の態様につき説明する。内燃機関は車両のエンジンが代表例であるが、車両用に限定されない。内燃機関はシリンダ、ピストン、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁、及びレーザ光を照射して混合気に点火するレーザ点火装置を含む。燃料噴射弁は燃料を吸気孔内に噴射するタイプ(マニホールドタイプ)でも、燃焼室内に噴射するタイプ(直噴タイプ)でも良い。燃焼室内で噴霧と空気とが混合され、混合気となる。レーザ点火装置は、固体レーザを利用したもの、半導体レーザを利用したもの、その両方を組み合わせたものの何れでも良い。レーザ点火装置の取付け位置はシリンダヘッドの頂部が代表的であるが、それ以外の場所でも良い。レーザ点火装置と気液熱交換器又は熱電変換器とで廃熱利用装置が構成される。   (B) Hereinafter, various aspects of the components of the first invention and the second invention will be described. The internal combustion engine is typically a vehicle engine, but is not limited to a vehicle. The internal combustion engine includes a cylinder, a piston, a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber, and a laser ignition device that irradiates the mixture with laser light. The fuel injection valve may be a type that injects fuel into the intake holes (manifold type) or a type that injects fuel into the combustion chamber (direct injection type). Spray and air are mixed in the combustion chamber to form an air-fuel mixture. The laser ignition device may be any one using a solid laser, one using a semiconductor laser, or a combination of both. The top position of the cylinder head is typical for the mounting position of the laser ignition device, but it may be located at other locations. The laser ignition device and the gas-liquid heat exchanger or thermoelectric converter constitute a waste heat utilization device.

気液熱交換器は、レーザ点火装置の廃熱を利用して液体を暖めその液温を上昇させるとともに、レーザ点火装置を冷却する。液体としては燃料(例えばガソリン)で代表的であるが、これに限定されない。気液熱交換器は、燃料タンクから燃料噴射弁に延びた燃料パイプの一部を含み、この一部をレーザ点火装置の発振部の周囲にらせん状に巻くことが望ましい。また、燃料パイプはレーザ点火装置の上流側と下流側とを結ぶ迂回路が形成され、上流側の分岐点に切換弁を備えることができる。   The gas-liquid heat exchanger uses the waste heat of the laser ignition device to warm the liquid and raise the liquid temperature, and also cools the laser ignition device. The liquid is typically a fuel (for example, gasoline), but is not limited thereto. The gas-liquid heat exchanger preferably includes a part of a fuel pipe extending from the fuel tank to the fuel injection valve, and this part is preferably spirally wound around the oscillation part of the laser ignition device. Further, the fuel pipe is formed with a detour connecting the upstream side and the downstream side of the laser ignition device, and a switching valve can be provided at the upstream branch point.

熱電変換器は、レーザ点火装置の廃熱を利用して発電する(ゼーベック効果)とともに、レーザ点火装置を冷却する。ゼーベック効果により得られる熱起電力の大きさは組み合わせる金属(導体、半導体)の種類や、接合部の温度差により決まる。例えば、半導体の一つであるテルル化ビスマス(BiTe)から成るp型半導体及びn型半導体を使用することができる。BiTeは熱起電力が大きくしかも熱伝導率が小さいので、SbやSeを溶かしてpn接合部を作ると、熱電変換素子として適している。具体的には、複数のp型半導体及び複数のn型半導体の一端が発振部(pn接合部)の表面に密着されている。なお放熱を促進するためにp型半導体及びn型半導体の他端に冷却フィンを取り付けることが望ましい。   The thermoelectric converter generates power using the waste heat of the laser ignition device (Seebeck effect) and cools the laser ignition device. The magnitude of the thermoelectromotive force obtained by the Seebeck effect is determined by the type of metal (conductor, semiconductor) to be combined and the temperature difference at the junction. For example, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor made of bismuth telluride (BiTe), which is one of semiconductors, can be used. Since BiTe has a large thermoelectromotive force and low thermal conductivity, it is suitable as a thermoelectric conversion element if a pn junction is made by melting Sb or Se. Specifically, one ends of the plurality of p-type semiconductors and the plurality of n-type semiconductors are in close contact with the surface of the oscillating portion (pn junction portion). In order to promote heat dissipation, it is desirable to attach a cooling fin to the other end of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.

(1)第1発明にかかるレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、気液熱交換器の液体でレーザ発振器の発振部を冷却しているので、車両のエンジン始動時に、短時間に暖気状態にできる。また、レーザ発振器の発振部で液体循環部内の液体を暖めているので気体の熱エネルギが液体の熱エネルギとして回収される。   (1) According to the waste heat utilization device of the laser ignition device according to the first aspect of the present invention, since the oscillation part of the laser oscillator is cooled by the liquid of the gas-liquid heat exchanger, warm-up can be performed in a short time when the vehicle engine is started. Can be in a state. Further, since the liquid in the liquid circulation unit is warmed by the oscillation unit of the laser oscillator, the thermal energy of the gas is recovered as the thermal energy of the liquid.

請求項2及び3のレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、発振部のまわりに燃料パイプのらせん部を巻きつけたので、熱交換効率がより向上する。その結果、レーザ点火装置の発振器が効果的に冷却され、またエンジン始動時の燃料の液温が上昇し排気ガス中の炭化水素(HC)が減少する。請求項4のレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、燃料パイプの途中に切換弁及び迂回路を設けたので、特に発振器の冷却及び燃料の加熱が必要とされるエンジンの始動時に、燃料を確実にレーザ点火装置の回りを循環させることができる。   According to the waste heat utilization device of the laser ignition device of the second and third aspects, since the spiral portion of the fuel pipe is wound around the oscillation portion, the heat exchange efficiency is further improved. As a result, the oscillator of the laser ignition device is effectively cooled, the liquid temperature of the fuel at the start of the engine rises, and the hydrocarbon (HC) in the exhaust gas decreases. According to the waste heat utilization device of the laser ignition device of the fourth aspect, since the switching valve and the bypass circuit are provided in the middle of the fuel pipe, particularly when the engine is started which requires cooling of the oscillator and heating of the fuel, Can be reliably circulated around the laser ignition device.

(2)第2発明にかかるレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、気液熱交換器の液体でレーザ発振器の発振部を冷却しているので、車両のエンジン始動時に、短時間に暖気状態にできる。また、熱エネルギから変換された電気エネルギを種々の用途に使用でき、例えば、バッテリに充電してスタータモータを駆動したり、又は電子制御装置等の車内電装製品の電源として利用できる。請求項6のレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、p型半導体及びn型半導体がともにBiTeから成るので、効率よく熱交換される。請求項7のレーザ点火装置の廃熱利用装置によれば、発振部に冷却フィンを設けたので、発振部の放熱性が更に向上する。   (2) According to the waste heat utilization device of the laser ignition device according to the second aspect of the present invention, since the oscillating portion of the laser oscillator is cooled by the liquid of the gas-liquid heat exchanger, warm-up can be performed in a short time when the vehicle engine is started. Can be in a state. In addition, the electric energy converted from the heat energy can be used for various purposes. For example, the battery can be charged to drive a starter motor, or used as a power source for in-car electrical products such as an electronic control device. According to the waste heat utilization apparatus of the laser ignition device of the sixth aspect, since both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are made of BiTe, heat exchange is efficiently performed. According to the waste heat utilization apparatus of the laser ignition device of the seventh aspect, since the cooling fin is provided in the oscillation part, the heat dissipation of the oscillation part is further improved.

以下、本発明の最良の形態を添付図面を参照しつつ説明する。   The best mode of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

<第1の最良の形態>
(構成)
図1に第1の最良の形態を示す。内燃機関(エンジン)はシリンダブロック10、ピストン14、シリンダヘッド16、燃料噴射弁35及びレーザ点火装置45等を含む。このうち、シリンダブロック10には冷却水が循環するウォータジャケット11が形成され、そのシリンダボア12にピストン14が摺動可能に滑合されている。シリンダブロック10の上端開口がシリンダヘッド16で覆われ、燃焼室17を区画している。
<First best mode>
(Constitution)
FIG. 1 shows a first best mode. The internal combustion engine (engine) includes a cylinder block 10, a piston 14, a cylinder head 16, a fuel injection valve 35, a laser ignition device 45, and the like. Among these, a water jacket 11 through which cooling water circulates is formed in the cylinder block 10, and a piston 14 is slidably engaged with the cylinder bore 12. The upper end opening of the cylinder block 10 is covered with a cylinder head 16 to define a combustion chamber 17.

シリンダヘッド10の一側に空気を導入する吸気孔21が、他側に燃焼ガスを排出する排気孔25が接続されている。吸気孔21の入口には吸気弁22が配置され、開閉機構23により所定時期に開閉される。排気孔25の出口には排気弁26が配置され、開閉機構27により所定時期に開閉される。シリンダヘッド10の一側(吸気弁22と同じ側)に燃料噴射弁35が配置され、燃料パイプ36によりレーザ点火装置45を介して燃料タンク38に接続されている。燃料タンク38内の燃料は燃料ポンプ39により燃料パイプ36を通して燃料噴射弁35に圧送される。   An intake hole 21 for introducing air to one side of the cylinder head 10 is connected to an exhaust hole 25 for discharging combustion gas to the other side. An intake valve 22 is disposed at the inlet of the intake hole 21 and is opened and closed by an opening / closing mechanism 23 at a predetermined time. An exhaust valve 26 is disposed at the outlet of the exhaust hole 25 and is opened and closed by an opening / closing mechanism 27 at a predetermined time. A fuel injection valve 35 is arranged on one side of the cylinder head 10 (the same side as the intake valve 22), and is connected to a fuel tank 38 via a laser ignition device 45 by a fuel pipe 36. The fuel in the fuel tank 38 is pumped to the fuel injection valve 35 through the fuel pipe 36 by the fuel pump 39.

図1、図2に示すように燃料パイプ36の途中に、レーザ点火装置45の発振部46が配置され、その上流側(燃料ポンプ39側)に切換弁50が配置されている。切換弁50から発振部46を迂回して発振部46の下流側に迂回路52が延びている。制御機構(不図示)により切換弁50を第1切換位置に切り換えると燃料は発振部46を流れ、第2切換位置に切り換えると迂回路52を流れる。   As shown in FIGS. 1 and 2, an oscillating portion 46 of a laser ignition device 45 is disposed in the middle of the fuel pipe 36, and a switching valve 50 is disposed on the upstream side (fuel pump 39 side). A bypass circuit 52 extends around the oscillating unit 46 from the switching valve 50 to the downstream side of the oscillating unit 46. When the switching valve 50 is switched to the first switching position by a control mechanism (not shown), the fuel flows through the oscillating portion 46, and when switched to the second switching position, the fuel flows through the bypass 52.

図2に示すように、発振部46の回りに燃料パイプ36の一部に形成されたらせん部37が巻かれている。レーザ発振器45の照射部48がシリンダヘッド16の中心部から燃焼室17内に延びている。なお、レーザ点火装置45の作動は、切換弁50を切り換える上記制御機構と連動するECU55により制御される。発振器46とらせん部37とで気液熱交換器39が構成される。   As shown in FIG. 2, a spiral portion 37 formed around a portion of the fuel pipe 36 is wound around the oscillation portion 46. An irradiation part 48 of the laser oscillator 45 extends from the center part of the cylinder head 16 into the combustion chamber 17. The operation of the laser ignition device 45 is controlled by an ECU 55 that is linked to the control mechanism that switches the switching valve 50. The oscillator 46 and the spiral portion 37 constitute a gas / liquid heat exchanger 39.

(作用)
次にこの最良の形態の作用を説明する。但し、ピストン14の往復動による吸入、圧縮、爆発及び排出工程、その際の吸気弁22及び排出弁26の開閉、並びに燃料噴射弁35による燃料の噴射及びレーザ点火装置45による混合気への点火等は何れも公知であり、しかも本発明とは直接関係ない。従って、これらの説明は割愛する。
(Function)
Next, the operation of this best mode will be described. However, the suction, compression, explosion and discharge processes by the reciprocating motion of the piston 14, opening and closing of the intake valve 22 and the discharge valve 26 at that time, fuel injection by the fuel injection valve 35, and ignition of the air-fuel mixture by the laser ignition device 45 Etc. are all known and are not directly related to the present invention. Therefore, these explanations are omitted.

エンジン始動時は切換弁50を第1切換位置に切り換える。すると、燃料タンク38から燃料パイプ36を通して圧送される燃料は、レーザ点火装置45の発振部46を通過した後燃料噴射弁35に至り、燃焼室17に噴霧が噴射される。発振部46を通過する際、発振部46の高熱とらせん部37内の低温の燃料との間で気液熱交換される。その結果、発振部46は低温の燃料により冷却され、その温度上昇が抑制される。一方、低温の燃料は発振部46の高熱により暖められ、その液温が上昇する。これに対して、エンジン始動後は切換弁50を第2切換位置に切り換える。すると、燃料は発振部46を通過せず迂回路52を流れた後燃料噴射弁35に至り、燃焼室17に噴霧が噴射される。   When the engine is started, the switching valve 50 is switched to the first switching position. Then, the fuel pumped from the fuel tank 38 through the fuel pipe 36 passes through the oscillating portion 46 of the laser ignition device 45 and then reaches the fuel injection valve 35, and spray is injected into the combustion chamber 17. When passing through the oscillating unit 46, gas-liquid heat exchange is performed between the high heat of the oscillating unit 46 and the low-temperature fuel in the spiral unit 37. As a result, the oscillation unit 46 is cooled by the low temperature fuel, and the temperature rise is suppressed. On the other hand, the low temperature fuel is warmed by the high heat of the oscillating unit 46, and the liquid temperature rises. On the other hand, after the engine is started, the switching valve 50 is switched to the second switching position. Then, the fuel does not pass through the oscillating portion 46, flows through the bypass 52, reaches the fuel injection valve 35, and spray is injected into the combustion chamber 17.

(効果)
この最良の形態によれば以下の効果が得られる。第1に、レーザ点火装置45の発振部46の温度上昇が燃料パイプ36のらせん部37内を流れる燃料により18から28℃程度に抑制される。その結果、例え発振部46の発熱が多くてもレーザ点火装置45の作動が安定する。第2に、燃料の液温がレーザ点火装置45の発振部46により18から28℃程度まで上昇される。特にエンジン始動時(特に回転数が400rpmに達するまでの時間)の燃料の液温の上昇により、混合気が点火され燃料が燃焼した後の排気ガス中の炭化水素の含有量が低減できる。なお、エンジン回転数が400rpmに達する時間はエンジン及び燃料の温度に依存し、たとえば0℃付近では約1秒前後である。
(effect)
According to this best mode, the following effects can be obtained. First, the temperature rise of the oscillating unit 46 of the laser ignition device 45 is suppressed to about 18 to 28 ° C. by the fuel flowing in the helical part 37 of the fuel pipe 36. As a result, the operation of the laser ignition device 45 is stabilized even if the oscillation unit 46 generates a large amount of heat. Secondly, the liquid temperature of the fuel is raised from about 18 to 28 ° C. by the oscillation unit 46 of the laser ignition device 45. In particular, the increase in the liquid temperature of the fuel at the time of starting the engine (particularly the time until the rotation speed reaches 400 rpm) can reduce the hydrocarbon content in the exhaust gas after the air-fuel mixture is ignited and the fuel is burned. The time for the engine speed to reach 400 rpm depends on the temperature of the engine and the fuel, and is about 1 second around 0 ° C., for example.

第3に、上記第1の効果及び第2の効果に関連して、燃料パイプ36のらせん部37を発振部46の回りに巻き付け、気液熱交換器39内の気体と液体との接触面積を広くしたので、熱交換効率が良い。また、燃料パイプ36の途中に切換弁50及び迂回路52を設けたので、発振部46の冷却及び燃料の加温が特に要求されるエンジンの始動時に積極的に気液熱交換を行うことができる。   Thirdly, in connection with the first and second effects, the spiral portion 37 of the fuel pipe 36 is wound around the oscillating portion 46 so that the contact area between the gas and the liquid in the gas-liquid heat exchanger 39 is increased. The heat exchange efficiency is good. Further, since the switching valve 50 and the bypass circuit 52 are provided in the middle of the fuel pipe 36, the gas-liquid heat exchange can be performed positively at the start of the engine in which the cooling of the oscillation part 46 and the heating of the fuel are particularly required. it can.

<第2の最良の形態>
図3及び図4に第2の最良の形態を示す。この第2の最良の形態は、レーザ点火装置60の配置及び廃熱利用の態様が上記第1の最良の形態と異なり、その他の点は第1の最良の形態と同じである。以下、異なる構成を中心に説明する。
<Second best mode>
3 and 4 show the second best mode. This second best mode is different from the first best mode in the arrangement of the laser igniter 60 and the use of waste heat, and the other points are the same as the first best mode. In the following, different configurations will be mainly described.

燃料タンク38から燃料噴射弁35まで延びた燃料パイプ36上には何も配置されず、シリンダヘッド16の頂部にレーザ点火装置60の発振部61が取り付けられ、その照射部63が燃焼室17内に延びている。   Nothing is arranged on the fuel pipe 36 extending from the fuel tank 38 to the fuel injection valve 35, and the oscillating unit 61 of the laser ignition device 60 is attached to the top of the cylinder head 16, and the irradiation unit 63 is disposed in the combustion chamber 17. It extends to.

図4に示すように、発振部61の回りに熱電変換素子65が配置され、両者で熱電変換器70を構成している。詳述すると、レーザ点火装置60の発振部61の一面62aに複数のp型半導体66と複数のn型半導体67とが交互に配置され、対を成すp型半導体(BiTe)66とn型半導体(BiTe)67とにわたって銅製の冷却フィン69が配置されている。p型半導体66もn型半導体67もBi2Te3化合物であるが、添加物の種類によってp型又はn型に分かれる。p型としてPb添加又はBi添加Bi2Te3があり、n型としてCuI添加Bi2Te3がある。同様に、発振部61の他面62bに複数のp型半導体66と複数のn型半導体67とが交互に配置され、対を成すp型半導体66とn型半導体67とにわたって冷却フィン69が配置されている。   As shown in FIG. 4, a thermoelectric conversion element 65 is arranged around the oscillating unit 61, and a thermoelectric converter 70 is configured by both. More specifically, a plurality of p-type semiconductors 66 and a plurality of n-type semiconductors 67 are alternately arranged on one surface 62a of the oscillation unit 61 of the laser ignition device 60, and form a pair of p-type semiconductor (BiTe) 66 and n-type semiconductor. Copper cooling fins 69 are arranged over (BiTe) 67. Both the p-type semiconductor 66 and the n-type semiconductor 67 are Bi2Te3 compounds, which are divided into p-type and n-type depending on the type of additive. There is Pb-added or Bi-added Bi2Te3 as the p-type, and CuI-added Bi2Te3 as the n-type. Similarly, a plurality of p-type semiconductors 66 and a plurality of n-type semiconductors 67 are alternately arranged on the other surface 62 b of the oscillating portion 61, and cooling fins 69 are arranged across the paired p-type semiconductor 66 and n-type semiconductor 67. Has been.

第2の最良の形態によれば、まず伝熱変換器70により熱エネルギが電気エネルギに変換されるので、レーザ点火装置60の発振部61の温度上昇が抑制される。その結果、例え発振部61の発熱が多くてもレーザ点火装置60の作動が安定する。また、得られた電気エネルギを例えば、バッテリに充電してスタータモータを駆動したり、又は電子制御装置等の車内電装製品の電源として利用できる。更に、p型半導体66及びn型半導体67の他端にかけて冷却フィン69を設けたので、冷却(放熱)効率がより向上する。   According to the second best mode, first, the heat energy is converted into electric energy by the heat transfer converter 70, so that the temperature rise of the oscillation unit 61 of the laser ignition device 60 is suppressed. As a result, the operation of the laser ignition device 60 is stabilized even if the oscillation unit 61 generates a large amount of heat. The obtained electric energy can be used, for example, by charging a battery to drive a starter motor or as a power source for in-car electrical products such as an electronic control device. Furthermore, since the cooling fins 69 are provided over the other ends of the p-type semiconductor 66 and the n-type semiconductor 67, the cooling (heat radiation) efficiency is further improved.

本発明の第1の最良の形態によるレーザ点火装置の廃熱利用装置の全体説明図である。1 is an overall explanatory view of a waste heat utilization device of a laser ignition device according to a first best mode of the present invention. 図1の気液熱交換器の詳細図である。It is detail drawing of the gas-liquid heat exchanger of FIG. 本発明の第2の最良の形態によるレーザ点火装置の廃熱利用装置の全体説明図である。It is a whole explanatory drawing of the waste heat utilization apparatus of the laser ignition device by the 2nd best form of the present invention. 図3の熱電変換器の詳細図である。FIG. 4 is a detailed view of the thermoelectric converter of FIG. 3. 従来の固体レーザ発振器を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional solid state laser oscillator. 従来の半導体レーザ発振器を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional semiconductor laser oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

11:シリンダ 14:ピストン
17:燃焼室 21:吸気孔
25:排気孔 35:燃焼噴射弁
37:らせん部 39:気液熱交換器
45:レーザ点火装置 46:発振部
48:照射部 50:切換弁
52:迂回路
11: Cylinder 14: Piston 17: Combustion chamber 21: Intake hole 25: Exhaust hole 35: Combustion injection valve 37: Spiral part 39: Gas-liquid heat exchanger 45: Laser ignition device 46: Oscillation part 48: Irradiation part 50: Switching Valve 52: Detour

Claims (7)

内燃機関の燃焼室(17)内の混合気にレーザ光を照射して点火するレーザ点火装置(45)と、
前記レーザ点火装置の周囲に配置され、該レーザ点火装置の廃熱により液体を暖めるとともに、該レーザ点火装置を冷却する気液熱交換器(39)と、
を備えたことを特徴とするレーザ点火装置の廃熱利用装置。
A laser ignition device (45) for igniting a gas mixture in a combustion chamber (17) of an internal combustion engine by irradiating it with a laser beam;
A gas-liquid heat exchanger (39) disposed around the laser ignition device, for warming the liquid by waste heat of the laser ignition device and cooling the laser ignition device;
An apparatus for utilizing waste heat of a laser ignition device.
前記液体は燃料であり、前記気液熱交換器は燃料タンク(38)から燃料噴射弁(35)に延びた燃料パイプ(36)の一部(37)を含む請求項1に記載のレーザ点火装置の廃熱利用装置。   The laser ignition according to claim 1, wherein the liquid is fuel and the gas-liquid heat exchanger includes a part (37) of a fuel pipe (36) extending from a fuel tank (38) to a fuel injection valve (35). Waste heat utilization equipment of equipment. 前記燃料パイプの一部は、前記レーザ点火装置の周囲に巻かれたらせん部である請求項2に記載のレーザ点火装置の廃熱利用装置。   The waste heat utilization device for a laser ignition device according to claim 2, wherein a part of the fuel pipe is a spiral wound around the laser ignition device. 前記レーザ点火装置の上流側と下流側とを結ぶ迂回路(52)が形成され、上流側の分岐点に切換弁(50)が配置されている請求項3に記載のレーザ点火装置の廃熱利用装置。   The waste heat of the laser ignition device according to claim 3, wherein a bypass (52) connecting the upstream side and the downstream side of the laser ignition device is formed, and a switching valve (50) is disposed at the upstream branch point. Use device. 内燃機関の燃焼室内の混合気にレーザ光を照射して点火するレーザ点火装置(60)と、
前記レーザ点火装置の周囲に配置され、該レーザ点火装置の廃熱により発電するとともに、該レーザ点火装置を冷却する熱電変換器(70)と、
を備えたことを特徴とするレーザ点火装置の廃熱利用装置。
A laser ignition device (60) that irradiates and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine;
A thermoelectric converter (70) disposed around the laser ignition device and generating power by waste heat of the laser ignition device and cooling the laser ignition device;
An apparatus for utilizing waste heat of a laser ignition device.
前記熱電変換器は半導体から成る熱電変換素子(66,67)を含み、p型半導体はBiTeで、n型半導体はBiTeである請求項5に記載のレーザ点火装置の廃熱利用装置。   The waste heat utilization device for a laser ignition device according to claim 5, wherein the thermoelectric converter includes a thermoelectric conversion element (66, 67) made of a semiconductor, the p-type semiconductor is BiTe, and the n-type semiconductor is BiTe. 前記p型半導体及び前記n型半導体の表面に冷却フィン(69)が設けられている請求項6に記載のレーザ点火装置の廃熱利用装置。   The waste heat utilization apparatus of a laser ignition device according to claim 6, wherein cooling fins (69) are provided on surfaces of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.
JP2005007696A 2005-01-14 2005-01-14 Device for utilizing waste heat of laser ignitor Pending JP2006194174A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005007696A JP2006194174A (en) 2005-01-14 2005-01-14 Device for utilizing waste heat of laser ignitor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005007696A JP2006194174A (en) 2005-01-14 2005-01-14 Device for utilizing waste heat of laser ignitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006194174A true JP2006194174A (en) 2006-07-27

Family

ID=36800450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005007696A Pending JP2006194174A (en) 2005-01-14 2005-01-14 Device for utilizing waste heat of laser ignitor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006194174A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010540822A (en) * 2007-09-27 2010-12-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser device for ignition device of internal combustion engine
US10550810B2 (en) 2017-04-27 2020-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection valve

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010540822A (en) * 2007-09-27 2010-12-24 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser device for ignition device of internal combustion engine
US8807107B2 (en) 2007-09-27 2014-08-19 Robert Bosch Gmbh Laser device for the ignition device of an internal combustion engine
US10550810B2 (en) 2017-04-27 2020-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection valve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5708606B2 (en) Thermoelectric generator
JP4477636B2 (en) Laser ignition device for internal combustion engine
JP5795782B2 (en) Induction drive ignition system
US8181618B2 (en) Induction driven ignition system
JP5939138B2 (en) Thermoelectric generator
JP2006194174A (en) Device for utilizing waste heat of laser ignitor
JP2004361070A (en) Combustion chamber component for carburetor burner of automobile heater
JP5107798B2 (en) Cogeneration equipment
JP2007085255A (en) Auxiliary chamber internal combustion engine
RU2537097C2 (en) Device for electric power generation from heat-conducting material
JP4134592B2 (en) Internal combustion engine equipped with a heat storage device
JP2010169087A (en) Fuel economy improvement device for internal combustion engine
KR101645679B1 (en) Fuel preheating apparatus for improving fuel efficiency and reduction of exhaust
JP2019100186A (en) Internal combustion engine and method for supplying fuel to internal combustion engine
JP2006250090A (en) Laser ignitor provided with warm-up device
US20080078364A1 (en) Method and apparatus for increasing power of a diesel engine by continuously heating the fuel
RU2018021C1 (en) Fuel filter for internal combustion engine
KR100405483B1 (en) Pre-heater for vehicle
RU2008498C1 (en) Fuel heater for diesel engine
RU2329393C1 (en) Glowing plug for heating device
FR2923858A1 (en) Catalytic exhaust silencer&#39;s i.e. hot reservoir, calorific energy generating and recuperating device for spark ignition engine of motor vehicle, has box controlling elements in generation and recuperation modes based on silencer temperature
JPS6059982A (en) Themoelectric converter for vehicle
KR960003245B1 (en) Fuel vaporizer using thermo electric module
JP2006090201A (en) Kerosene engine
KR100536276B1 (en) Boiler of using internal combustion engine