JP2006242035A - レーザ点火装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に依存しない確実な点火を可能としてロバスト性の高い燃焼を実現するレーザ点火装置及び方法を提供する。
【解決手段】噴射弁８より噴射された燃料にレーザビームを照射して着火燃焼させるレーザ点火装置であって、レーザビームの強度を制御する強度制御手段２と、強度制御手段２で制御されたレーザビームをシリンダ４の延びる方向と直交する面内で燃焼室７内に所定の入射角度で入射させる入射手段３と、入射手段３で入射されたレーザビームが燃焼室７内の複数点でクロスするようにレーザビームをマルチパスさせるマルチパス手段４１と、を有し、複数のクロス点で着火燃焼させる。 複数のクロス点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガソリンエンジンのように燃料と空気の混合気を燃焼室内で強制的に点火して燃焼させる内燃機関の点火装置及び方法に関する。詳しくは、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料と空気の混合気にレーザ発生器からのレーザビームを照射して該混合気を着火燃焼させるレーザ点火装置及び方法に関する。

ガソリンエンジン等の予混合燃焼エンジンにおいては、一般に点火プラグの火花放電で混合気の点火を行うようになっているが、圧縮比を高めたような場合、その点火位置から離れたシリンダ内壁付近で所謂エンドガスが自己着火し、ノッキングを起こすことがある。また、点火プラグが燃焼室に直接曝されるので炭素がプラグの電極に付着して、放電が困難になることがある。さらに、プラグで点火されたフレームが燃焼室全般に広がるまでには、時間がかかり、熱効率が悪い。

そこで、このスパークプラグによる点火に換わる点火装置として、例えば図１６に示すレーザ点火装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。これは、レーザ発生器５１からのレーザビーム５２をビームスプリッタ６０a、６０bと反射ミラー７１a、７１bで３ビームに分割し、シリンダヘッド８０の通路８１に設けられたレンズ９０で燃焼室内の３箇所に集光して点火するものである。

しかしながら、シリンダヘッドの右上で３ビームに分割し、シリンダの延びる方向（ピストンの上下する方向）から３箇所に集光するレーザ点火装置は、いくつかの問題を有している。すなわち、３箇所の点火位置が燃焼室の右側に偏っており、エンドガスの自己着火によるノッキングは回避できても、燃焼室内で混合気の濃度分布が大きく変化する成層運転時には最適な点火位置での運転ができず、失火によるエミッションの悪化、燃費悪化を招く。また、３ビームに分割して集光する光学系の要素が多く且つ複雑で、連続運転で初期性能を維持することが困難である。さらに、シリンダヘッドには図示省略の吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブなどが配設されており、レーザ点火装置を図のように配設するには制約が多い。したがって、エンドガスに３つの点火位置を設定することすら難しく、ノッキングの回避も確実性に欠ける問題を有していた。
特開平９−３０３２４４号公報

本発明は、上記の従来のレーザ点火装置の問題に鑑みてなされたものであり、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に依存しない確実な点火を可能としてロバスト性の高い燃焼を実現するレーザ点火装置及び方法を提供することを課題としている。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上及びノッキングの確実な回避を可能とするレーザ点火装置及び方法を提供することを課題としている。

課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料にレーザ発生器からのレーザビームを照射して該燃料を着火燃焼させるレーザ点火装置であって、前記レーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御手段と、前記強度制御手段で制御されたレーザビームを前記シリンダの延びる方向と直交する面内で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段と、前記入射手段で入射されたレーザビームが前記燃焼室内の複数点でクロスするように該レーザビームをマルチパスさせるマルチパス手段と、を有し、前記マルチパス手段で形成される前記複数のクロス点で着火燃焼させることを特徴としている。

燃焼室内のシリンダの延びる方向と直交する面内における複数のクロス点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーザ点火装置であって、前記入射手段の前記所定の入射角度は、前記レーザビームを前記シリンダの中心を外す方向であり、前記マルチパス手段は、前記入射手段で入射されたレーザビームを前記シリンダの壁面で多重反射させる、ことを特徴としている。

レーザビームをシリンダの中心を外す方向から壁面に入射させ、シリンダの壁面で多重反射させることで複数のクロス点を形成して点火させるので、複雑な光学系を付加する必要がない。

また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載のレーザ点火装置であって、前記マルチパス手段は、前記シリンダの壁面に沿って配設された角度制御可能なミラーを有することを特徴としている。

マルチパス手段は、シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御して複数点でクロスさせるので、任意の位置でクロスさせることができる。したがって、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に応じてクロス点を形成することができ、より一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ点火装置であって、前記ピストンが前記燃焼室を形成する面に球形キャビテイを備え、前記噴射弁から噴射される燃料がホローコーン状であることを特徴としている。

ピストンが球形キャビテイを備え、噴射弁が燃料をホローコーン状に噴射すると、混合気分布がシリンダの延びる方向と直交する面内で複数に分割するため、同じ面内でクロスする点が前記複数に分割する混合気分布と一致する確率が高くなり、より一層確実な点火が可能となる。

また、請求項５に係る発明は、請求項２又は４に記載のレーザ点火装置であって、前記入射角度は、前記入射手段で入射されたレーザビームと前記シリンダの壁面における該レーザビームの入射点の法線とがなす角度であり、前記入射手段の前記所定の入射角度は、ｎを５以上の整数、すなわちｎ＝５、６、７・・・とするとき、｛９０×（１−４／ｎ）｝°であることを特徴としている。

入射角度θを
θ＝｛９０×（１−４／ｎ）｝° （１）
にすると、クロス点を結ぶ多角形が正ｎ角形となり、混合気分布が複数に分割してもクロス点を一致させる確率をより高くすることができる。なお、（１）式の導出は後で行う。

課題を解決するためになされた請求項６に係る発明は、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の燃料にレーザ発生器からのレーザビームを照射して該燃料を着火燃焼させるレーザ点火方法であって、前記レーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御ステップと、前記強度制御ステップで制御されたレーザビームを前記シリンダの延びる方向と直交する面内で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射ステップと、前記入射ステップで入射されたレーザビームが前記燃焼室内の複数点でクロスするように該レーザビームをマルチパスさせるマルチパスステップと、を有し、前記マルチパスステップで形成される前記複数のクロス点で着火燃焼させることを特徴としている。

また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載のレーザ点火方法であって、前記入射ステップの前記所定の入射角度は、前記レーザビームを前記シリンダの中心を外す方向であり、前記マルチパスステップは、前記入射ステップで入射されたレーザビームを前記シリンダの壁面で多重反射させることを含む、ことを特徴としている。

また、請求項８に係る発明は、請求項６に記載のレーザ点火方法であって、前記マルチパスステップは、前記シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御することを含む、ことを特徴としている。

ここで、図９を使って上記（１）式の導出を行う。図９は後述する図８（ｃ）を描き直したものである。すなわち、Ｐ₀からＰ₁₁方向に入射したレーザビームがシリンダの壁面４１で多重反射して燃焼室７内をマルチパスしてクロス点Ｑ₁₁〜Ｑ₁₅が形成され、そのクロス点を結ぶ多角形が正５角形の場合を描画したものである。

正ｎ角形の頂角θ’は簡単な幾何学から
θ’＝１８０×（ｎ−２）／ｎ＝９０×（２−４／ｎ）
と表されることがわかる。ｎ＝５の場合、θ’＝１０８°となる。図９で∠Ｑ₁₁Ｑ₁₂Ｑ₁₃をθ’、レーザビームの入射角である∠ＯＰ₁₁Ｐ₀をθ、∠Ｐ₁₁Ｑ₁₂Ｑ₁₃をαとすると、
α＝１８０−θ’＝９０×４／ｎ
であり、
θ＝９０−α＝９０×（１−４／ｎ）
となり、（１）式が導出されたことになる。

燃焼室内のシリンダの延びる方向と直交する面内における複数のクロス点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態１について、図を用いて説明する。図１は、実施形態１に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図２及び図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、入射手段を説明するための図、図５は、強度制御手段の拡大図である。

図１において、４は円筒状シリンダ、５はピストン、６はシリンダヘッド、７はシリンダ４の壁面４１とピストン５の球形キャビテイ５１を有する上面及びシリンダヘッド６の下面で形成される燃焼室、８は燃料噴射弁である。なお、図１では吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブ等を省略してある。

１はレーザビームＬを発生するレーザ発生器、２はレーザビームＬの強度を所定の強度に制御する強度制御手段、３はレーザビームをシリンダ４の延びる方向（ｚ軸）と直交する面内（ｘ−ｙ平面）で燃焼室７内に所定の入射角度で入射させる入射手段、である。

上記のように構成されたレーザ点火装置において、レーザ発生器１から発生されたレーザビームＬは、入射角がθ₁又はθ₂となるようにシリンダ４にあけられた穴３又は３’（図４参照）に配設された強度制御手段２に入射される。すなわち、燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段は、本実施形態では、入射角がθ₁又はθ₂となるようにシリンダ４にあけられた穴３又は３’ということになる。

本発明のレーザ点火装置では、クロス点以外では着火しないでクロス点でのみ着火するようにレーザビーム強度を制御する必要がある。本実施形態の強度制御手段２は、図５に示すように、凸レンズ２１、凹レンズ２２及び鏡筒２３からなるガリレオ型望遠鏡であり、ビーム径を倍率分小さくすることで強度を変えることができる。たとえば、熱着火の場合の着火閾値強度Ｉ_thがＩ_th＝６ＭＷ／ｃｍ²とすると、クロス点でＩ_th以上になるように制御する必要がある。本実施形態では、たとえば、ビーム径１０ｍｍ、パワー２５ＫＷ、レーザビーム強度３２ＫＷ／ｃｍ²のレーザビームＬを発生するレーザ発生器１を用いる。そして、強度制御手段２として、ビーム径を１／１０にする倍率１０倍のガリレオ望遠鏡を用いると、ビーム径１０ｍｍ、パワー２５ＫＷ、ビーム強度３２ＫＷ／ｃｍ²のレーザビームＬは、ビーム径１ｍｍ、パワー２５ＫＷ、ビーム強度３．２ＭＷ／ｃｍ²のレーザビームＬ’となる。なお、たとえば、レーザ発生器１から直接ビーム径１ｍｍ、パワー２５ＫＷ、ビーム強度３．２ＭＷ／ｃｍ²のレーザビームＬ’を発生できれば、強度制御手段２を省略することができる。その場合は、たとえば、レーザ発生器１を直接入射手段の穴３又は３’に配設すればよい。

レーザビームＬ’の入射角θ₁、θ₂は、シリンダ４の中心Ｏと入射点Ｐ₁を結ぶ線と入射レーザビームとのなす角であり、入射レーザビームがシリンダ４の中心Ｏを通らない場合、シリンダ４の壁面４１のＰ₁で反射したレーザビームはＰ₂、Ｐ₃、Ｐ₄、あるいはＰ₂’、Ｐ₃’、Ｐ₄’で順次反射され、レーザビームＬ’は、ｘ−ｙ平面内でマルチパスする。したがって、本実施形態ではマルチパス手段は、壁面４１である。マルチパスがｘ−ｙ平面内で行われるため、クロス点Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄、Ｑ₅、あるいはＱ₁’、Ｑ₂’、Ｑ₃’、Ｑ₄’、Ｑ₅’を形成する。

上記のように、レーザビームＬ’のビーム強度が３．２ＭＷ／ｃｍ²であるので、クロス点Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄、Ｑ₅、あるいはＱ₁’、Ｑ₂’、Ｑ₃’、Ｑ₄’、Ｑ₅’で６．４ＭＷ／ｃｍ²となり、着火閾値強度Ｉ_th＝６ＭＷ／ｃｍ²以上となるので、クロス点でのみ着火燃焼を開始する。

圧縮行程中に燃料噴射弁８から燃料を噴射し、成層運転する場合、噴射された燃料と空気の混合気はエンジン条件、燃焼室形状に起因する気流等に大きく影響されるため、常に同一の位置に最適濃度の混合気が形成される訳ではない。点火する位置は混合気の当量比が０．５〜２の領域、特に０．８〜１．２の領域が好ましい。

燃焼室７内のシリンダの延びる方向すなわちｚ軸と直交するｘ−ｙ面内でクロスする５点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。

図２と図３を比較するとわかるように、入射角が小さいと（θ₁の場合）クロス点が燃焼室の中央付近に形成され、入射角が大きいと（θ₂の場合）クロス点が燃焼室の周辺部に形成される。したがって、噴射弁８から噴射される燃料形状や運転条件で変化する燃料と空気の混合気分布が、たとえば、燃焼室の中央付近に分布する場合は、入射角度をθ₁とするレーザ点火装置を用いるとよい。

なお、本実施形態のレーザ点火装置の適用は、所謂スプレーガイドに限定されるものではなく、例えばスイトイキ燃焼に適用されてもよい。

（実施形態２）
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態２について、図を用いて説明する。図６は、実施形態２に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図７は、強度制御手段の拡大図、図８はピストンが球形キャビテイを備え、燃料をホローコーン状に噴射したときの混合気濃度分布パターンの挙動及び混合気濃度分布パターンとレーザビームのクロス点の対応を説明するための図、図１０は、実施形態２の変形態様の概略構成図である。

図６において、４はたとえば内径Ｒ＝５０ｍｍの円筒状シリンダ、５はたとえば半径Ｒ_c＝２５ｍｍの球形キャビテイ５１を有するピストン、６’はシリンダヘッド、７’はシリンダ４の壁面４１とピストン５の上面及びシリンダヘッド６’の下面で形成される燃焼室、８’は燃料噴射弁である。なお、図６でも吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブ等を省略してある。

１’はレーザ発生器、２’はレーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御手段、１０はレーザ発生器１’から発生されたレーザビームを強度制御手段２’まで伝搬させる光ファイバ、３’’はレーザビームＬ”をシリンダ４の延びる方向（ｚ軸）と直交する面内（ｘ−ｙ平面）で燃焼室７’内に所定の入射角度で入射させる入射手段である。なお、入射手段３’’は実施形態１と同様にシリンダ４の壁にあけられた穴３’’で、強度制御手段２’をシリンダ４の中心Ｏと入射点Ｐ₁₁を結ぶ線分と入射レーザビームとのなす角が所定の角度θになるように取り付けるものである（図８（ｃ）参照）。すなわち、穴３’’は、方向が入射点Ｐ₁₁の方向と一致し、ｚ軸と直交している。

本発明のレーザ点火装置では、クロス点以外では着火しないでクロス点でのみ着火するようにレーザビーム強度を制御する必要がある。本実施形態の強度制御手段２’は、図７に示すように、コリメートレンズ２１’、ファイバ１０の出射端１０１及び鏡筒２３’からなり、ビーム径を大きくすることで強度を変えることができる。たとえば、光化学着火の場合の着火閾値強度Ｉ_th’がＩ_th’＝６０ＫＷ／ｃｍ²とすると、クロス点でＩ_th’以上になるように制御する必要がある。本実施形態では、たとえば、パワー２５０Ｗのレーザビームを発生するレーザ発生器１を用い、コア径１００μｍの石英製ファイバ１０に結合させる。そして、ビーム径をコア径の１０倍にするコリメートレンズ２１’を有する強度制御手段２’で、ビーム径１ｍｍ、パワー２５０Ｗ、ビーム強度３２ＫＷ／ｃｍ²のレーザビームＬ’’にする。

図８（ａ）は図６の噴射弁８’とピストン５の関係を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ’−Ａ’断面を示しているが、これから、燃料をホローコーン状に噴射すると、先ず円環状になり、その後気流の影響を受けて混合気が４つに分割され、点線で示す半径Ｒ_cの円形キャビテイ内側に分布することがわかる。

また、図８（ｄ）は運転条件を変えたときの混合気の挙動を示しているが、運転条件によっては混合気は分割しないで円形キャビテイ内に円環形状を保持している。

本実施形態ではクロス点を結んでできる多角形が正５角形となりクロス点がシリンダの中心Ｏからｒの位置になるように、入射角θ＝１８°＝｛９０×（１−４／５）｝°となっている。すなわち、入射角１８°でシリンダ４の壁面４１のＰ₁₁に入射したレーザビームは、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃、Ｐ₁₄で順次反射され、レーザビームは、ｘ−ｙ平面内でマルチパスする。マルチパスがｘ−ｙ平面内で行われるため、クロス点Ｑ₁₁、Ｑ₁₂、Ｑ₁₃、Ｑ₁₄、Ｑ₁₅を形成する。そして、入射角θ＝１８°＝｛９０×（１−４／５）｝°となっているので、Ｑ₁₁、Ｑ₁₂、Ｑ₁₃、Ｑ₁₄、Ｑ₁₅を結ぶ５角形は正５角形となる。三角形ＯＱ₁₂Ｐ₁₄に注目すると、∠ＯＱ₁₂Ｐ₁₄＝５４°，∠ＯＰ₁₄Ｑ₁₂＝１８°であるので、
ｒ／ｓｉｎ１８＝Ｒ／ｓｉｎ５４ （２）
の関係が成り立つことがわかる。したがって、たとえば、Ｒ＝５０ｍｍのとき、ｒ＝１９ｍｍとなる。ｒ（＝１９ｍｍ）＜Ｒ_c（＝２５ｍｍ）であるので、図８（ｃ）、（ｅ）に示すように、クロス点の多くが半径Ｒ_cの点線で示す円内に分布する混合気分布パターンと一致し、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。

上記のように、入射角θ＝｛９０×（１−４／ｎ）｝°の場合、クロス点を結ぶ多角形が正ｎ角形になり、そのとき（２）式のような関係式が得られるので、予め混合気分布パターンを計測しておき、クロス点がそのパターンにできるだけ一致するように、入射角を決めることができる。

図１０に示すように、強度制御手段２’を２つにしてｚ軸方向に積層配置するとよい。そうするとｚ軸と直交する２つの面内でレーザビームがマルチパスして、図８（ｃ）のクロス点を結ぶ正５角形がｚ軸方向に２層でき、合計１０点でレーザ点火されるので一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。なお、この場合、たとえばレーザ発生器１’’としては、パワー５００Ｗのレーザビームを発生するものを用い、ファイバ１０’としては、伝搬するレーザパワーを１／２に分割するＹ分岐を備えたものを用いる必要がある。

なお、本実施形態のレーザ点火装置の適用は、所謂スプレーガイドに限定されるものではなく、例えばスイトイキ燃焼に適用されてもよい。

（実施形態３）
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態３について、図を用いて説明する。図１１は、実施形態３に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図１２は、図１１のＡ’−Ａ’断面図、図１３〜１５は、実施形態２の変形態様の概略構成図である。

実施形態１ではマルチパス手段が壁面４１であったが、本実施形態はマルチパス手段が壁面に沿って配設されたミラーである点だけが実施形態１と異なる。

４２が壁面４１に沿って配設された４個のミラーで、反射面がｚ軸に平行な軸の回りに回転制御できるように配設されている。すなわち、４個のミラー４２は、所定の位置にクロス点を形成するようにそれぞれ角度を調節した後固定されている。４３は、レーザビームを透過する窓である。

本実施形態のレーザ点火装置のマルチパス手段は、シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御して複数点でクロスさせるので、任意の位置でクロスさせることができる。したがって、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に応じてクロス点を形成することができ、より一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。

図１３に示すように、例えば、強度制御手段２の後に反射面がｚ軸に平行な軸の回りに回転制御できる角度可変ミラー（入射手段）３０を配置して、窓４４を介して燃焼室７へのレーザビームＬ’の入射角を所定の入射角で入射させるようにしてもよい。壁面に沿って配設されたミラー４２がなくても角度可変ミラー３０を、例えば矢印方向に回転させることで、実線で示すマルチパスを点線で示すマルチパスにすることができ、クロス点（着火点）位置を変えることができる。さらに、レーザビームが入射して反射する壁面に、実施形態３のような反射面がｚ軸に平行な軸の回りに回転制御できるミラー４２を配設してもよい。より一層クロス点位置を任意に変えることができるようになる。

また、図１４に示すように、図１２に示す実施形態３のレーザ点火装置において、壁面に沿って配設されたミラー４２を１個にしてもよい。１個のミラー４２を矢印方向に回転させるだけでも、実線で示すマルチパスを点線で示すマルチパスにすることができ、クロス点（着火点）位置を変えることができる。

また、図１５に示すように、シリンダの壁面にｚ軸に平行な軸の回りに回転制御できるミラー４２を配設し、ミラー４２を中心に強度制御手段２を矢印方向に回転させることができる回転ステージ（入射手段）３０’を備えるようにしてもよい。回転ステージ３０’によるレーザビームＬ’の入射角の制御とミラー４２による反射角の制御を組み合わせることでクロス点位置を任意の位置に設定することができる。

実施形態１に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態１の入射手段を説明するための図である。 実施形態１の強度制御手段の拡大図である。 実施形態２に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。 実施形態２の強度制御手段の拡大図である。 ピストンが球形キャビテイを備え、燃料をホローコーン状に噴射したときの混合気濃度分布パターンの挙動及び混合気濃度分布パターンとレーザビームのクロス点の対応を説明するための図である。 （１）式導出のために図８（ｃ）を描き直した図である。 実施形態２の変形態様の概略構成図である。 実施形態３に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。 図１１のＡ’−Ａ’断面図である。 実施形態３の変形態様の概略構成図である。 実施形態３の別の変形態様の概略構成図である。 実施形態３の別の変形態様の概略構成図である。 従来のレーザ点火装置の構成図である。

符号の説明

１、１’、１’’・・・・レーザ発生器
２、２’・・・・・・・・ 強度制御手段
３、３’、３’’・・・・シリンダ壁にあけられた穴（入射手段）
４・・・・・・・・・・ シリンダ
５・・・・・・・・・・ ピストン
６・・・・・・・・・・ シリンダヘッド
７・・・・・・・・・・ 燃焼室
８、８’・・・・・・・ 噴射弁
３０・・・・・・・・・・角度可変ミラー（入射手段）
３０’・・・・・・・・・回転ステージ（入射手段）
４１・・・・・・・・・ 壁面（マルチパス手段）
４２・・・・・・・・・ ミラー（マルチパス手段）
Ｌ、Ｌ’、Ｌ”、・・・・レーザビーム
θ、θ₁、θ₂・・・・・入射角

Claims (8)

1. 円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料に、レーザ発生器からのレーザビームを照射して該燃料を着火燃焼させるレーザ点火装置であって、
   前記レーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御手段と、
   前記強度制御手段で制御されたレーザビームを前記シリンダの延びる方向と直交する面内で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段と、
   前記入射手段で入射されたレーザビームが前記燃焼室内の複数点でクロスするように該レーザビームをマルチパスさせるマルチパス手段と、
   を有し、前記マルチパス手段で形成される前記複数のクロス点で着火燃焼させることを特徴とするレーザ点火装置。
2. 前記入射手段の前記所定の入射角度は、前記レーザビームを前記シリンダの中心を外す方向であり、
   前記マルチパス手段は、前記入射手段で入射されたレーザビームを前記シリンダの壁面で多重反射させる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ点火装置。
3. 前記マルチパス手段は、前記シリンダの壁面に沿って配設された角度制御可能なミラーを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ点火装置。
4. 前記ピストンが前記燃焼室を形成する面に球形キャビテイを備え、前記噴射弁から噴射される燃料がホローコーン状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ点火装置。
5. 前記入射角度は、前記入射手段で入射されたレーザビームと前記シリンダの壁面における該レーザビームの入射点の法線とがなす角度であり、前記入射手段の前記所定の入射角度は、ｎを５以上の整数、すなわちｎ＝５、６、７、・・・とするとき、｛９０×（１−４／ｎ）｝°であることを特徴とする請求項２又は４に記載のレーザ点火装置。
6. 円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の燃料にレーザ発生器からのレーザビームを照射して該燃料を着火燃焼させるレーザ点火方法であって、
   前記レーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御ステップと、
   前記強度制御ステップで制御されたレーザビームを前記シリンダの延びる方向と直交する面内で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射ステップと、
   前記入射ステップで入射されたレーザビームが前記燃焼室内の複数点でクロスするように該レーザビームをマルチパスさせるマルチパスステップと、
   を有し、前記マルチパスステップで形成される前記複数のクロス点で着火燃焼させることを特徴とするレーザ点火方法。
7. 前記入射ステップの前記所定の入射角度は、前記レーザビームを前記シリンダの中心を外す方向であり、
   前記マルチパスステップは、前記入射ステップで入射されたレーザビームを前記シリンダの壁面で多重反射させることを含む、ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ点火方法。
8. 前記マルチパスステップは、前記シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御することを含む、ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ点火方法。

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