JP2006250090A - Laser ignitor provided with warm-up device - Google Patents

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Shinshu So
振洲 蘇
Takashi Mizobuchi
剛史 溝渕
Taishin Tani
谷  泰臣
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Denso Corp
Soken Inc
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Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology for shortening warm-up time in a case where a laser oscillator is used for a laser ignitor. <P>SOLUTION: This laser ignitor provided with a warm-up device is provided with the laser ignitor 35 including the laser oscillator 36 to radiate laser beam to mixture in a combustor on chamber 16 of an internal combustion engine for ignition, and an electric warm-up device 40 to heat the laser oscillator when actuation of the laser oscillator is started. Warm-up time for heating the laser oscillator by the warm-up device to make it ready for oscillation is shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ発振器を加温する暖気装置を備えた、暖気装置付きレーザ点火装置に関する。   The present invention relates to a laser ignition device with a warming device provided with a warming device for heating a laser oscillator.

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

一般に、レーザ発振器は始動(開始)後レーザ光を発振するまでに所定の暖気時間が必要であり、レーザ発振器の用途を問わず(点火用でもそれ以外でも)、暖気時間は極力短いことが望ましい。車両の点火装置に使用した場合この要求は特に厳しく、さもないとエンジンの始動が遅れる。   In general, a laser oscillator requires a predetermined warm-up time until the laser beam is oscillated after starting (starting), and it is desirable that the warm-up time be as short as possible regardless of the use of the laser oscillator (for ignition or other purposes). . This requirement is particularly severe when used in a vehicle ignition device, otherwise the engine start is delayed.

点火装置以外に使用されたレーザ発振器の暖気時間を短くする技術が開発されている。例えば特開2002−319723号公報に開示された技術はレーザ加工機に使用するガスレーザに関し、暖気時間を自動化するために、計測手段でレーザ発振器の休止時間を計測している。しかし、計測手段の計測結果に基づく制御が複雑である。また、特開平9−216077号公報に開示された技術はレーザ加工に使用するガスレーザに関し、レーザの立上がりを促すべくアイドリングパルス発生回路を付加している。しかし、アイドリングパルス発生回路の制御が複雑になる。   A technique for shortening the warm-up time of a laser oscillator used other than the ignition device has been developed. For example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-319723 relates to a gas laser used in a laser processing machine, and measures a pause time of a laser oscillator by a measuring unit in order to automate a warm-up time. However, the control based on the measurement result of the measuring means is complicated. The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-216077 relates to a gas laser used for laser processing and adds an idling pulse generating circuit to promote the rise of the laser. However, the control of the idling pulse generation circuit is complicated.

これから分かるように、レーザ発振器の暖気時間の短縮に関する技術は点火装置以外の分野で使用されているにすぎず、点火装置に用いたレーザ発振器の暖気時間を短縮する技術は知られていない。また、レーザ加工などの分野で使用されている暖気時間を短縮する技術はその制御が複雑である。   As can be seen, the technology relating to the shortening of the warm-up time of the laser oscillator is only used in fields other than the ignition device, and the technology for shortening the warm-up time of the laser oscillator used in the ignition device is not known. Further, the technology for shortening the warm-up time used in fields such as laser processing is complicated to control.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、しかもレーザ発振器の暖気時間が効果的に短縮される暖気装置付きレーザ点火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 an object of the present invention is to provide a laser ignition device with a warming device that has a simple configuration and that can effectively shorten the warming time of a laser oscillator.

(イ)本発明の発明者は、電気式加熱器又は加温媒体でレーザ発振器を直接加温することを着想して本発明を完成した。第1発明による暖気装置付きレーザ点火装置は、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発振器を含むレーザ点火装置と、レーザ発振器の作動開始時レーザ発振器を加温する電気式暖気装置と、を備えている。可燃混合気に点火するレーザ発振器が電気式暖気装置で加温されることが最大の特徴である。   (B) The inventor of the present invention has conceived that the laser oscillator is directly heated by an electric heater or a heating medium, and has completed the present invention. According to a first aspect of the present invention, a laser ignition device with a warming device includes a laser ignition device including a laser oscillator that irradiates a mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine and ignites the mixture. And an electric warming device that heats the laser oscillator at the start of operation. The biggest feature is that the laser oscillator that ignites the combustible mixture is heated by an electric warming device.

第2発明による暖気装置付きレーザ点火装置は、請求項4に記載したように、点火コイル及び点火プラグを含み内燃機関の燃焼室内の混合気に火花で点火する火花点火装置と、レーザ発振器を含み燃焼室内の混合気にレーザ光で点火するレーザ点火装置と、内燃機関の作動状態に応じて火花点火装置又はレーザ点火装置を作動させる制御装置と、レーザ発振器の作動開始時レーザ発振器を加温する暖気装置と、を備えている。火花点火装置及びレーザ点火装置を併設し、内燃機関の運転状態に応じて、何れか一方を選択して使用することが最大の特徴である。   According to a second aspect of the present invention, a laser ignition device with a warming device includes a spark ignition device for igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine with sparks, and a laser oscillator. A laser ignition device that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber with a laser beam, a control device that operates a spark ignition device or a laser ignition device according to the operating state of the internal combustion engine, and a laser oscillator that heats the laser oscillator at the start of operation And a warming device. The greatest feature is that a spark ignition device and a laser ignition device are provided, and either one is selected and used according to the operating state of the internal combustion engine.

(ロ)以下、本発明の構成要素の種々の態様につき説明する。   (B) Various aspects of the components of the present invention will be described below.

a.内燃機関
第1発明及び第2発明の内燃機関は車両のエンジンが代表例であるが、必ずしも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、及び可燃混合気に点火する点火装置を含む。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。
a. Internal combustion engine The internal combustion engine of the first and second inventions is typically a vehicle engine, but is not necessarily 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 an ignition device that ignites a combustible mixture. 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).

b.点火装置
本発明の点火装置には二つのタイプがある。第1発明(第1タイプ)の点火装置はレーザ点火装置のみから成り、第2発明(第2タイプ)の点火装置は火花点火装置及びレーザ点火装置から成り何れか一方が選択される。第1発明及び第2発明のレーザ点火装置は、固体レーザ、半導体レーザ、その両方の組合せの何れから成っても良い。レーザ発振器はシリンダヘッドの頂部に取り付けることが望ましいが、それ以外の場所に取り付けレーザ光を光ファイバで燃焼室に導いても良い。なお、第2発明の火花点火装置としては、点火コイルと点火プラグとを含み、シリンダカバーに取り付けられる汎用のものを使用できる。
b. Ignition device There are two types of ignition devices of the present invention. The ignition device of the first invention (first type) consists only of a laser ignition device, and the ignition device of the second invention (second type) consists of a spark ignition device and a laser ignition device, and either one is selected. The laser ignition devices of the first invention and the second invention may be composed of any of a solid-state laser, a semiconductor laser, and a combination of both. The laser oscillator is preferably attached to the top of the cylinder head, but it may be attached elsewhere, and the laser beam may be guided to the combustion chamber by an optical fiber. As the spark ignition device of the second invention, a general-purpose device that includes an ignition coil and a spark plug and is attached to a cylinder cover can be used.

c.暖気装置、加温媒体
内燃機関が車両のエンジンの場合、暖気装置は車載電源で作動する電気式加熱器(ヒータコイル)から成り(aタイプ)、ヒータコイルはレーザ発振器にらせん状に巻くことができる。暖気装置はまた、車両内を流通している比較的高温の加温媒体を利用でき(bタイプ)、加温媒体は排気管を流通する排ガス又は空調装置で生成される空調空気(特に暖気)である。暖気装置はレーザ発振器を収容し、その内部を加温冷媒が流れる管部材で構成される。例えば、排気管から分岐しその内部を高温の排ガスが流れる排ガス流通管、又は空調装置から延びその内部を高温の空調空気が流れる空調空気流通管である。
c. Warm-up device, heating medium When the internal combustion engine is a vehicle engine, the warm-up device consists of an electric heater (heater coil) that is operated by an on-vehicle power source (type a), and the heater coil can be spirally wound around a laser oscillator it can. The warming device can also use a relatively high-temperature heating medium circulating in the vehicle (b type), and the heating medium is exhaust gas flowing through the exhaust pipe or conditioned air generated by the air conditioner (particularly warm air) It is. The warming device contains a laser oscillator and is constituted by a tube member through which a warming refrigerant flows. For example, it may be an exhaust gas distribution pipe that branches from an exhaust pipe and in which high-temperature exhaust gas flows, or an air-conditioning air distribution pipe that extends from an air conditioner and in which high-temperature conditioned air flows.

d.制御装置、温度検知手段
第1発明のヒータコイルは制御装置によりエンジンの始動よりも先に、例えば車両のドアの開放に連動して発熱できる。二つの点火装置を含む第2発明では、内燃機関の作動状態に応じて、制御装置により何れか一方の点火装置を選択的に作動させる。具体的には、内燃機関の始動時は火花点火装置を作動させ、始動後はレーザ点火装置を作動させる。火花点火装置はイグニッションキーのオンで作動を開始し、火花点火装置からレーザ点火装置への切換時期は、例えば温度検知手段で検知しているレーザ発振器の温度が所定値に達したときとする。また、上記排ガス流通管及び空調空気流通管の途中に流量調整手段を設け、温度検知手段による検知結果に基づき、その開度を調整することができる。
d. Control device, temperature detection means The heater coil of the first invention can generate heat in conjunction with the opening of a vehicle door, for example, before the engine is started by the control device. In the second invention including two ignition devices, one of the ignition devices is selectively operated by the control device in accordance with the operating state of the internal combustion engine. Specifically, the spark ignition device is operated when the internal combustion engine is started, and the laser ignition device is operated after the start. The spark ignition device starts its operation when the ignition key is turned on, and the switching timing from the spark ignition device to the laser ignition device is, for example, when the temperature of the laser oscillator detected by the temperature detecting means reaches a predetermined value. Further, a flow rate adjusting means is provided in the middle of the exhaust gas circulation pipe and the conditioned air circulation pipe, and the opening degree can be adjusted based on the detection result by the temperature detection means.

第1発明にかかる暖気装置付きレーザ点火装置によれば、レーザ発振器はその始動時に電気式暖気装置により直接加温(暖気)されるので、短時間に発振可能状態になり、燃焼室内の可燃混合気に直ちに点火できる。レーザ発振器を直接加温するので暖気の効果が大きく、複雑な制御も不要である。   According to the laser ignition device with a warming device according to the first invention, the laser oscillator is directly heated (warmed up) by the electric warming device at the time of starting, so that the laser oscillator can be oscillated in a short time and combustible mixing in the combustion chamber is achieved. I can ignite immediately. Since the laser oscillator is directly heated, the effect of warming is great and complicated control is unnecessary.

請求項2の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、暖気装置は車載電源を使用でき、またヒータコイルをレーザ発振器に巻き付けているので加温効率が良い。請求項3の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、ヒータコイルがドアの開き時からレーザ発振器を加温するので、イグニッションキーのオン時は直ちに発振できる。   According to the laser ignition device with a warming device according to the second aspect, the warming device can use an in-vehicle power source, and the heater coil is wound around the laser oscillator, so that the heating efficiency is good. According to the laser ignition device with a warming device according to the third aspect, since the heater coil heats the laser oscillator from when the door is opened, it can oscillate immediately when the ignition key is turned on.

第2発明にかかる暖気装置付きレーザ点火装置によれば、内燃機関の作動状態に応じて火花点火装置又はレーザ点火装置を使い分けることができ、可燃混合物への点火が確実になる。請求項5及び6の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、内燃機関の始動時は火花点火装置を使用するので暖気は不要で、直ちに点火できる。始動後は暖気されたレーザ点火装置を使用するので、切換え後直ちに発火できる。   According to the laser ignition device with a warming device according to the second aspect of the invention, the spark ignition device or the laser ignition device can be properly used according to the operating state of the internal combustion engine, and the ignition of the combustible mixture is ensured. According to the laser ignition device with a warming device of claims 5 and 6, since the spark ignition device is used when starting the internal combustion engine, warming is unnecessary and ignition can be performed immediately. Since the laser igniter which has been warmed up is used after starting, it can ignite immediately after switching.

請求項7の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、暖気装置は排ガスの温熱を利用するので加温が確実で、またエネルギの有効利用につながる。請求項8の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、車両に装備されている空調装置を使用するので、特別な機器や装置の追加は不要である。請求項9の暖気装置付きレーザ点火装置によれば、検知温度に応じて排ガス又は空調空気の供給量を調整し、最適な加温の程度を選択できる。   According to the laser ignition device with a warming device of claim 7, since the warming device uses the heat of exhaust gas, the warming is reliable and the energy is effectively used. According to the laser igniter with the warming device of the eighth aspect, since the air conditioner installed in the vehicle is used, it is not necessary to add special equipment or devices. According to the laser ignition device with a warming device of the ninth aspect, it is possible to select the optimum degree of heating by adjusting the supply amount of exhaust gas or conditioned air according to the detected temperature.

以下、最良の形態による実施形態(暖気装置付きレーザ点火装置)を添付図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment (laser ignition device with a warming device) according to the best mode will be described with reference to the accompanying drawings.

<第1実施形態>
(構成)
図1に、内燃機関が車両のエンジンで、暖気装置がヒータコイルから成る第1の実施形態を示す。エンジンはシリンダヘッド10、ピストン13、シリンダカバー15、燃料噴射弁26、レーザ点火装置35及び暖気装置40等を含む。このうち、シリンダヘッド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13が摺動可能に滑合されている。シリンダヘッド10の上端開口がシリンダカバー15で覆われ、燃焼室16を区画している。
<First Embodiment>
(Constitution)
FIG. 1 shows a first embodiment in which the internal combustion engine is a vehicle engine and the warming device is a heater coil. The engine includes a cylinder head 10, a piston 13, a cylinder cover 15, a fuel injection valve 26, a laser ignition device 35, a warming device 40, and the like. Among these, a water jacket 11 through which cooling water circulates is formed in the cylinder head 10, and a piston 13 is slidably fitted in the cylinder bore 12. An upper end opening of the cylinder head 10 is covered with a cylinder cover 15, thereby defining a combustion chamber 16.

シリンダヘッド10の一側に吸気管21が、他側に排気管55がそれぞれ配置されている。吸気管21は燃焼室16に吸気(外気)を供給するもので、その入口にエアークリナ(不図示)を備え、出口が吸気孔17に接続されている。吸気孔17の近傍に吸気弁23が配置され、開閉機構24により所定時期に開閉される。吸気弁23の近傍に燃料噴射弁26が配置され、燃料パイプ27を介して燃料タンク29に接続されている。燃料タンク28内の燃料が燃料ポンプ29により燃料パイプ27を通して燃料噴射弁26に圧送される。   An intake pipe 21 is disposed on one side of the cylinder head 10 and an exhaust pipe 55 is disposed on the other side. The intake pipe 21 supplies intake air (outside air) to the combustion chamber 16, has an air cleaner (not shown) at its inlet, and has an outlet connected to the intake hole 17. An intake valve 23 is disposed in the vicinity of the intake hole 17 and is opened and closed by an opening / closing mechanism 24 at a predetermined time. A fuel injection valve 26 is disposed in the vicinity of the intake valve 23 and is connected to a fuel tank 29 via a fuel pipe 27. The fuel in the fuel tank 28 is pumped to the fuel injection valve 26 through the fuel pipe 27 by the fuel pump 29.

シリンダカバー15の頂部にレーザ点火装置35が配置され、その周辺に暖気装置40が配置されている。これらの詳細は次述する。排気管55は燃焼ガスを排出するもので、その入口が燃焼室16の排気孔18に接続されている。排気孔18の近傍に配置された排気弁57は開閉機構58により所定時期に開閉される。   A laser ignition device 35 is disposed at the top of the cylinder cover 15, and a warming device 40 is disposed around the laser ignition device 35. These details are described below. The exhaust pipe 55 discharges combustion gas, and its inlet is connected to the exhaust hole 18 of the combustion chamber 16. The exhaust valve 57 disposed in the vicinity of the exhaust hole 18 is opened and closed by an opening / closing mechanism 58 at a predetermined time.

次に、上記レーザ点火装置35及び暖気装置40の詳細につき、図1、図2及び図3をもとに説明する。図2から分かるように、レーザ点火装置35のレーザ発振器36の外周面に暖気装置40のヒータコイル41がらせん状に巻かれ、その両端は車載バッテリ43に接続され、途中にスイッチ44が配置されている。レーザ発振器36の近くに温度センサ38が配置され、レーザ発振器36の温度を検知している。   Next, the details of the laser ignition device 35 and the warming-up device 40 will be described with reference to FIGS. As can be seen from FIG. 2, the heater coil 41 of the warming device 40 is spirally wound around the outer peripheral surface of the laser oscillator 36 of the laser ignition device 35, and both ends thereof are connected to the in-vehicle battery 43, and the switch 44 is disposed in the middle. ing. A temperature sensor 38 is disposed near the laser oscillator 36 to detect the temperature of the laser oscillator 36.

図3から分かるように、ドア(不図示)の開閉スイッチ48の信号、及び温度センサ38の検知結果がECU46に入力される。ECU46はドアの開放に連動してスイッチ44をオンさせる。また、イグニッションキー(不図示)のオンに連動して、レーザ発振器36を作動させる。   As can be seen from FIG. 3, the signal of the opening / closing switch 48 of the door (not shown) and the detection result of the temperature sensor 38 are input to the ECU 46. The ECU 46 turns on the switch 44 in conjunction with the opening of the door. Further, the laser oscillator 36 is operated in conjunction with turning on an ignition key (not shown).

(作用)
次に、第1実施形態の作用を説明するが、本発明と直接関係ない作用の説明は割愛する。乗員が車両の乗り込むためにドアを開いたとき図3のスイッチ48が検知し、ECU46からの指令でスイッチ44がオンし、車載バッテリ43からヒータコイル41に電流が流れる。すると、ヒータコイル41が発熱しレーザ発振器36を加温する。温度センサ38でレーザ発振器36の温度を検知し、所定時間内に所定温度(例えば18から28℃)になるように電流値を制御する。
(Function)
Next, the operation of the first embodiment will be described, but the description of the operation not directly related to the present invention will be omitted. When the occupant opens the door to get into the vehicle, the switch 48 in FIG. 3 detects that the switch 44 is turned on by a command from the ECU 46, and current flows from the in-vehicle battery 43 to the heater coil 41. Then, the heater coil 41 generates heat and heats the laser oscillator 36. The temperature of the laser oscillator 36 is detected by the temperature sensor 38, and the current value is controlled so as to reach a predetermined temperature (for example, 18 to 28 ° C.) within a predetermined time.

イグニッションキーがオンされると、吸気工程でピストン13が下降し、外気を吸気管21から燃焼室16内に吸い込み、燃料噴射弁26から燃料を噴射し燃焼室内16の可燃混合気を生成する。圧縮工程でピストン13が上昇し可燃混合気を圧縮し、上死点に達する直前にレーザ発振器36で可燃混合気に点火する。   When the ignition key is turned on, the piston 13 descends in the intake process, the outside air is sucked into the combustion chamber 16 from the intake pipe 21, and fuel is injected from the fuel injection valve 26 to generate a combustible mixture in the combustion chamber 16. In the compression process, the piston 13 rises to compress the combustible mixture, and the combustible mixture is ignited by the laser oscillator 36 immediately before reaching the top dead center.

(効果)
第1実施形態によれば以下の効果が得られる。まず、レーザ発振部36はその外周面に巻かれたヒータコイル41により直接暖められるので加温効率が良く、しかも発熱時期や時間についての複雑な制御は不要である。また、ドアの開放時からヒータコイル41に電流を流すので、レーザ発振器36はイグニッションキーのオン時は発振可能状態になってオリ、直ちに可燃混合気に点火できる。更に、温度センサ38の検知結果に応じてヒータコイル41の電流値を最適値に選定できる。
(effect)
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. First, since the laser oscillation part 36 is directly warmed by the heater coil 41 wound around its outer peripheral surface, the heating efficiency is good, and complicated control of the heat generation timing and time is unnecessary. Since the current flows through the heater coil 41 when the door is opened, the laser oscillator 36 is ready to oscillate when the ignition key is on, and can immediately ignite the combustible mixture. Furthermore, the current value of the heater coil 41 can be selected as an optimum value according to the detection result of the temperature sensor 38.

<第2実施形態>
(構成)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態では火花点火装置60とレーザ点火装置65とが並設され、レーザ点火装置65は排ガスを加温媒体とするレーザ発振器66を備えている。その他の構成は基本的に第1実施形態と同じである。以下、異なる構成を中心に説明する。シリンダカバー15の頂部に火花点火装置60の点火プラグ61が縦方向に取り付けられ、その発火部が燃焼室15に臨んでいる。
Second Embodiment
(Constitution)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a spark ignition device 60 and a laser ignition device 65 are provided in parallel, and the laser ignition device 65 includes a laser oscillator 66 that uses exhaust gas as a heating medium. Other configurations are basically the same as those of the first embodiment. In the following, different configurations will be mainly described. A spark plug 61 of a spark ignition device 60 is attached to the top of the cylinder cover 15 in the vertical direction, and the ignition portion faces the combustion chamber 15.

点火プラグ61は点火コイル(不図示)に接続され、点火コイルで発生された高電圧により発火する。また、点火プラグ61の近傍にレーザ発振器66が斜め方向に取り付けられている。レーザ発振器66の近くに温度センサ68が配置され、検知結果がECU70に出力されている。レーザ発振器66などは次述する分岐管72内に収容されている。排気孔18のすぐ下流で排気管55の途中から分岐管72が分岐し、シリンダカバー15の頂部に向かって延びている。分岐管72は分岐した第1部分73、シリンダカバー15に接続された第3部分74、及び両者を結ぶ第2部分72を含み、第1部分73の分岐点に開閉弁79が配置されその開度がECU70(制御装置)で制御される。   The spark plug 61 is connected to an ignition coil (not shown) and ignites by a high voltage generated by the ignition coil. In addition, a laser oscillator 66 is attached in the oblique direction in the vicinity of the spark plug 61. A temperature sensor 68 is disposed near the laser oscillator 66, and the detection result is output to the ECU 70. The laser oscillator 66 and the like are accommodated in a branch pipe 72 described below. A branch pipe 72 branches off from the middle of the exhaust pipe 55 immediately downstream of the exhaust hole 18 and extends toward the top of the cylinder cover 15. The branch pipe 72 includes a branched first portion 73, a third portion 74 connected to the cylinder cover 15, and a second portion 72 connecting the both. An opening / closing valve 79 is disposed at the branch point of the first portion 73 and the opening thereof is opened. The degree is controlled by the ECU 70 (control device).

第3部分74の拡大部75が縦方向のチャンバ76を区画し、このチャンバ76に上記レーザ発振器66及び温度センサ68が収容されている。ECU70は温度センサ68からの信号に基づき、火花点火装置60又はレーザ点火装置65を選択して作動させる。また、温度センサ68からの温度情報は開閉弁79の開度を調整するためにも使用される。   The enlarged portion 75 of the third portion 74 defines a vertical chamber 76, and the laser oscillator 66 and the temperature sensor 68 are accommodated in the chamber 76. The ECU 70 selects and operates the spark ignition device 60 or the laser ignition device 65 based on the signal from the temperature sensor 68. The temperature information from the temperature sensor 68 is also used to adjust the opening degree of the on-off valve 79.

(作用効果)
第2実施形態において、エンジンの始動時はイグニッションキー82のオンに基づきECU70が火花点火装置60を選択する。すると、車載バッテリ(不図示、図2の43参照)の電力が点火コイルで昇圧され、点火プラグ61が発火して、燃焼室16内の可燃混合気に点火する。このとき開閉弁79は閉じておく。
(Function and effect)
In the second embodiment, when the engine is started, the ECU 70 selects the spark ignition device 60 based on the ignition key 82 being turned on. Then, the electric power of the in-vehicle battery (not shown, see 43 in FIG. 2) is boosted by the ignition coil, the ignition plug 61 is ignited, and the combustible mixture in the combustion chamber 16 is ignited. At this time, the on-off valve 79 is closed.

エンジンの始動後はレーザ点火装置65が選択される。火花点火装置60からレーザ点火装置65への切換え時期は温度センサ68での検知温度により決め、所定温度に達した時点でECU70の指令で切り換える。ここで、この切換えに先立ってECU70からの指令で開閉弁79を開く。すると、排気管55を流れる排ガスの一部が分岐管72に流入し、チャンバ76内を流れるときレーザ発振器66を加温する。こうして、予め排ガスで加温されたレーザ発振器66は切換え時点から直ちにレーザ光を発振できる。   After starting the engine, the laser ignition device 65 is selected. The switching timing from the spark ignition device 60 to the laser ignition device 65 is determined by the temperature detected by the temperature sensor 68, and is switched by a command from the ECU 70 when the temperature reaches a predetermined temperature. Here, prior to this switching, the on-off valve 79 is opened by a command from the ECU 70. Then, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 55 flows into the branch pipe 72, and the laser oscillator 66 is heated when it flows through the chamber 76. Thus, the laser oscillator 66 preheated with the exhaust gas can oscillate the laser beam immediately from the switching time.

第2実施形態による効果は以下の通りである。エンジンの始動時は火花点火装置60を使用し、始動後はレーザ点火装置65を使用する、つまりエンジンの作動状態に応じて点火装置を使い分ける。エンジンの始動時に可燃混合気機に点火する点火プラグ61に暖気は不要である。エンジンの始動後に使用するレーザ発振器66は排ガスの温熱で加温されるので、暖気時間が短縮でき、切換え後直ちに発振できる。しかも、切換え時期は温度センサ68からの温度情報に基づいて決めるので、制御が容易でかつ正確である。また、本発明によらなければ無駄に排出される排ガスの温熱を有効利用でき、エネルギの節約につながる。   The effects of the second embodiment are as follows. The spark ignition device 60 is used when starting the engine, and the laser ignition device 65 is used after starting, that is, the ignition device is properly used according to the operating state of the engine. No warm air is required for the spark plug 61 that ignites the combustible air-fuel mixture when the engine is started. Since the laser oscillator 66 used after the engine is started is heated by the temperature of the exhaust gas, the warm-up time can be shortened and can be oscillated immediately after switching. Moreover, since the switching time is determined based on the temperature information from the temperature sensor 68, the control is easy and accurate. Moreover, if it is not according to this invention, the heat of waste gas discharged | emitted wastefully can be utilized effectively, and it leads to energy saving.

<変形例>
図5に示す変形例は、加温媒体として空調空気を利用している点が、第2実施形態とは異なる。即ち、空調装置(エアコン)85からシリンダカバー15の頂部に延びた配管87が空調装置85から延びた第1部分88と、シリンダカバー15の頂部に取り付けられた第2部分90とを含む。第2部分90の拡大部91が区画する縦方向のチャンバ92内にレーザ発振器95が配置され、その近くに温度センサ97が配置されている。温度センサ97の検知結果がECU(制御装置)100に出力され、ECU100が空調装置85の作動を制御している。なお、火花点火装置60の構成及び配置場所は第2実施形態と同じである。
<Modification>
The modification shown in FIG. 5 differs from the second embodiment in that conditioned air is used as a heating medium. That is, a pipe 87 extending from the air conditioner (air conditioner) 85 to the top of the cylinder cover 15 includes a first portion 88 extending from the air conditioner 85 and a second portion 90 attached to the top of the cylinder cover 15. A laser oscillator 95 is disposed in a longitudinal chamber 92 defined by the enlarged portion 91 of the second portion 90, and a temperature sensor 97 is disposed in the vicinity thereof. The detection result of the temperature sensor 97 is output to the ECU (control device) 100, and the ECU 100 controls the operation of the air conditioner 85. In addition, the structure and arrangement | positioning location of the spark ignition device 60 are the same as 2nd Embodiment.

この変形例において、ECU100が、エンジンの始動時は点火プラグ61を選択し、始動後はレーザ発振器95を選択することは第2実施形態と同じである。点火プラグ61からレーザ発振器95への切換えに先立って、ECU100からの指令で空調装置85から配管87を通してチャンバ92に空調空気(特に暖気)を供給する。すると、チャンバ92内を流れる暖気がレーザ発振器95を加温する。こうして、予め加温されたレーザ発振器95は切換え時点から直ちにレーザ光を発振できる。   In this modification, the ECU 100 selects the spark plug 61 when starting the engine and selects the laser oscillator 95 after starting, as in the second embodiment. Prior to switching from the spark plug 61 to the laser oscillator 95, conditioned air (particularly warm air) is supplied from the air conditioner 85 to the chamber 92 through the pipe 87 in accordance with a command from the ECU 100. Then, the warm air flowing in the chamber 92 heats the laser oscillator 95. In this way, the laser oscillator 95 that has been heated in advance can oscillate the laser beam immediately after switching.

この変形例によれば、レーザ発振器95は空調装置85で生成される空調空気の温熱で加温されるので、切換え後直ちに発振でき、暖気時間が短縮できる。空調空気は元々車両に装備されている空調装置85が生成する空調空気を利用するので、特別な装置や機器の追加は不要であり、コストの上昇が抑制できる。   According to this modification, the laser oscillator 95 is heated by the temperature of the conditioned air generated by the air conditioner 85, so that it can oscillate immediately after switching and the warm-up time can be shortened. Since the conditioned air uses the conditioned air generated by the air conditioner 85 originally installed in the vehicle, it is not necessary to add a special device or device, and an increase in cost can be suppressed.

本発明の第1実施形態による暖気装置付きレーザ点火装置の全体説明図である。1 is an overall explanatory diagram of a laser ignition device with a warming device according to a first embodiment of the present invention. 図1の要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of FIG. 第1実施形態の作動説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of 1st Embodiment. 第2実施形態による暖気装置付きレーザ点火装置の全体説明図である。It is a whole explanatory drawing of the laser ignition device with a warming device by a 2nd embodiment. 第3実施形態による暖気装置付きレーザ点火装置の全体説明図である。It is whole explanatory drawing of the laser ignition device with a warming device by 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

13:ピストン 15:シリンダヘッド
16:燃焼室 23:吸気弁
26:燃焼噴射弁 35:レーザ点火装置
36:レーザ発振器 38:温度センサ
40:暖気装置 41:ヒータコイル
43:車載電源 46:ECU
48:ドアスイッチ
13: Piston 15: Cylinder head 16: Combustion chamber 23: Intake valve 26: Combustion injection valve 35: Laser ignition device 36: Laser oscillator 38: Temperature sensor 40: Warm-up device 41: Heater coil 43: In-vehicle power supply 46: ECU
48: Door switch

Claims (9)

内燃機関の燃焼室(16)内の混合気にレーザ光を照射して点火するレーザ発振器(36)を含むレーザ点火装置(35)と、
前記レーザ発振器の作動開始時、該レーザ発振器を加温する電気式暖気装置(40)と、
を備えたことを特徴とする暖気装置付きレーザ点火装置。
A laser ignition device (35) including a laser oscillator (36) for irradiating a gas mixture in a combustion chamber (16) of an internal combustion engine with laser light for ignition;
An electric warming device (40) for heating the laser oscillator at the start of operation of the laser oscillator;
A laser ignition device with a warming device, comprising:
前記内燃機関は車両のエンジンであり、前記暖気装置は前記レーザ発振器に巻かれ車載電源で駆動されるヒータコイルから成る請求項1に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   2. The laser ignition device with a warming device according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a vehicle engine, and the warming device includes a heater coil wound around the laser oscillator and driven by a vehicle-mounted power source. 車両のドアを開放を検知する検知手段(48)の検知に基づき、制御装置(46)が前記ヒータコイルの加温の開始を指令する請求項2に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   The laser ignition device with a warming device according to claim 2, wherein the control device (46) commands the start of heating of the heater coil based on detection of a detection means (48) for detecting opening of a vehicle door. 点火コイル及び点火プラグ(61)を含み、内燃機関の燃焼室(16)内の混合気に火花で点火する火花点火装置(60)と、
レーザ発振器(66)を含み、前記燃焼室内の混合気にレーザ光で点火するレーザ点火装置(65)と、
前記内燃機関の作動状態に応じて、前記火花点火装置又は前記レーザ点火装置を作動させる制御装置(70)と、
前記レーザ発振器の作動開始時、該レーザ発振器を加温する暖気装置(75;91)と、
を備えたことを特徴とする暖気装置付きレーザ点火装置。
A spark ignition device (60), including an ignition coil and a spark plug (61), for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber (16) of the internal combustion engine with a spark;
A laser ignition device (65) including a laser oscillator (66) and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber with a laser beam;
A control device (70) for operating the spark ignition device or the laser ignition device according to the operating state of the internal combustion engine;
A warming device (75; 91) for heating the laser oscillator at the start of operation of the laser oscillator;
A laser ignition device with a warming device, comprising:
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時は前記火花点火装置を選択し、該内燃機関の始動後は前記レーザ点火装置を選択する請求項4に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   The laser ignition device with a warming device according to claim 4, wherein the control device selects the spark ignition device when starting the internal combustion engine, and selects the laser ignition device after starting the internal combustion engine. 前気制御装置は、前記レーザ発振器の温度を検知する温度検知手段(68;97)での検知結果に基づき、前記火花点火装置から前記レーザ点火装置への切換えを指令する請求項5に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   6. The pre-air control device according to claim 5, wherein the pre-air control device commands switching from the spark ignition device to the laser ignition device based on a detection result of a temperature detection means (68; 97) for detecting the temperature of the laser oscillator. Laser ignition device with warm-up device. 前記内燃機関は車両のエンジンであり、前記暖気装置は前記レーザ発振器を収容し、該レーザ発振器の回りを排ガスが流通する管部材(75)から成る請求項6に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   The laser ignition device with a warming device according to claim 6, wherein the internal combustion engine is an engine of a vehicle, and the warming device includes a tube member (75) that houses the laser oscillator and through which exhaust gas flows. . 前記内燃機関は車両のエンジンであり、前記暖気装置は前記レーザ発振器を収容し、該レーザ発振器の回りを空調空気が流通する管部材(91)から成る請求項6に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   7. The laser ignition with a warming device according to claim 6, wherein the internal combustion engine is an engine of a vehicle, and the warming device contains the laser oscillator, and comprises a pipe member (91) through which conditioned air flows. apparatus. 前記制御装置は、前記管部材内の排ガス又は空調空気の流通量を調整する流量調整手段(79)の開度を調整する指令を発する請求項8に記載の暖気装置付きレーザ点火装置。   The laser igniter with a warming device according to claim 8, wherein the control device issues a command for adjusting an opening degree of a flow rate adjusting means (79) for adjusting a flow rate of exhaust gas or conditioned air in the pipe member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010101177A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Daihatsu Motor Co Ltd Method for controlling combustion of spark-ignition internal combustion engine
CN101749164B (en) * 2008-12-09 2012-05-16 曼柴油机欧洲股份公司 Internal combustion engine

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