JP2006275042A - 内燃機関用レーザ点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ点火装置が不適切な制御装置に取り付けられた場合であっても内燃機関の損傷などを防止するとともに、レーザ点火装置が不適切な内燃機関に搭載されることを抑制することができる内燃機関用レーザ点火装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関用レーザ点火装置４は、制御装置６から出力される照射許可信号を入力する照射許可信号入力手段４１と、照射許可信号入力手段４１と一体的に構成され、照射許可信号が入力された場合にレーザ光を照射可能状態にすると共に制御装置６から出力される制御信号に基づき内燃機関の燃焼室１０内の混合気にレーザ光を照射して混合気を活性化させるレーザ光照射手段４２〜４４とを備える。さらに、内燃機関用レーザ点火装置４は、内燃機関のシリンダヘッド２に内蔵する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用レーザ点火装置に関するものである。

内燃機関用点火装置として、レーザ光を使用した内燃機関用レーザ点火装置が例えば特許文献１に開示されている。当該内燃機関用レーザ点火装置は、レーザ発振器から照射されたレーザ光をレンズにより内燃機関の燃焼室内で集光し、燃焼室内の混合気を活性化させて着火燃焼させる装置である。
特開平５−３３７５５号公報

ところで、内燃機関用レーザ点火装置は、内燃機関の種類によって照射強度や焦点位置などを予め調整する必要がある。従って、内燃機関用レーザ点火装置は、内燃機関の種類に応じて変更されるものとなる。また、内燃機関用レーザ点火装置の照射強度や焦点位置は、制御装置により変更可能であり、制御装置が出力する制御信号に対応させる必要がある。すなわち、制御装置に記録されるプログラムなどは、内燃機関用レーザ点火装置の種類に応じて変更されるものとなる。

ここで、従来、レーザ点火装置を含む内燃機関用点火装置は、内燃機関とは別に製造等されるのが一般的である。そのため、内燃機関用レーザ点火装置が、不適切な内燃機関または不適切な制御装置に搭載された場合には、内燃機関の損傷などを生じさせるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、内燃機関用レーザ点火装置が不適切な制御装置に取り付けられた場合であっても内燃機関の損傷などを防止するとともに、内燃機関用レーザ点火装置が不適切な内燃機関に搭載されることを抑制することができる内燃機関用レーザ点火装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

第１発明の内燃機関用レーザ点火装置は、制御装置から出力される照射許可信号を入力する照射許可信号入力手段と、前記照射許可信号入力手段と一体的に構成され、前記照射許可信号が入力された場合にレーザ光を照射可能状態にすると共に前記制御装置から出力される制御信号に基づき内燃機関の燃焼室内の混合気に前記レーザ光を照射して前記混合気を活性化させるレーザ光照射手段とを備えることを特徴とする。換言すると、前記レーザ光照射手段を備える内燃機関用レーザ点火装置が、前記照射許可信号入力手段を内蔵することになる。ここで、照射許可信号とは、内燃機関用レーザ点火装置の種類毎に異なる信号とする。すなわち、照射許可信号とは、内燃機関用レーザ点火装置に固有の信号となる。

これにより、内燃機関用レーザ点火装置に不適切な制御装置が取り付けられた場合であっても、制御装置から内燃機関用レーザ点火装置に照射許可信号がされない限り、内燃機関用レーザ点火装置がレーザ光を照射することを防止できる。換言すると、内燃機関用レーザ点火装置に制御装置が接続されない限り、内燃機関用レーザ点火装置がレーザ光を照射することを防止できる。さらには、仮に制御装置が内燃機関用レーザ点火装置に照射許可信号を出力することができるものであるとしても、当該制御装置から出力される照射許可信号が内燃機関用レーザ点火装置に固有の信号と一致しなければ、レーザ光を照射することを防止できる。つまり、当該内燃機関用レーザ点火装置に適切な制御装置から照射許可信号が出力されない限り、内燃機関用レーザ点火装置はレーザ光を照射することはない。

このように、内燃機関用レーザ点火装置に制御装置が取り付けられない場合、さらには不適切な制御装置が取り付けられた場合に、レーザ光が照射されることを防止できるので、不適切なレーザ光の照射による内燃機関の損傷などを生じることを防止できる。

なお、前記照射許可信号は、暗号化された信号であるとするとよい。このように暗号化された照射許可信号を使用することにより、容易にレーザ光の照射を行わせないようにすることにつながる。その結果、不適切なレーザ光の照射による内燃機関の損傷などをより確実に防止できる。

また、内燃機関用レーザ点火装置を構成する前記照射許可信号入力手段および前記レーザ光照射手段は、内燃機関に内蔵されるようにするとよい。例えば、前記内燃機関のシリンダヘッドまたはシリンダブロックに内蔵されるようにするとよい。このように内燃機関用レーザ点火装置自体が内燃機関に内臓されることにより、内燃機関と内燃機関用レーザ点火装置とが一体的に形成されることになる。これにより、内燃機関に不適切な内燃機関用レーザ点火装置が搭載されることを防止できる。つまり、内燃機関に不適切な内燃機関用レーザ点火装置が搭載されることによる内燃機関の損傷などを生じることを防止できる。ここで、内燃機関を構成する部品のうちシリンダヘッドおよびシリンダブロックは、内燃機関に固有の部品である。つまり、内燃機関用レーザ点火装置が内蔵される箇所を内燃機関のシリンダヘッドまたはシリンダブロックとすることにより、内燃機関の種類に応じた内燃機関用レーザ点火装置を内燃機関と一体的に構成することができるようになる。

また、第２発明の内燃機関用レーザ点火装置は、内燃機関に内蔵され、該内燃機関の燃焼室内の混合気にレーザ光を照射して前記混合気を活性化させることを特徴とする。例えば、内燃機関用レーザ点火装置は、前記内燃機関のシリンダヘッドまたはシリンダブロックに内蔵されるようにするとよい。このように内燃機関用レーザ点火装置自体が内燃機関に内臓されることにより、内燃機関と内燃機関用レーザ点火装置とが一体的に形成されることになる。これにより、内燃機関に不適切な内燃機関用レーザ点火装置が搭載されることを防止できる。つまり、内燃機関に不適切な内燃機関用レーザ点火装置が搭載されることによる内燃機関の損傷などを生じることを防止できる。ここで、内燃機関を構成する部品のうちシリンダヘッドおよびシリンダブロックは、内燃機関に固有の部品である。つまり、内燃機関用レーザ点火装置が内蔵される箇所を内燃機関のシリンダヘッドまたはシリンダブロックとすることにより、内燃機関の種類に応じた内燃機関用レーザ点火装置を内燃機関と一体的に構成することができるようになる。

次に、実施形態を挙げ、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。図１は、本実施形態の内燃機関を示す図である。図２は、レーザ点火装置４の機能ブロック図を示す図である。図１に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１と、吸気弁２ａおよび排気弁２ｃを有するシリンダヘッド２と、シリンダブロック１の内周壁を往復移動するピストン３と、可燃混合気もしくは燃料等に着火するレーザ点火装置４と、燃料噴射弁５と、制御装置（ＥＣＵ）６とから構成される。なお、シリンダブロック１の内周壁、ピストン３の頂面、およびシリンダヘッド２の天井内壁により、内燃機関の燃焼室１０を区画している。

シリンダヘッド２は、吸入空気が流れる通路を形成する吸気管に接続し吸入空気が導かれる吸気ポート２ｂと、燃焼ガス等が流れる通路を形成する排気管に接続し排気を排出する排気ポート２ｄとを備えている。そして、吸気ポート２ｂには吸気弁２ａが開閉可能に配置され、排気ポート２ｄには排気弁２ｃが開閉可能に配置されている。すなわち、吸気弁２ａは、吸気管から吸気ポート２ｂに導かれた吸入空気の燃焼室３への流れを遮断および許容する。排気弁２ｃは、燃焼室３内に生成された燃焼ガスの排気ポート２ｄへ流れを遮断および許容する。

レーザ点火装置４は、シリンダヘッド２に固定されている。具体的には、レーザ点火装置４は、シリンダヘッド２のうちの吸気ポート２ｂと排気ポート２ｄとの間に固定されており、照射口が燃焼室１０内に突出して配置されている。このレーザ点火装置４は、レーザ光を照射口から光発散し、その光発散する広角もしくは狭角度合いに応じて照射予定領域に熱エネルギーを放射する装置である。

このレーザ点火装置４は、図２に示すように、照射許可信号入力手段４１と、レーザ光を発生するレーザ発生装置４２と、レーザ光を照射口から光発散あるいは光集光させるための光学的装置４３と、レーザ光をレーザ発生装置４２から光学的装置４３まで比較的伝送損失なく伝送可能な光ファイバ４４とを有する。

ここで、照射許可信号入力手段４１は、後述するＥＣＵ６に接続されており、ＥＣＵ６から出力される暗号化された照射許可信号を入力する。そして、照射許可信号入力手段４１は、入力された照射許可信号を複合化して、当該照射許可信号が予め記憶された基準信号と一致するか否かを判定する。さらに、照射許可信号入力手段４１は、照射許可信号が基準信号と一致する場合には、レーザ発生装置４２に照射許可信号を出力する。

レーザ発生装置（レーザ光照射手段）４２は、照射許可信号入力手段４１から照射許可信号が出力された場合に、レーザ光を発生させるレーザ発生可能状態（照射可能状態）にする。すなわち、レーザ発生装置４２は、レーザ発生可能状態でなければ、レーザ光を発生させることはできない。さらに、レーザ発生装置４２は、ＥＣＵ６に接続されており、ＥＣＵ６から出力される制御信号を入力する。そして、レーザ発生装置４２は、レーザ発生可能状態の場合に入力される制御信号に基づいてレーザ光を発生させる。

光ファイバ（レーザ光照射手段）４４は、シリンダヘッド２の天井壁に固定された略円筒状のケーシング（図示せず）内に保持され、光ファイバ４４の照射口が燃焼室１０内に向けられるようにされている。光学的装置（レーザ光照射手段）４３は、照射口から出射するレーザ光を発散あるいは集光させるようなレンズまたはレンズ群が設けられている。なお、この光学的装置４３は、レーザ発生装置４２からレーザ光を導くためにミラー等のビームスプリッタを設けていてもよい。

なお、レーザ点火装置４により発生されるレーザ光は、燃料を加熱して蒸発気化可能な熱エネルギー以上の熱エネルギーを有している。すなわち、レーザ点火装置４のレーザ発生装置４２は、光ファイバ４４などによる伝送損失を考慮したエネルギーを有するレーザ光を発生することになる。

燃料噴射弁５は、シリンダブロック１に設けられ、燃料を燃焼室１０内に直接噴射する。具体的には、燃料噴射弁５は、燃焼室１０内のうちピストン３の頂面に形成されるキャビティに向けて燃料を噴射供給する。

ＥＣＵ６は、燃料噴射弁５、吸気弁２ａ、排気弁２ｃおよびレーザ点火装置４に接続されている。このＥＣＵ６は、燃料噴射弁５のコイルへの通電開始および通電停止を行うことで、燃料噴射弁５への通電期間を制御する。そして、ＥＣＵ６による燃料噴射弁５への通電期間の制御により、燃焼室１０内へ噴射供給される燃料の量を制御している。また、ＥＣＵ６は、吸気弁２ａの開閉、および、排気弁２ｃの開閉の制御を行っている。このように、ＥＣＵ６による吸気弁２ａの開閉の制御により、燃焼室１０内に吸入される吸入空気量を制御している。ＥＣＵ６による排気弁２ｃの開閉の制御により、燃焼室１０から排気ポート２ｄへ排気ガスを排気する制御を行っている。

さらに、ＥＣＵ６は、レーザ点火装置４の照射許可信号入力手段４１へ暗号化された照射許可信号を出力し、レーザ点火装置４のレーザ発生装置４２へ制御信号を出力する。なお、ＥＣＵ６により出力される制御信号は、レーザ発生装置４２により発生されるレーザ光の発生タイミングおよびレーザ光の強度を制御している。なお、ＥＣＵ６による制御は、内燃機関の運転状態、例えば、スロットル開度、クランクシャフトの回転角度位置、冷却水温などに応じて適宜変更される。

このように構成される内燃機関の動作について説明する。内燃機関は、吸気弁２ａが開放されることにより吸気ポート２ｂを通じて燃焼室１０内に吸入空気が導かれる。さらに、燃料噴射弁５から燃焼室１０内のピストン３に形成されたキャビティに向けて燃料が噴射供給される。そして、レーザ点火装置４がレーザ光を照射することで、燃焼室１０内に導かれた吸入空気と燃料噴射弁５により噴射供給された燃料とからなる可燃混合気を着火燃焼させる。そうすると、ピストン３が往復移動して、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが回転する。そして、燃焼後の燃焼ガスは、排気弁２ｃが開放されることにより燃焼室１０内から排気ポート２ｄへ排気される。

ここで、レーザ点火装置４の動作について、より詳細に説明する。ＥＣＵ６から適切な照射許可信号が照射許可信号入力手段４１に入力された場合には、ＥＣＵ６からレーザ発生装置４２に出力される制御信号に基づき、レーザ光を発生させ、燃焼室１０内にレーザ光を照射する。しかし、例えば、ＥＣＵ６から不適切な照射許可信号が照射許可信号入力手段４１に入力された場合には、照射許可信号入力手段４１はレーザ発生装置４２へ照射許可信号を出力しない。そうすると、レーザ発生装置４２は、レーザ発生可能状態にならない。そのため、仮にＥＣＵ６からレーザ発生装置４２に制御信号が出力されている場合であっても、レーザ発生装置４２はレーザ光の発生を行わない。従って、例えばレーザ点火装置４に不適切な仕様のＥＣＵ６が取り付けられている場合などに、レーザ点火装置４がレーザ光を照射することがない。つまり、不適切なレーザ光の照射による内燃機関の損傷などを防止することができる。

また、レーザ点火装置４は、内燃機関のシリンダヘッド２に固定されているので、内燃機関に不適切なレーザ点火装置４が搭載されることを防止できる。つまり、内燃機関に不適切なレーザ点火装置４が搭載されることによる内燃機関の損傷などを生じることを防止できる。

ここで、上記実施形態においては、レーザ点火装置４を内燃機関のシリンダヘッド２に固定するようにしたが、図３に示すように、レーザ点火装置４をシリンダヘッド２に内蔵するようにしてもよい。ここで、図３は、レーザ点火装置４をシリンダヘッド２に内蔵した状態の内燃機関を模式的に示した図である。また、図３において、上記実施形態と同一構成については同一符号を付す。

つまり、図３に示すように、レーザ点火装置４は、シリンダヘッド２に内蔵されており、シリンダヘッド２と一体的にされている。さらに、内燃機関は、レーザ点火装置４をシリンダヘッド２に内蔵する際に、レーザ点火装置４がシリンダヘッド２へ確実に取り付けられたことを認識するためのセンサ７を有している。このセンサ７は、シリンダヘッド２内であって、レーザ点火装置４の配置位置に近接した位置に配置している。そして、センサ７は、ＥＣＵ６に接続されており、レーザ点火装置４の取付けを認識した場合に取付認識信号をＥＣＵ６へ出力する。従って、ＥＣＵ６は、センサ７からの取付認識信号により、レーザ点火装置４がシリンダヘッド２に確実に取り付けられたことを認識することができる。

また、上記実施形態においては、レーザ点火装置４を内燃機関のシリンダヘッド２に固定、内蔵するようにしたが、図４に示すように、レーザ点火装置４をシリンダブロック１に内蔵するようにしてもよい。ここで、図４は、レーザ点火装置４をシリンダブロック１に内蔵した状態の内燃機関を模式的に示した図である。また、図４において、上記実施形態と同一構成については同一符号を付す。

つまり、図４に示すように、レーザ点火装置４は、シリンダブロック１に内蔵されており、シリンダブロック１と一体的にされている。さらに、内燃機関は、レーザ点火装置４をシリンダブロック１に内蔵する際に、レーザ点火装置４がシリンダブロック１へ確実に取り付けられたことを認識するためのセンサ８を有している。このセンサ８は、シリンダブロック１内であって、レーザ点火装置４の配置位置に近接した位置に配置している。そして、センサ８は、ＥＣＵ６に接続されており、レーザ点火装置４の取付けを認識した場合に取付認識信号をＥＣＵ６へ出力する。従って、ＥＣＵ６は、センサ８からの取付認識信号により、レーザ点火装置４がシリンダブロック１に確実に取り付けられたことを認識することができる。

なお、レーザ点火装置４はシリンダヘッド２及びシリンダブロック１の他の内燃機関に固有の部品に内蔵してもよい。内燃機関に固有の部品にレーザ点火装置４を内蔵することにより、結果的に、内燃機関の損傷などを防止することができる。

本実施形態の内燃機関を示す図である。 レーザ点火装置４の機能ブロック図を示す図である。 レーザ点火装置４をシリンダヘッド２に内蔵した状態の内燃機関を模式的に示した図である。 レーザ点火装置４をシリンダブロック１に内蔵した状態の内燃機関を模式的に示した図である。

符号の説明

１：シリンダブロック、 ２：シリンダヘッド、 ２ａ：吸気弁、 ２ｂ：吸気ポート、
２ｃ：排気弁、 ２ｄ：排気ポート、 ３：ピストン、 ４：点火装置、
５：燃料噴射弁、 ７、８：センサ、 １０：燃焼室

Claims (8)

1. 制御装置から出力される照射許可信号を入力する照射許可信号入力手段と、
   前記照射許可信号入力手段と一体的に構成され、前記照射許可信号が入力された場合にレーザ光を照射可能状態にすると共に前記制御装置から出力される制御信号に基づき内燃機関の燃焼室内の混合気に前記レーザ光を照射して前記混合気を活性化させるレーザ光照射手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
2. 前記照射許可信号は、暗号化された信号である請求項１または２に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
3. 前記照射許可信号入力手段および前記レーザ光照射手段は、内燃機関に内蔵される請求項１または２に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
4. 前記照射許可信号入力手段および前記レーザ光照射手段は、前記内燃機関のシリンダヘッドに内蔵される請求項３記載の内燃機関用レーザ点火装置。
5. 前記照射許可信号入力手段および前記レーザ光照射手段は、前記内燃機関のシリンダブロックに内蔵される請求項３記載の内燃機関用レーザ点火装置。
6. 内燃機関に内蔵され、該内燃機関の燃焼室内の混合気にレーザ光を照射して前記混合気を活性化させることを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
7. 前記内燃機関のシリンダヘッドに内蔵される請求項６記載の内燃機関用レーザ点火装置。
8. 前記内燃機関のシリンダブロックに内蔵される請求項６記載の内燃機関用レーザ点火装置。

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