JP2007107424A - Laser ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the need for a mechanical moving mechanism for moving an optical system, change the condensing number of laser beams to be emitted into a combustion chamber without suddenly increasing beam energy in the combustion chamber, and actualize multi-point ignition at sufficiently separate ignition positions in the combustion chamber. <P>SOLUTION: When a laser beam oscillating means 12 oscillates a plurality of oscillating patterns of laser beams, a laser beam emitting means 14 emits the laser beams into the combustion chamber 44 with the injection of the laser beams oscillated by the laser beam oscillating means 12 while changing at least one of the condensing number and the condensing position of the laser beams in the combustion chamber 44 corresponding to the oscillating patterns of the laser beams oscillated by the laser beam oscillating means 12. Then, a control means 16 differentiates the oscillating patterns of the laser beams oscillated by the laser beam oscillating means 12 to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser beams emitted into the combustion chamber 44 by the laser beam emitting means 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関用レーザ点火装置に係り、特に、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置に関する。   The present invention relates to a laser ignition device for an internal combustion engine, and more particularly to a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine.

この種のレーザ光により燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置としては次のものが知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。   The following are known as laser ignition devices for internal combustion engines that ignite the combustion gas in the combustion chamber with this type of laser light (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

例えば、特許文献1に記載の例では、レーザ発生源と、エキスパンダーレンズと、集光レンズと、コリメートレンズと、マイクロレンズアレイと、レーザ入射用窓とを備え、集光レンズを移動させることによってレーザ光束の直径を変えて使用するマイクロレンズの数を変えることで燃焼室内の点火数を変えると共に、マイクロレンズアレイを移動させることによって燃焼室内の点火位置を変えるようになっている。   For example, in the example described in Patent Document 1, a laser source, an expander lens, a condenser lens, a collimator lens, a microlens array, and a laser incident window are provided, and the condenser lens is moved. By changing the number of microlenses to be used by changing the diameter of the laser beam, the number of ignitions in the combustion chamber is changed, and the ignition position in the combustion chamber is changed by moving the microlens array.

また、特許文献2、3に記載の例では、ピストン上面に複数のターゲットを固定すると共に該ターゲットと同数の光ファイバを通してレーザ光をターゲットに照射するように構成されている。また、各光ファイバには、回転ミラーにより反射されたレーザ光が入射するようになっており、回転ミラーの角度を変えることでレーザ光が入射される光ファイバが変えられるようになっている。   In the examples described in Patent Documents 2 and 3, a plurality of targets are fixed on the upper surface of the piston, and the target is irradiated with laser light through the same number of optical fibers as the targets. Further, the laser light reflected by the rotating mirror is incident on each optical fiber, and the optical fiber on which the laser light is incident can be changed by changing the angle of the rotating mirror.

さらに、特許文献4に記載の例では、光軸方向に移動可能な凹レンズを備えた可変焦点ユニットを有し、コントールユニットの出力信号によって、火炎伝播面形状が所定形状に近似するように凹レンズをアクチュエータによって移動させることにより焦点位置つまり点火位置を可変制御するようになっている。   Furthermore, in the example described in Patent Document 4, a variable focus unit having a concave lens movable in the optical axis direction is provided, and the concave lens is arranged so that the flame propagation surface shape approximates a predetermined shape by the output signal of the control unit. The focal position, that is, the ignition position is variably controlled by being moved by an actuator.

また、特許文献5に記載の例では、レーザ光の光路内に複数のウェッジ基盤を設置し、それぞれのウェッジ基盤を異なるモータで回転させることによりレーザ光を広い範囲に揺動させるようになっている。
特開2005−147109号公報 特開2005−42579号公報 特開2005−42580号公報 特開平7−217521号公報 特開平5−33755号公報
In the example described in Patent Document 5, a plurality of wedge bases are installed in the optical path of the laser light, and each wedge base is rotated by a different motor so that the laser light is swung in a wide range. Yes.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-147109 JP 2005-42579 A JP 2005-42580 A JP-A-7-217521 JP-A-5-33755

しかしながら、特許文献1に記載の例では、集光レンズ等の光学系を移動させるための機械的な移動機構が必要となる。また、特許文献1に記載の例では、集光レンズを移動させてレーザ光束を拡大するとレーザ光が入射されるマイクロレンズアレイのマイクロレンズの数が急激に増加することにより燃焼室内の点火の数が急激に増加し、これと同時に燃焼室内の光エネルギも急激に増大する。さらに、点火の数は増加するものの、その距離はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの中心位置間距離であるため近接した位置での多点点火となる。   However, in the example described in Patent Document 1, a mechanical moving mechanism for moving an optical system such as a condenser lens is required. Further, in the example described in Patent Document 1, when the condensing lens is moved to expand the laser beam, the number of microlenses in the microlens array on which the laser light is incident increases rapidly, so that the number of ignitions in the combustion chamber. Increases rapidly, and at the same time, the light energy in the combustion chamber increases rapidly. Further, although the number of ignitions increases, the distance is the distance between the center positions of the microlenses of the microlens array, and therefore, multipoint ignition is performed at close positions.

また、特許文献2、特許文献3に記載の例では、燃焼室内の点火数又は点火位置と同数の光ファイバが必要となる。ところが、燃料噴射弁や吸気弁、排気弁等に占有されたシリンダヘッド上などに多数の光ファイバを配置することはスペース上困難である。   In the examples described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the same number of optical fibers as the number of ignitions or ignition positions in the combustion chamber are required. However, it is difficult to arrange a large number of optical fibers on a cylinder head occupied by a fuel injection valve, an intake valve, an exhaust valve, or the like.

さらに、特許文献2、特許文献3に記載の例では、ピストン頂上面に固定されたターゲットにレーザ光を出射するため点火位置がピストン頂上面に限られる。同様に、特許文献4に記載の例では、凹レンズが光軸方向(シリンダ径方向)にのみ移動可能となっているため点火位置がシリンダ径方向上に限られる。ところが、一般に、最適な点火位置は燃焼室内のシリンダ径方向及び軸方向の任意の場所に存在するものである。   Furthermore, in the examples described in Patent Document 2 and Patent Document 3, since the laser beam is emitted to the target fixed to the piston top surface, the ignition position is limited to the piston top surface. Similarly, in the example described in Patent Document 4, since the concave lens is movable only in the optical axis direction (cylinder radial direction), the ignition position is limited to the cylinder radial direction. However, in general, the optimum ignition position exists at an arbitrary position in the cylinder radial direction and the axial direction in the combustion chamber.

また、特許文献4に記載の例では、レーザ光の光路内に設置した複数のウェッジ基盤をそれぞれ異なるモータで回転させている。従って、ウェッジ基盤と共にモータの数が増えることにより構造が大型化する。   Moreover, in the example described in Patent Document 4, a plurality of wedge bases installed in the optical path of the laser light are rotated by different motors. Therefore, the structure becomes larger as the number of motors increases along with the wedge base.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、光学系を移動させるための機械的な移動機構を不要にでき、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することができ、また、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能な内燃機関用レーザ点火装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to eliminate the need for a mechanical movement mechanism for moving the optical system, without causing a rapid increase in light energy in the combustion chamber, Provided is a laser ignition device for an internal combustion engine that can change the number of condensing laser beams emitted into a combustion chamber and can sufficiently separate the ignition positions in the combustion chamber when performing multi-point ignition. There is.

また、本発明の他の目的は、配置スペースの省略化を図ることが可能な内燃機関用レーザ点火装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a laser ignition device for an internal combustion engine that can reduce the arrangement space.

さらに、本発明の他の目的は、燃焼室内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能な内燃機関用レーザ点火装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a laser ignition device for an internal combustion engine that can arbitrarily set the ignition position in the combustion chamber without being limited to a predetermined position.

また、本発明の他の目的は、ウェッジ基盤を用いた内燃機関用レーザ点火装置においてその構造を小型化することが可能な内燃機関用レーザ点火装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a laser ignition device for an internal combustion engine that can be reduced in size in a laser ignition device for an internal combustion engine using a wedge base.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振可能なレーザ光発振手段と、前記レーザ光発振手段から発振されたレーザ光が入射されることに伴って前記燃焼室内にレーザ光を出射すると共に該レーザ光の前記燃焼室内の集光数及び集光位置の少なくとも一方を前記レーザ光発振手段から発振されたレーザ光の発振パターンに応じて変更するレーザ光出射手段と、前記レーザ光出射手段から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせる制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to claim 1 is directed to a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine. Laser light oscillating means capable of oscillating laser beams having different oscillation patterns, and laser light emitted from the laser light oscillating means is emitted into the combustion chamber as the laser light is incident, and the laser light Laser light emitting means for changing at least one of the number of collected light and the light collecting position in the combustion chamber according to the oscillation pattern of the laser light oscillated from the laser light oscillating means, and emitted from the laser light emitting means into the combustion chamber If the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the laser beam oscillation means is different so that at least one of the number of collected laser beams and the focusing position is changed And control means that, characterized by comprising a.

請求項1に記載の発明では、レーザ光発振手段が複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振すると、レーザ光出射手段は、レーザ光発振手段から発振されたレーザ光が入射されることに伴って燃焼室内にレーザ光を出射すると共に該レーザ光の燃焼室内の集光数及び集光位置の少なくとも一方をレーザ光発振手段から発振されたレーザ光の発振パターンに応じて変更する。また、このとき、制御手段は、レーザ光出射手段から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせる。   According to the first aspect of the present invention, when the laser light oscillation means oscillates laser light having a plurality of different oscillation patterns, the laser light emission means is accompanied by the incidence of the laser light oscillated from the laser light oscillation means. Laser light is emitted into the combustion chamber, and at least one of the number of collected light beams and the light collection position of the laser light is changed according to the oscillation pattern of the laser light oscillated from the laser light oscillation means. Also, at this time, the control means controls the laser light oscillated from the laser light oscillation means so that at least one of the number of condensing numbers and the position of the laser light emitted from the laser light emitting means into the combustion chamber is changed. Different oscillation patterns.

このように、請求項1に記載の発明の上記構成によれば、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更するためには、制御手段によってレーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせるだけで良く、光学系を移動させる必要がない。これにより、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 1, in order to change at least one of the number of condensing and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber, the control means oscillates the laser light. It is only necessary to change the oscillation pattern of the laser light oscillated from the means, and there is no need to move the optical system. This eliminates the need for a mechanical movement mechanism for moving the optical system.

このとき、請求項2に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置は、より具体的には、次のように構成される。すなわち、レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズアレイと、レンズアレイから出射された各レーザ光が集光されると共に該各レーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光(複数の異なる発振パターンのレーザ光)を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、レーザ光出射手段は、Qスイッチ式固体レーザから発振された各レーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズを有して構成され、制御手段は、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることでQスイッチ式固体レーザにおけるレーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振させる(レーザ光の発振パターンを異ならせる)構成である。   At this time, as in the second aspect of the invention, more specifically, the internal combustion engine laser ignition device is configured as follows. In other words, the laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light, and a lens on which each laser light oscillated from the laser light source group is incident and collects each laser light. A plurality of lens arrays and each laser beam emitted from the lens array are condensed and laser beams (laser beams having a plurality of different oscillation patterns) are oscillated from positions corresponding to the condensing positions of the respective laser beams. A Q-switched solid-state laser, and the laser beam emitting means receives each laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser, and has a central region and a radially outer side from the central region. And a multi-focal lens in which the focal length of the laser light emitted into the combustion chamber is different between the peripheral region of the laser and the control means is a laser beam emitted from the multi-focal lens into the combustion chamber. A laser light source that oscillates laser light is selected from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group so that at least one of the number of condensing the light beams and the light condensing position is changed, and the laser light is oscillated from the laser light source. Thus, the laser light is oscillated from the position corresponding to the condensing position of the laser light in the Q switch type solid-state laser (the oscillation pattern of the laser light is made different).

この構成によれば、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が選択される。そして、このレーザ光源からのレーザ光がレンズアレイのレンズを介してQスイッチ式固体レーザに入射され、Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は一つとなる。   According to this configuration, the laser light source that oscillates the laser light is selected from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group by the control unit. When the laser light from the laser light source is incident on the Q-switched solid-state laser through the lenses of the lens array, and the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser is incident on the central region of the multifocal lens The laser beam emitted into the combustion chamber has one condensing position.

また、Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に加えてその周辺領域にも入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は複数となる。   In addition, when the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser is incident not only on the central region of the multifocal lens but also on the peripheral region thereof, there are a plurality of condensing positions of the laser light emitted into the combustion chamber. Become.

さらに、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が切替えられてQスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域と周辺領域とに切替えられることにより、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更される。   Further, the laser light source that oscillates laser light from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group is switched by the control means, and the laser light emitted from the Q-switched solid-state laser is By switching to, the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber is changed.

このように、請求項2に記載の発明の上記構成によれば、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   Thus, according to the configuration of the invention described in claim 2, in order to change at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber, the laser light source It is only necessary to select a laser light source that oscillates laser light from a plurality of laser light sources provided in the group and oscillate the laser light from the laser light source.

従って、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を変更する場合には、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Therefore, when changing the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber, it is possible to precisely set the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber without abruptly increasing the light energy in the combustion chamber.

さらに、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Further, when changing the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber, a laser light source that oscillates the laser light is selected from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group. Since it is only necessary to oscillate the laser beam from the position, it is easy to change the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber.

また、複数焦点レンズの中心領域の焦点距離と周辺領域の焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, since the focal length of the central region of the multifocal lens and the focal length of the peripheral region can be freely set, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other when performing multipoint ignition. .

なお、請求項3に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズアレイと、レンズアレイから出射された各レーザ光が集光されると共に該各レーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光(複数の異なる発振パターンのレーザ光)を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、レーザ光出射手段は、Qスイッチ式固体レーザから発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズ群と、レンズ群から出射された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を燃焼室内の互いに異なる方向へ屈折する屈折面を複数備えたマルチプリズムと、を有して構成され、制御手段は、マルチプリズムから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることでQスイッチ式固体レーザにおけるレーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振させる(レーザ光の発振パターンを異ならせる)構成であっても良い。   According to the third aspect of the present invention, in the laser ignition device for an internal combustion engine, the laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light, and an oscillation from the laser light source group. A lens array having a plurality of lenses on which each laser beam is incident and condensing each laser beam, and each laser beam emitted from the lens array is condensed and a condensing position of each laser beam Q-switched solid-state lasers capable of oscillating laser beams (laser beams having a plurality of different oscillation patterns) from positions corresponding to the laser beam emitting means, the laser beam emitting means being oscillated from the Q-switched solid-state lasers Each laser beam is incident and a lens group having a plurality of lenses for condensing each laser beam, and each laser beam emitted from the lens group is incident and each laser beam And a multi-prism having a plurality of refracting surfaces that refract the laser beam in different directions in the combustion chamber, and the control means condenses the number and position of the laser beams emitted from the multi-prism into the combustion chamber. Laser light in a Q-switched solid-state laser is selected by selecting a laser light source that oscillates laser light from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group so that at least one of the laser light sources is changed, and oscillating laser light from the laser light source The laser light may be oscillated from the position corresponding to the light condensing position (the laser light oscillation pattern is different).

この構成によれば、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が選択される。そして、このレーザ光源からのレーザ光がレンズアレイのレンズを介してQスイッチ式固体レーザに入射され、Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光がレンズ群のいずれかのレンズを介してマルチプリズムの一つの屈折面に入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は一つとなる。   According to this configuration, the laser light source that oscillates the laser light is selected from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group by the control unit. The laser light from the laser light source is incident on the Q-switched solid-state laser through the lenses of the lens array, and the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser is sent to the multi-prism via any lens in the lens group. When the laser beam is incident on one refracting surface, the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber is one.

また、Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光がレンズ群の複数のレンズを介してマルチプリズムの複数の屈折面に入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は複数となる。   In addition, when the laser light oscillated from the Q switch type solid-state laser is incident on the plurality of refractive surfaces of the multi-prism via the plurality of lenses of the lens group, the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber Are plural.

さらに、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が切替えられてマルチプリズムの複数の屈折面に入射されるレーザ光が切替えられることにより、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更される。   Further, the laser light source that oscillates the laser light from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group is switched by the control means, and the laser light incident on the plurality of refracting surfaces of the multi-prism is switched. The condensing position of the emitted laser light is changed.

このように、請求項3に記載の発明の上記構成によれば、マルチプリズムから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 3, in order to change at least one of the number of condensing positions and the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber, the laser light source group It is only necessary to select a laser light source that oscillates a laser beam from a plurality of laser light sources provided in, and oscillate the laser beam from the laser light source.

従って、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を変更する場合には、マルチプリズムから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Therefore, when the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed, the number of condensing laser beams emitted from the multi-prism into the combustion chamber can be precisely set. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber without abruptly increasing the light energy in the combustion chamber.

さらに、マルチプリズムから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Furthermore, when changing the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber, a laser light source that oscillates the laser light is selected from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group. Since it is only necessary to oscillate the laser beam, it is easy to change the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber.

また、マルチプリズムに備えられた複数の屈折面によるレーザ光の屈折方向は自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, since the refraction direction of the laser beam by the plurality of refracting surfaces provided in the multi-prism can be freely set, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other when multi-point ignition is performed. .

また、請求項4に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源と、レーザ光源から発振されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を集光させるレンズと、レンズから出射されたレーザ光が集光されると共に該レーザ光の強度分布に応じた広がり角度を有するレーザ光(複数の異なる発振パターンのレーザ光)を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、レーザ光出射手段は、Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズを有して構成され、制御手段は、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源から発振されるレーザ光の強度分布を制御することによりQスイッチ式固体レーザから発振されるレーザ光の広がり角度を変更する(レーザ光の発振パターンを異ならせる)構成であっても良い。   According to a fourth aspect of the present invention, in the laser ignition device for an internal combustion engine, the laser light oscillation means receives a laser light source capable of oscillating the laser light and a laser light oscillated from the laser light source. And a lens for condensing the laser light, and laser light (laser light having a plurality of different oscillation patterns) having a spread angle corresponding to the intensity distribution of the laser light while condensing the laser light emitted from the lens. A Q-switched solid-state laser capable of oscillating, and the laser beam emitting means receives a laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser and is radially outside the central region and the central region. The control means is configured to have a multifocal lens in which the focal length of the laser light emitted into the combustion chamber differs between the peripheral region of the laser and the control means is a laser beam emitted from the multifocal lens into the combustion chamber. The spread angle of the laser light emitted from the Q-switched solid-state laser is changed by controlling the intensity distribution of the laser light emitted from the laser light source so that at least one of the number of light collection and the light collection position is changed. It is also possible to employ a configuration in which the oscillation pattern of the laser beam is made different.

この構成によれば、制御手段によってレーザ光源から発振されるレーザ光の強度分布が制御され、このレーザ光源からのレーザ光がレンズを介してQスイッチ式固体レーザに入射される。このとき、Qスイッチ式固体レーザの発振が低次のモードになるようにレーザ光の強度分布を制御すれば、広がり角度の小さなレーザ光が発振され、このQスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に入射され、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は一つとなる。   According to this configuration, the intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source is controlled by the control means, and the laser light from the laser light source is incident on the Q-switch type solid-state laser through the lens. At this time, if the intensity distribution of the laser beam is controlled so that the oscillation of the Q-switched solid-state laser becomes a low-order mode, a laser beam having a small divergence angle is oscillated, and the laser emitted from this Q-switched solid-state laser The light is incident on the central region of the multifocal lens, and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber is one.

また、Qスイッチ式固体レーザの発振が高次のモードになるようにレーザ光の強度分布を制御すれば、広がり角度の大きなレーザ光が発振され、このQスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に加えてその周辺領域にも入射され、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は複数となる。   Further, if the intensity distribution of the laser beam is controlled so that the oscillation of the Q-switched solid-state laser is in a higher order mode, a laser beam having a large spread angle is oscillated, and the laser beam oscillated from this Q-switched solid-state laser Is incident not only on the central region of the multifocal lens but also on the peripheral region thereof, and there are a plurality of condensing positions of the laser light emitted into the combustion chamber.

このように、請求項4に記載の発明の上記構成によれば、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源からのレーザ光の強度分布を制御するだけで良い。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 4, in order to change at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber, the laser light source It is only necessary to control the intensity distribution of the laser beam from.

従って、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を変更する場合には、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Therefore, when changing the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber, it is possible to precisely set the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber without abruptly increasing the light energy in the combustion chamber.

また、複数焦点レンズの中心領域の焦点距離と周辺領域の焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, since the focal length of the central region of the multifocal lens and the focal length of the peripheral region can be freely set, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other when performing multipoint ignition. .

また、請求項5に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光によって励起されてレーザ光(複数の異なる発振パターンのレーザ光)を発振可能なQスイッチ式ファイバレーザを複数備えたファイバレーザ群と、を有して構成され、レーザ光出射手段は、ファイバレーザ群の各ファイバレーザから発振された各レーザ光がそれぞれ入射されると共に該各レーザ光を集光又は偏向しながら燃焼室内に集光する複数の出射光学系を有して構成され、制御手段は、複数の出射光学系から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることでファイバレーザ群のファイバレーザからそれぞれレーザ光を発振させる(レーザ光の発振パターンを異ならせる)構成であっても良い。   According to a fifth aspect of the present invention, in the laser ignition device for an internal combustion engine, the laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light, and an oscillation from the laser light source group. And a fiber laser group including a plurality of Q-switched fiber lasers that are capable of oscillating laser beams (laser beams having a plurality of different oscillation patterns) that are incident on and excited by the laser beams. The laser beam emitting means is configured to receive a plurality of laser beams oscillated from the fiber lasers of the fiber laser group and to collect the laser beams in a combustion chamber while condensing or deflecting the laser beams. The control means is configured to change at least one of the number and position of condensing laser beams emitted from a plurality of emission optical systems into the combustion chamber. As described above, a laser light source that oscillates laser light is selected from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group, and the laser light is oscillated from the laser light source to oscillate the laser light from the fiber lasers of the fiber laser group (laser The light oscillation pattern may be different.

この構成によれば、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が選択される。そして、このレーザ光源からのレーザ光がファイバレーザ群のQスイッチ式ファイバレーザに入射される。各ファイバレーザは、レンズやプリズムを備えた出射光学系を有しており、ファイバレーザからのレーザ光を燃焼室内の任意の場所に偏向させつつ集光させることができる。   According to this configuration, the laser light source that oscillates the laser light is selected from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group by the control unit. The laser light from this laser light source is incident on the Q-switched fiber laser of the fiber laser group. Each fiber laser has an emission optical system including a lens and a prism, and can focus the laser light from the fiber laser while deflecting the laser light to an arbitrary place in the combustion chamber.

このとき、制御手段によってレーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源が切替えられてファイバレーザから発振されたレーザ光の燃焼室内に出射される集光位置が変更される。   At this time, the laser light source that oscillates the laser light from the plurality of laser light sources provided in the laser light source group is switched by the control means, and the condensing position of the laser light emitted from the fiber laser emitted into the combustion chamber is changed. The

このように、請求項5に記載の発明の上記構成によれば、各出射光学系から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 5, in order to change at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from each emission optical system into the combustion chamber, It is only necessary to select a laser light source that oscillates laser light from a plurality of laser light sources provided in the light source group and oscillate the laser light from the laser light source.

従って、各出射光学系から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を変更する場合には、各出射光学系から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Therefore, when changing the number of condensing laser beams emitted from each emitting optical system into the combustion chamber, it is possible to precisely set the number of condensing laser beams emitted from each emitting optical system into the combustion chamber. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber without abruptly increasing the light energy in the combustion chamber.

さらに、各出射光学系から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Furthermore, when changing the condensing position of the laser light emitted from each emission optical system into the combustion chamber, a laser light source that oscillates laser light is selected from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group. Since it is only necessary to oscillate the laser beam from the light source, it is easy to change the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber.

また、各出射光学系の集光位置又は偏向角度は自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   In addition, since the condensing position or deflection angle of each emission optical system can be set freely, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other in the case of multipoint ignition.

そして、請求項6に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置に車両の運転状況を検出する運転状況検出手段をさらに備え、制御手段が、運転状況検出手段により検出された運転状況に応じてレーザ光出射手段から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせる構成であると、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することができる。これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。   Further, as in the sixth aspect of the invention, the laser ignition device for an internal combustion engine is further provided with an operating condition detecting means for detecting an operating condition of the vehicle, and the control means detects the operating condition detected by the operating condition detecting means. The oscillation pattern of the laser light oscillated from the laser light oscillating means is changed so that at least one of the number of condensing and the condensing position of the laser light emitted from the laser light emitting means into the combustion chamber is changed according to If so, at least one of the number of ignitions and the ignition position in the combustion chamber can be changed in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion of the internal combustion engine can be maintained in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle.

また、前記課題を解決するために、請求項7に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、前記固体レーザに対して光軸方向に移動自在に配置されると共に、前記固体レーザとで光共振器を構成し、前記固体レーザと光軸方向に離間した距離に応じた広がり角度を有するレーザ光を出射可能な出射ミラーと、前記出射ミラーを光軸方向に移動させる移動機構と、前記出射ミラーから出射されたレーザ光が入射される共に該レーザ光を前記燃焼室内に出射する凸レンズと、前記凸レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記移動機構を制御して前記出射ミラーを光軸方向に移動させることにより前記出射ミラーから出射されるレーザ光の広がり角度を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 7 is directed to a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine. A Q-switched solid-state laser capable of oscillating laser light and a solid-state laser that are arranged so as to be movable in the optical axis direction with respect to the solid-state laser and constitute an optical resonator. An exit mirror capable of emitting a laser beam having a spread angle corresponding to a distance apart from each other, a moving mechanism for moving the exit mirror in the optical axis direction, and a laser beam emitted from the exit mirror is incident on the mirror. A convex lens that emits laser light into the combustion chamber, and the emission mechanism that controls the moving mechanism to change the condensing position of the laser light emitted from the convex lens into the combustion chamber. Characterized by comprising a control means for changing the spread angle of the laser light emitted from the radiating mirror by moving in the optical axis direction error.

請求項7に記載の発明では、Qスイッチ式固体レーザがレーザ光を発振すると、出射ミラーは、固体レーザと光軸方向に離間した距離に応じた広がり角度を有するレーザ光を出射し、出射ミラーから出射されたレーザ光は凸レンズを介して燃焼室内に出射される。また、このとき、制御手段は、凸レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように移動機構を制御して出射ミラーを光軸方向に移動させることにより出射ミラーから出射されるレーザ光の広がり角度を変更する。   According to the seventh aspect of the present invention, when the Q-switch type solid-state laser oscillates the laser beam, the emission mirror emits a laser beam having a spread angle corresponding to the distance apart from the solid-state laser in the optical axis direction, and the emission mirror The laser beam emitted from the laser beam is emitted into the combustion chamber through a convex lens. Further, at this time, the control means controls the moving mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the convex lens into the combustion chamber is changed, and moves the exit mirror in the optical axis direction to emit from the exit mirror. The spread angle of the laser beam is changed.

このように、請求項7に記載の発明の上記構成によれば、制御手段によって出射ミラーからは出射されたレーザ光の広がり角度を制御することにより、凸レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができる。これにより、燃焼室内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。   Thus, according to the configuration of the invention described in claim 7, the spread angle of the laser beam emitted from the emission mirror is controlled by the control means, so that the laser beam emitted from the convex lens into the combustion chamber is controlled. The condensing position can be freely changed. Thereby, the ignition position in the combustion chamber can be arbitrarily set without being limited to a predetermined position.

また、請求項7に記載の発明によれば、シリンダヘッド上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to change the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber only by providing one emission optical system on the cylinder head or the like. As a result, it is not necessary to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the ignition position were installed on the cylinder head or the like), so that the arrangement space can be omitted. It becomes possible.

このとき、請求項8に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置に車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、制御手段が、運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて凸レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように移動機構を制御して出射ミラーを光軸方向に移動させることにより出射ミラーから出射されるレーザ光の広がり角度を変更する構成であると、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火位置を変更することができる。これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。   At this time, as in the invention described in claim 8, the laser ignition device for an internal combustion engine is provided with an operating condition detecting means for detecting an operating condition of the vehicle, and the control means detects the operating condition detected by the operating condition detecting means. The laser beam emitted from the output mirror is spread by controlling the moving mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the convex lens into the combustion chamber is changed in accordance with the movement of the output mirror in the optical axis direction. With the configuration in which the angle is changed, the ignition position in the combustion chamber can be changed according to the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion of the internal combustion engine can be maintained in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle.

また、前記課題を解決するために、請求項9に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光を発振可能なレーザ光源と、前記レーザ光源から発振されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光の光軸方向に移動自在に配置された可動式凹レンズと、前記可動式凹レンズを光軸方向へ移動させる移動機構と、前記可動式凹レンズから出射されたレーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで前記燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズと、前記複数焦点レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記移動機構を制御して前記可動式凹レンズを光軸方向へ移動させることにより前記複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problem, the invention according to claim 9 is directed to a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine. A laser light source capable of oscillating laser light; a movable concave lens on which laser light oscillated from the laser light source is incident and movable in the optical axis direction of the laser light; and A moving mechanism for moving the laser beam in the direction, and the focal length of the laser beam that is incident on the laser beam emitted from the movable concave lens and that is emitted into the combustion chamber in a central region and a peripheral region radially outward from the central region And the mobile unit so that at least one of the number of condensing and the condensing position of laser light emitted from the multi-focal lens into the combustion chamber is changed. Controlled to a characterized by comprising a control means for changing the diameter of the laser beam incident on the plurality of focus lens by moving the movable concave lens in the optical axis direction.

請求項9に記載の発明では、レーザ光源がレーザ光を発振すると、このレーザ光源から発振されたレーザ光は可動式凹レンズを介して複数焦点レンズに入射される。また、このとき、可動式凹レンズは、移動機構によって光軸方向へ移動されることにより複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更する。複数焦点レンズは、中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なるように構成されているので、可動式凹レンズから出射された各レーザ光が入射されると、この可動式凹レンズから出射されたレーザ光の直径に応じて燃焼室に出射するレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更する。さらに、制御手段は、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように移動機構を制御して可動式凹レンズを光軸方向へ移動させることにより複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更する。   According to the ninth aspect of the present invention, when the laser light source oscillates the laser light, the laser light oscillated from the laser light source is incident on the multifocal lens through the movable concave lens. At this time, the movable concave lens changes the diameter of the laser beam incident on the multifocal lens by being moved in the optical axis direction by the moving mechanism. Since the multifocal lens is configured such that the focal length of the laser light emitted into the combustion chamber differs between the central region and the peripheral region radially outward from the central region, each laser emitted from the movable concave lens When light is incident, at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted to the combustion chamber is changed according to the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens. Further, the control means moves the movable concave lens in the optical axis direction by controlling the moving mechanism so that at least one of the number of condensing and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed. As a result, the diameter of the laser light incident on the multifocal lens is changed.

つまり、可動式凹レンズから出射されたレーザ光の直径が小さく、可動式凹レンズから出射されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は一つとなる。   That is, when the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens is small and the laser light emitted from the movable concave lens is incident on the central region of the multifocal lens, the collection of the laser light emitted into the combustion chamber There is one light position.

また、可動式凹レンズから出射されたレーザ光の直径が大きく、可動式凹レンズから出射されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に加えてその周辺領域にも入射される場合には、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置は複数となる。   Also, when the laser beam emitted from the movable concave lens is large and the laser beam emitted from the movable concave lens is incident on the peripheral region in addition to the central region of the multifocal lens, There are a plurality of condensing positions of the emitted laser light.

このように、請求項9に記載の発明の上記構成によれば、可動式凹レンズを光軸方向に移動させて可動式凹レンズから出射され複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を調節することにより、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を自在に変更することができる。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 9, the movable concave lens is moved in the optical axis direction to adjust the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens and incident on the multifocal lens. The number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber can be freely changed.

さらに、可動式凹レンズから出射されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域に入射される範囲内で可動式凹レンズを光軸方向に移動させて可動式凹レンズから出射されるレーザ光の仮想焦点位置を調節することにより、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を一つに維持した状態でその集光位置を変更することができる。   Further, the virtual concave position of the laser light emitted from the movable concave lens is determined by moving the movable concave lens in the optical axis direction within a range where the laser light emitted from the movable concave lens is incident on the central region of the multifocal lens. By adjusting, the condensing position can be changed in a state where the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber is maintained at one.

同様に、可動式凹レンズから出射されたレーザ光が複数焦点レンズの中心領域及びその周辺領域に入射される範囲内で可動式凹レンズを光軸方向に移動させて可動式凹レンズから出射されるレーザ光の仮想焦点位置を調節することにより、燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を複数に維持した状態でその集光位置をそれぞれ変更することができる。   Similarly, the laser beam emitted from the movable concave lens by moving the movable concave lens in the optical axis direction within a range in which the laser beam emitted from the movable concave lens is incident on the central region and the peripheral region of the multifocal lens. By adjusting the virtual focal position, the condensing position can be changed while maintaining a plurality of condensing numbers of the laser beams emitted into the combustion chamber.

このように、請求項9に記載の発明の上記構成によれば、可動式凹レンズを光軸方向に移動させて可動式凹レンズから出射される仮想焦点位置を調節することにより、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができる。これにより、燃焼室内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。   As described above, according to the above-described configuration of the invention described in claim 9, the movable concave lens is moved in the optical axis direction to adjust the virtual focal position emitted from the movable concave lens, thereby burning from the multifocal lens. The condensing position of the laser beam emitted into the room can be freely changed. Thereby, the ignition position in the combustion chamber can be arbitrarily set without being limited to a predetermined position.

また、請求項9に記載の発明の上記構成によれば、シリンダヘッド上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室内に出射するレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更することができる。これにより、燃焼室内の点火数又は点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火数又は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   According to the above-described configuration of the invention described in claim 9, at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber can be changed only by providing one emitting optical system on the cylinder head or the like. can do. As a result, it is not necessary to arrange the same number of emission optical systems as the number of ignitions or ignition positions in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the number of ignitions or ignition positions were installed on the cylinder head or the like). Space can be omitted.

さらに、複数焦点レンズの中心領域の焦点距離と周辺領域の焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Furthermore, since the focal length of the central region of the multifocal lens and the focal length of the peripheral region can be freely set, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other when performing multipoint ignition. .

このとき、請求項10に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置に車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、制御手段が、運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように移動機構を制御して可動式凹レンズを光軸方向へ移動させることにより複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更する構成であると、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することができる。これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。   At this time, as in the invention of claim 10, the laser ignition device for an internal combustion engine is provided with an operating condition detecting means for detecting an operating condition of the vehicle, and the control means detects the operating condition detected by the operating condition detecting means. By moving the movable concave lens in the optical axis direction by controlling the moving mechanism so that at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed accordingly With the configuration in which the diameter of the laser light incident on the multifocal lens is changed, at least one of the number of ignitions and the ignition position in the combustion chamber can be changed according to the driving state of the vehicle. As a result, the combustion of the internal combustion engine can be maintained in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle.

また、前記課題を解決するために、請求項11に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光を発振可能なレーザ光源と、前記レーザ光源から発振されたレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズから出射されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転自在に配置されると共に前記集光レンズから出射されたレーザ光を互いに異なる方向へ屈折して前記燃焼室内に出射する屈折面を回転方向に複数有して構成されたマルチウェッジ基盤と、前記マルチウェッジ基盤を前記集光レンズから出射されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転させる回転機構と、前記マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記マルチウェッジ基盤を回転させることにより該マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problem, an invention according to claim 11 is directed to a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine. A laser light source that can oscillate laser light, a condensing lens that condenses the laser light oscillated from the laser light source, and a direction that intersects the optical axis direction of the laser light emitted from the condensing lens rotates about a rotation axis A multi-wedge base that is arranged freely and has a plurality of refracting surfaces in the rotation direction that refract the laser beams emitted from the condenser lens in different directions and emit them into the combustion chamber; A rotating mechanism for rotating a wedge base around a direction intersecting the optical axis direction of the laser light emitted from the condenser lens; and the combustion from the multi-wedge base The direction of the laser light emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber is controlled by rotating the multi-wedge base by controlling the rotation mechanism so that the condensing position of the laser light emitted into the inside is changed. And a control means for changing.

このように、請求項11に記載の発明では、マルチウェッジ基盤が、集光レンズを介してレーザ光源から発振されたレーザ光を互いに異なる方向へ屈折して燃焼室内に出射する屈折面を回転方向に複数有する構成となっている。この構成によれば、一つのマルチウェッジ基盤によって燃焼室内の異なる位置にレーザ光を集光させることができると共に、一つの回転機構によりマルチウェッジ基盤を回転させることができる。これにより、ウェッジ基盤を用いた内燃機関用レーザ点火装置においてその構造を小型化することが可能となる。   Thus, in the invention described in claim 11, the multi-wedge substrate refracts the laser light oscillated from the laser light source through the condenser lens in different directions and emits the refracting surface in the rotation direction. It has the structure which has two or more. According to this configuration, the laser beam can be condensed at different positions in the combustion chamber by one multi-wedge base, and the multi-wedge base can be rotated by one rotating mechanism. As a result, the structure of the laser ignition device for an internal combustion engine using a wedge base can be reduced in size.

このとき、請求項12に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置に車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、制御手段が、運転状況検出手段により検出された運転状況に応じてマルチウェッジ基盤から燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように回転機構を制御してマルチウェッジ基盤を回転させることにより該マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更する構成であると、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火位置を変更することができる。これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。   At this time, as in the invention described in claim 12, the laser ignition device for an internal combustion engine is provided with an operating condition detecting means for detecting an operating condition of the vehicle, and the control means detects the operating condition detected by the operating condition detecting means. In response to this, the rotation mechanism is controlled so that the condensing position of the laser light emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber is changed, and the multi-wedge base is rotated to be emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber. If the configuration is such that the direction of the laser beam is changed, the ignition position in the combustion chamber can be changed according to the driving condition of the vehicle. As a result, the combustion of the internal combustion engine can be maintained in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle.

また、前記課題を解決するために、請求項13に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、レーザ光を発振可能なレーザ光源と、前記レーザ光源から発振されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転自在に配置されると共に前記レーザ光源から発振されたレーザ光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーを前記レーザ光源から発振されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転させる回転機構と、前記反射ミラーによって反射されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を集光させるfθレンズと、前記fθレンズから出射されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を前記燃焼室内の互いに異なる方向へ屈折する屈折面を複数備えたマルチプリズムと、前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記反射ミラーを回転させることにより前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problem, the invention according to claim 13 is the laser ignition device for an internal combustion engine that ignites the combustion gas in the combustion chamber by condensing the laser beam in the combustion chamber of the internal combustion engine. A laser light source capable of oscillating laser light, and a reflection that reflects the laser light oscillated from the laser light source and is rotatably arranged with a direction intersecting the optical axis direction of the laser light oscillated from the laser light source as a rotation axis A mirror, a rotating mechanism that rotates the reflecting mirror around a direction that intersects the optical axis direction of the laser light emitted from the laser light source, and the laser light reflected by the reflecting mirror is incident and the laser light And the laser beam emitted from the fθ lens is incident, and the laser beam is directed in different directions in the combustion chamber. A multi-prism having a plurality of refracting surfaces that refract to the light, and rotating the reflection mirror by controlling the rotation mechanism so that a condensing position of laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed. And control means for changing the direction of laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber.

請求項13に記載の発明では、レーザ光源からレーザ光が発振されると、fθレンズには反射ミラーの回転角度に応じた位置にレーザ光が入射され、fθレンズから出射されたレーザ光はマルチプリズムを介して燃焼室内に出射される。また、反射ミラーの回転角度を調節することにより、fθレンズ及びマルチプリズムを介して燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更される。   According to the thirteenth aspect of the present invention, when laser light is oscillated from the laser light source, the laser light is incident on the fθ lens at a position corresponding to the rotation angle of the reflection mirror, and the laser light emitted from the fθ lens is The light is emitted into the combustion chamber through the prism. Further, by adjusting the rotation angle of the reflection mirror, the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber via the fθ lens and the multi-prism is changed.

このように、請求項13に記載の発明の上記構成によれば、シリンダヘッド上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   Thus, according to the above-described configuration of the invention described in claim 13, it is possible to change the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber only by providing one emission optical system on the cylinder head or the like. As a result, it is not necessary to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the ignition position were installed on the cylinder head or the like), so that the arrangement space can be omitted. It becomes possible.

このとき、請求項14に記載の発明のように、上記内燃機関用レーザ点火装置に車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、制御手段が、運転状況検出手段により検出された運転状況に応じてマルチプリズムから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように回転機構を制御して反射ミラーを回転させることによりマルチプリズム
から出射されるレーザ光の方向を変更する構成であると、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火位置を変更することができる。これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。
At this time, as in the invention described in claim 14, the laser ignition device for an internal combustion engine is provided with an operating condition detecting means for detecting an operating condition of the vehicle, and the control means detects the operating condition detected by the operating condition detecting means. The direction of the laser beam emitted from the multi-prism is changed by rotating the reflection mirror by controlling the rotation mechanism so that the condensing position of the laser beam emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed accordingly. With the configuration, the ignition position in the combustion chamber can be changed according to the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion of the internal combustion engine can be maintained in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle.

以上詳述したように、請求項1乃至5に記載の発明によれば、光学系を移動させるための機械的な移動機構を不要にでき、燃焼室内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室内に出射するレーザ光の集光数を変更することができ、また、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   As described in detail above, according to the first to fifth aspects of the invention, a mechanical moving mechanism for moving the optical system can be eliminated, and the light energy in the combustion chamber does not increase rapidly. The number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber can be changed, and in the case of multipoint ignition, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other.

また、請求項7に記載の発明によれば、凸レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができるので、これにより、燃焼室内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。さらに、燃焼室内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, the condensing position of the laser beam emitted from the convex lens into the combustion chamber can be freely changed, thereby limiting the ignition position within the combustion chamber to a predetermined position. It is possible to arbitrarily set without being performed. Furthermore, there is no need to arrange as many emission optical systems as there are ignition positions in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the ignition positions have been installed on the cylinder head, etc.), so the arrangement space can be omitted. Is possible.

また、請求項9に記載の発明によれば、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数を自在に変更することができる。また、複数焦点レンズから燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができるので、これにより、燃焼室内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。さらに、燃焼室内の点火数又は点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火数又は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。また、複数焦点レンズの中心領域の焦点距離と周辺領域の焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   According to the ninth aspect of the invention, the number of condensing laser beams emitted from the multifocal lens into the combustion chamber can be freely changed. In addition, the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber can be freely changed, so that the ignition position in the combustion chamber can be arbitrarily set without being limited to a predetermined position. Is possible. Furthermore, since there is no need to arrange the same number of emission optical systems as the number of ignitions or ignition positions in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the number of ignitions or ignition positions have been installed on the cylinder head or the like), the arrangement space Can be omitted. Further, since the focal length of the central region of the multifocal lens and the focal length of the peripheral region can be freely set, the ignition positions in the combustion chamber can be sufficiently separated from each other when performing multipoint ignition. .

また、請求項11に記載の発明によれば、一つのマルチウェッジ基盤によって燃焼室内の異なる位置にレーザ光を集光させることができると共に、一つの回転機構によりマルチウェッジ基盤を回転させることができるので、これにより、ウェッジ基盤を用いた内燃機関用レーザ点火装置においてその構造を小型化することが可能となる。   According to the invention of claim 11, the laser beam can be condensed at different positions in the combustion chamber by one multi-wedge base, and the multi-wedge base can be rotated by one rotating mechanism. Therefore, it becomes possible to reduce the size of the structure of the laser ignition device for an internal combustion engine using the wedge base.

また、請求項13に記載の発明によれば、シリンダヘッド上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   According to the invention described in claim 13, the condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber can be changed only by providing one emission optical system on the cylinder head or the like. As a result, it is not necessary to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber (previously, the same number of optical fibers as the ignition position were installed on the cylinder head or the like), so that the arrangement space can be omitted. It becomes possible.

また、請求項6,8,10,12,14に記載の発明によれば、車両の運転状況に応じて燃焼室内の点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することができるので、これにより、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる   According to the inventions described in claims 6, 8, 10, 12, and 14, at least one of the number of ignitions and the ignition position in the combustion chamber can be changed according to the driving situation of the vehicle. It becomes possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state according to the driving situation of the vehicle

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made in accordance with the spirit of the present invention.

[第一実施形態]
はじめに、図1乃至図5を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10について説明する。
[First embodiment]
First, a laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられた内燃機関において燃焼室44内の燃焼ガス46を点火させるのに好適に用いられるものである。   The internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment of the present invention is suitably used to ignite the combustion gas 46 in the combustion chamber 44 in an internal combustion engine provided in a vehicle such as a passenger car, for example. It is.

本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10は、図1に示されるように、レーザ光を発振可能なレーザ光発振手段としてのレーザ光発振部12と、燃焼室44内にレーザ光を出射するレーザ光出射手段としてのレーザ光出射部14と、レーザ光発振部12のレーザ発振を制御する制御手段としての制御部16と、運転状況検出手段としての運転状況検出部18と、を主要な構成として備えている。   As shown in FIG. 1, a laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention includes a laser beam oscillation unit 12 as laser beam oscillation means capable of oscillating laser beam, and a combustion chamber 44. A laser beam emitting unit 14 serving as a laser beam emitting unit that emits a laser beam; a control unit 16 serving as a control unit that controls laser oscillation of the laser beam oscillation unit 12; and an operating condition detecting unit 18 serving as an operating condition detecting unit; Are provided as main components.

レーザ光発振部12は、後に詳述するようにレーザ光出射部14に複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振するものであり、レーザ光源群20と、光ファイバ群22と、レンズアレイ24と、Qスイッチ式固体レーザ26と、を有して構成されている。   The laser beam oscillator 12 oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns to the laser beam emitter 14 as will be described in detail later. The laser beam source group 20, the optical fiber group 22, the lens array 24, And a Q-switch type solid-state laser 26.

レーザ光源群20は、複数のレーザ光源20a,20b(例えば中心に1個のレーザ光源20a、その周囲に5個のレーザ光源20b)を備えた構成となっている。各レーザ光源20a,20bは、制御部16のレーザ制御装置36によって独立して制御されることによりそれぞれレーザ光を発振可能な構成となっている。   The laser light source group 20 includes a plurality of laser light sources 20a and 20b (for example, one laser light source 20a at the center and five laser light sources 20b around it). Each of the laser light sources 20a and 20b is configured to be able to oscillate laser light by being independently controlled by the laser control device 36 of the control unit 16.

各レーザ光源20a,20bのレーザ光発振側には、光ファイバ群22の入口が位置している。光ファイバ群22には、複数の光ファイバが備えられており、各光ファイバは、対応するレーザ光源20a,20bから発振されたレーザ光をレンズアレイ24に導いて出射するようになっている。   The entrance of the optical fiber group 22 is located on the laser light oscillation side of each of the laser light sources 20a and 20b. The optical fiber group 22 includes a plurality of optical fibers, and each optical fiber guides the laser light oscillated from the corresponding laser light sources 20a and 20b to the lens array 24 and emits it.

レンズアレイ24は、レーザ光源群20から光ファイバ群22を介して出射された各レーザ光が入射される複数のレンズ24a,24bを備えている。この各レンズ24a,24bは、レーザ光源群20から光ファイバ群22を介して出射された各レーザ光を集光してQスイッチ式固体レーザ26に出射するようになっている。   The lens array 24 includes a plurality of lenses 24 a and 24 b on which the laser beams emitted from the laser light source group 20 through the optical fiber group 22 are incident. Each of the lenses 24 a and 24 b collects each laser beam emitted from the laser light source group 20 via the optical fiber group 22 and emits it to the Q switch type solid laser 26.

Qスイッチ式固体レーザ26は、光増幅媒体26aの両側に全反射鏡26b及び出射鏡26cを有する構成となっており、レンズアレイ24の各レンズ24a,24bから出射された各レーザ光が集光されると励起状態となってレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。このとき、Qスイッチ式固体レーザ26は、各レーザ光の集光位置(つまり励起場所)に応じて発振特性が異なるようになっている。   The Q-switched solid-state laser 26 has a configuration including a total reflection mirror 26b and an emission mirror 26c on both sides of the optical amplification medium 26a, and each laser beam emitted from each lens 24a, 24b of the lens array 24 is condensed. Then, the laser beam is oscillated to the bifocal lens 28 in an excited state. At this time, the Q-switched solid-state laser 26 has different oscillation characteristics depending on the condensing position (that is, the excitation location) of each laser beam.

つまり、図2(a)に動作原理図を示すように、レーザ光源20aから発振されたレーザ光が光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の中心付近のレンズ24aに入射され、このレンズ24aから出射されたレーザ光がQスイッチ式固体レーザ26の中心付近に入射された場合、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けてレーザ光が発振されるようになっている(発振パターン1)。   That is, as shown in FIG. 2 (a), the laser light oscillated from the laser light source 20a is incident on the lens 24a near the center of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and from this lens 24a. When the emitted laser light is incident near the center of the Q-switched solid-state laser 26, the portion where the laser light is incident is excited, and the central region of the bifocal lens 28 from the vicinity of the center of the Q-switched solid-state laser 26. Laser light is oscillated toward 28a (oscillation pattern 1).

また、図2(b)に動作原理図を示すように、レーザ光源20bから発振されたレーザ光が光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の周辺部のレンズ24bに入射され、このレンズ24bから出射されたレーザ光がQスイッチ式固体レーザ26の周辺部に入射された場合、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部から二焦点レンズ28の周辺領域28bに向けてレーザ光が発振されるようになっている(発振パターン2)。   Further, as shown in FIG. 2B, the principle of operation is shown. Laser light oscillated from the laser light source 20b is incident on the lens 24b in the peripheral portion of the lens array 24 through the optical fiber group 22, and from this lens 24b. When the emitted laser light is incident on the peripheral portion of the Q-switched solid-state laser 26, the portion where the laser light is incident is excited, and the peripheral region of the bifocal lens 28 extends from the peripheral portion of the Q-switched solid-state laser 26. Laser light is oscillated toward 28b (oscillation pattern 2).

また、図2(c)に動作原理図を示すように、レーザ光源20a,20bから発振されたレーザ光が光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の中心付近及び周辺部のレンズ24a,24bに入射され、このレンズ24a,24bから出射されたレーザ光がQスイッチ式固体レーザ26の中心付近及び周辺部に入射された場合、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近及び周辺部から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けてレーザ光が発振されるようになっている(発振パターン3)。   Further, as shown in FIG. 2C, the principle of operation is shown. Laser light oscillated from the laser light sources 20a and 20b passes through the optical fiber group 22 to the lenses 24a and 24b in the vicinity of the center of the lens array 24 and in the peripheral portions. When the laser light that is incident and emitted from the lenses 24a and 24b is incident on the vicinity of the center of the Q-switched solid-state laser 26 and the peripheral portion thereof, the portion where the laser light is incident is excited, and the Q-switched solid-state laser is excited. Laser light is oscillated from the vicinity of the center of 26 and the peripheral portion toward the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 (oscillation pattern 3).

このように、本実施形態のQスイッチ式固体レーザ26は、レンズアレイ24から出射されたレーザ光の入射位置に応じて複数の異なる発振パターンのレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。   As described above, the Q-switched solid-state laser 26 of the present embodiment oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns to the bifocal lens 28 in accordance with the incident position of the laser light emitted from the lens array 24. ing.

レーザ光出射部14は、図1に示されるように、複数焦点レンズとしての二焦点レンズ28と出射窓30を有して構成されている。二焦点レンズ28は、中心領域28aと中心領域28aよりも径方向外側の周辺領域28bとを有して構成されており、この中心領域28aと周辺領域28bとでは出射窓30を介して燃焼室44内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる構成となっている。つまり、中心領域28aでは焦点距離が短く、周辺領域28bでは焦点距離が長く設定されている。   As shown in FIG. 1, the laser beam emitting unit 14 is configured to include a bifocal lens 28 as a multifocal lens and an emission window 30. The bifocal lens 28 has a central region 28a and a peripheral region 28b radially outside the central region 28a, and the central region 28a and the peripheral region 28b are connected to the combustion chamber via the exit window 30. The focal length of the laser light emitted into 44 is different. That is, the focal length is set short in the central region 28a, and the focal length is set long in the peripheral region 28b.

そして、本実施形態では、レンズアレイ24、Qスイッチ式固体レーザ26、二焦点レンズ28は、ハウジングケース32に収容されている。ハウジングケース32の一方には、光ファイバ群22が導入されており、ハウジングケース32の他方側は、シリンダヘッド40の壁部に一体に固定されている。また、ハウジングケース32の他方側は、出射窓30によって燃焼室44内と隔離されている。   In this embodiment, the lens array 24, the Q-switched solid-state laser 26, and the bifocal lens 28 are accommodated in the housing case 32. The optical fiber group 22 is introduced into one side of the housing case 32, and the other side of the housing case 32 is integrally fixed to the wall portion of the cylinder head 40. Further, the other side of the housing case 32 is isolated from the inside of the combustion chamber 44 by the emission window 30.

制御部16は、エンジンコントローラ34とレーザ制御装置36を有して構成されている。エンジンコントローラ34には、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号が入力されるようになっている。エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、後に詳述するように運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これをレーザ制御装置36に出力するようになっている。   The control unit 16 includes an engine controller 34 and a laser control device 36. The engine controller 34 is supplied with the driving condition detection signal output from the driving condition detector 18. When the engine controller 34 inputs the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal and outputs it to the laser control device 36 as will be described in detail later. It is like that.

レーザ制御装置36には、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令が入力されるようになっている。レーザ制御装置36は、演算装置及び記憶装置を有して構成されており、記憶装置には、後に詳述する点火数マップ36a及び点火位置マップ36b(図3参照)が記憶されている。   A control command output from the engine controller 34 is input to the laser control device 36. The laser control device 36 includes an arithmetic device and a storage device, and an ignition number map 36a and an ignition position map 36b (see FIG. 3), which will be described in detail later, are stored in the storage device.

また、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、二焦点レンズ28から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させるようになっている。   In addition, when the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the number and position of condensing laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 through the emission window 30. The laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20 so that the laser light source is changed, and the laser light is oscillated from the laser light source.

運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力するようになっている。   The driving condition detection unit 18 detects the driving condition detection signal corresponding to the driving condition by detecting, for example, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation, as the driving condition of the vehicle. It is generated and output to the engine controller 34.

次に、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10の動作について説明する。   Next, operation | movement of the laser ignition device 10 for internal combustion engines which concerns on 1st embodiment of this invention is demonstrated.

まず、運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及び回転数等を検出する。そして、運転状況検出部18は、これら車両の運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力する。   First, the driving state detection unit 18 detects, for example, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and number of rotation during stratified operation, and the like as the driving state of the vehicle. Then, the driving situation detection unit 18 generates a driving situation detection signal corresponding to the driving situation of these vehicles, and outputs this to the engine controller 34.

エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これを運転状況検出信号と共にレーザ制御装置36に出力する。   When the engine controller 34 receives the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal, and outputs this to the laser controller 36 together with the driving condition detection signal.

レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、図4に示すプログラムの処理を開始する。このとき、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにした場合には、レーザ制御装置36は、運転状況検出信号に基づいて成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出する。(ステップS1)。   When the laser control device 36 receives the control command output from the engine controller 34, the laser control device 36 starts the processing of the program shown in FIG. At this time, when the driving condition detection unit 18 detects the driving condition of the vehicle, for example, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation, the laser control device 36 Based on the driving condition detection signal, the EGR rate and the engine speed during the stratified operation, the torque and the engine speed during the stratified operation are detected. (Step S1).

続いて、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数と、図3(a)に示される点火数マップ36aとに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定する(ステップS2)。   Subsequently, based on the EGR rate and engine speed during stratified operation detected based on the operating condition detection signal, and the ignition number map 36a shown in FIG. 3A, the EGR rate and engine speed during stratified operation. The number of ignitions is determined from the relationship with the number (step S2).

この場合、エンジン回転数が低く、EGR率も低い状態では、燃焼室44内の混合気の着火性が比較的に良いため、消費電力を抑制すべく、一点点火とする。一方、エンジン回転数が高く、EGR率も高い状態では、着火性に劣るため、多点点火(本実施形態では一例として二点点火)とする。   In this case, when the engine speed is low and the EGR rate is low, the ignitability of the air-fuel mixture in the combustion chamber 44 is relatively good, so that one-point ignition is performed to suppress power consumption. On the other hand, in a state where the engine speed is high and the EGR rate is high, the ignitability is inferior, so multipoint ignition (two-point ignition as an example in the present embodiment) is performed.

また、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、図3(b)に示される点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する(ステップS3)。   Further, based on the torque and engine speed during stratification operation detected based on the driving condition detection signal and the ignition position map 36b shown in FIG. 3B, the torque and engine speed during stratification operation are calculated. The ignition position is determined from the relationship (step S3).

この場合、エンジン回転数が増加すると共にトルクが増加すると、燃料噴射時期が進角し、これに伴い最適混合気位置もピストン42側に移動するので、この状態では、ピストン42側に点火位置を設定する。一方、エンジン回転数が低下すると共にトルクが低下すると、最適混合気位置はシリンダヘッド40側に移動するので、この状態では、シリンダヘッド40側に点火位置を設定する   In this case, when the engine speed increases and the torque increases, the fuel injection timing advances, and the optimal mixture position also moves to the piston 42 side. Accordingly, in this state, the ignition position is set to the piston 42 side. Set. On the other hand, when the engine speed decreases and the torque decreases, the optimum gas mixture position moves to the cylinder head 40 side. In this state, the ignition position is set on the cylinder head 40 side.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させる(ステップS4)。   Based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20, and the laser light source is selected from the laser light sources. Light is oscillated (step S4).

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源20aからレーザ光を発振させる。レーザ光源20aからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の中心付近のレンズ24aに入射され、このレンズ24aから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けてレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of one-point ignition at the cylinder head 40 side position, laser light is oscillated from the laser light source 20a. When laser light is oscillated from the laser light source 20a, the laser light is incident on the lens 24a near the center of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and the laser light emitted from the lens 24a is converted into a Q switch. Incident near the center of the solid-state laser 26. As a result, the portion where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the vicinity of the center of the Q-switch type solid-state laser 26 toward the central region 28a of the bifocal lens 28 (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the center region 28 a of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、ピストン42側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源20bからレーザ光を発振させる。レーザ光源20bからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の周辺部のレンズ24bに入射され、このレンズ24bから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部から二焦点レンズ28の周辺領域28bに向けてレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、二焦点レンズ28の周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火となる。   Further, in the case of single point ignition at the piston 42 side position, laser light is oscillated from the laser light source 20b. When laser light is oscillated from the laser light source 20b, the laser light is incident on the lens 24b in the peripheral portion of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and the laser light emitted from the lens 24b is converted into a Q switch. The incident light is incident on the periphery of the solid-state laser 26. As a result, the portion where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the peripheral portion of the Q-switch type solid-state laser 26 toward the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 (oscillation pattern 2). Then, laser light is emitted from the peripheral region 28 b of the bifocal lens 28 to the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the piston 42 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源20a,20bからレーザ光を発振させる。レーザ光源20a,20bからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の中心付近及び周辺部のレンズ24a,24bに入射され、このレンズから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近及び周辺部に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近及び周辺部から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けてレーザ光が発振される(発振パターン3)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置での二点点火となる。   In the case of multipoint ignition (two-point ignition), laser light is oscillated from the laser light sources 20a and 20b. When laser light is oscillated from the laser light sources 20a and 20b, the laser light is incident on the lenses 24a and 24b near and around the center of the lens array 24 through the optical fiber group 22, and is emitted from the lenses. The laser light is incident on the vicinity of the center and the periphery of the Q-switched solid-state laser 26. As a result, the place where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the vicinity of the center of the Q-switched solid-state laser 26 and the peripheral portion toward the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 ( Oscillation pattern 3). Laser light is emitted from the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position and the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and the combustion chamber 44 side of the combustion chamber 44 is located on the cylinder head 40 side. Two-point ignition is performed at the position and the position on the piston 42 side.

このように、本実施形態では、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することによりQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in this embodiment, the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 by selecting the laser light source that oscillates the laser light among the plurality of laser light sources 20 a and 20 b provided in the laser light source group 20. By changing the oscillation pattern, the number of condensings and the condensing position of the laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 are changed, and the number of ignitions and the ignition position are changed.

次に、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   As described above in detail, in the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, the ignition number. In order to change at least one of the ignition positions, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20, and the laser light is oscillated from the laser light source. good.

この構成によれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するために、燃焼室44内にレーザ光を出射する光学系(例えば本実施形態では二焦点レンズ28など)を移動させる必要がない。従って、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。これにより、車両走行に伴う振動等の影響を受けずに点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することが可能となる。   According to this configuration, in order to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, at least one of the ignition number and the ignition position, It is not necessary to move an optical system that emits light (for example, the bifocal lens 28 in this embodiment). Therefore, a mechanical moving mechanism for moving the optical system is not necessary. As a result, it is possible to change at least one of the number of ignitions and the ignition position without being affected by vibrations or the like accompanying traveling of the vehicle.

また、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10では、点火数を変更するためには、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室44内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   In the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, laser light is oscillated from the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20 in order to change the number of ignitions. Since it is only necessary to select a laser light source and oscillate laser light from the laser light source, it is possible to precisely set the number of condensing laser beams emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 without the light energy in the combustion chamber 44 increasing rapidly.

さらに、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Furthermore, when changing the condensing position of the laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44, a laser that oscillates laser light from the plurality of laser light sources 20 a and 20 b provided in the laser light source group 20. Since it is only necessary to select a light source and oscillate laser light from the laser light source, it is easy to change the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44.

また、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10では、二焦点レンズ28の中心領域28aの焦点距離と周辺領域28bの焦点距離とを自在に設定することができる。これにより、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   In the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment of the present invention, the focal length of the central region 28a and the focal length of the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 can be freely set. Thereby, when performing multipoint ignition, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10では、上述のように、車両の運転状況に応じて燃焼室44内の点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することができる。この構成によれば、成層燃焼方式において運転状況の変化に伴い最適混合気位置が変化しても、常に最適混合位置での点火が可能となる。従って、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, in the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention, as described above, at least one of the number of ignitions and the ignition position in the combustion chamber 44 can be changed according to the operating state of the vehicle. it can. According to this configuration, even in the stratified combustion system, ignition at the optimum mixing position is always possible even if the optimum mixture position changes as the operating state changes. Therefore, it is possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本実施形態の上記構成によれば、均質燃焼方式においても、ノッキング条件下にて燃焼室44の最適位置での多点点火が可能であり、ノッキングを効果的に抑制することができる。これにより、圧縮比をアップすることが可能となり、エンジンの熱効率を高めることができる。また、均質燃焼方式ではトルクが低い場合やエンジン回転数が高い場合にはノッキングしにくいが、本実施形態では、このような場合には一点点火とすることができる。このように、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   Further, according to the above-described configuration of the present embodiment, even in the homogeneous combustion system, multipoint ignition at the optimum position of the combustion chamber 44 is possible under knocking conditions, and knocking can be effectively suppressed. As a result, the compression ratio can be increased, and the thermal efficiency of the engine can be increased. Further, in the homogeneous combustion system, knocking is difficult when the torque is low or the engine speed is high, but in this embodiment, it is possible to perform one-point ignition in such a case. Thus, since the number of ignitions can be reduced according to the driving situation, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10の変形例について説明する。   Next, a modification of the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

つまり、ノッキングにしにくい低トルク又は高回転時には、消費電力を抑制すべく、一点点火とする。一方、エンジン回転数が低下或いはトルクが増加すると、これらに伴ってノッキングが生じやすくなるため、このときには多点点火とする。このとき、燃焼室44内にて二点点火以上とする場合には、レーザ光源群20のレーザ光源数、レンズアレイ24のレンズ数、二焦点レンズ28の焦点距離の異なる領域数を点火数と同等にすれば良い。   In other words, at a low torque or high rotation speed that is difficult to knock, a single point ignition is performed to suppress power consumption. On the other hand, if the engine speed is decreased or the torque is increased, knocking is likely to occur in association with them, so at this time, multipoint ignition is performed. At this time, when two or more ignitions are performed in the combustion chamber 44, the number of laser light sources of the laser light source group 20, the number of lenses of the lens array 24, and the number of regions having different focal lengths of the bifocal lens 28 are set as the number of ignitions. It should be equivalent.

そして、この決定した点火数に基づいてレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源を励起させてレーザ光を発振させても良い。   Based on the determined number of ignitions, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20, and the laser light source is excited to oscillate the laser light. May be.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20bのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせても良い。   In the present embodiment, the laser beam among the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20 is changed so that the number of condensing and the converging position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are changed. By selecting a laser light source that oscillates, the oscillation pattern of the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 is varied, but the number of condensing numbers and condensing positions of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are different. By selecting a laser light source that oscillates laser light among the plurality of laser light sources 20a and 20b provided in the laser light source group 20 so that at least one of them is changed, laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 is selected. The oscillation pattern may be different.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

また、上記実施形態では、本発明に係る二焦点レンズ28が二焦点レンズ28で構成されていたが、異なる焦点距離を有するレンズ領域の数は、二つに限られず、二つ以上であっても良い。また、中心領域28aの焦点距離が周辺領域28bの焦点距離よりも短く構成されていたが長く構成されていても良い。   In the above embodiment, the bifocal lens 28 according to the present invention is configured by the bifocal lens 28. However, the number of lens regions having different focal lengths is not limited to two, and is two or more. Also good. Further, although the focal length of the central region 28a is shorter than the focal length of the peripheral region 28b, it may be longer.

[第二実施形態]
次に、図6を参照しながら、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50は、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10の二焦点レンズ28に代えてレンズ群52とマルチプリズム54を備える構成となっている。従って、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50において、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同一の構成については同一の符号を用いることとしてその説明を省略する。   A laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention includes a lens group 52 and a multi-prism 54 instead of the bifocal lens 28 of the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment. It has become. Therefore, in the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the same configurations as the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment. Omitted.

本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50において、レンズ群52は、Qスイッチ式固体レーザ26から発振された各レーザ光が入射されると共に各レーザ光を集光させる複数のレンズ52a,52b,52cを備えている。マルチプリズム54は、レンズ群52から出射された各レーザ光が入射されると共に各レーザ光を燃焼室44内の互いに異なる方向へ屈折する複数の屈折面54a,54b,54cを備えている。   In the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, the lens group 52 includes a plurality of laser beams that are incident on each laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 and collect each laser beam. Lenses 52a, 52b, and 52c are provided. The multi-prism 54 includes a plurality of refracting surfaces 54 a, 54 b, and 54 c that receive each laser beam emitted from the lens group 52 and refract each laser beam in different directions in the combustion chamber 44.

そして、本実施形態では、レンズアレイ24、Qスイッチ式固体レーザ26、二焦点レンズは、ハウジングケース32に収容されている。ハウジングケース32の一方には、光ファイバ群22が導入されており、ハウジングケース32の他方側は、シリンダボア48の壁部に一体に固定されている。また、ハウジングケース32の他方側は、出射窓30によって燃焼室44内と隔離されている。   In the present embodiment, the lens array 24, the Q switch type solid-state laser 26, and the bifocal lens are accommodated in the housing case 32. The optical fiber group 22 is introduced into one side of the housing case 32, and the other side of the housing case 32 is integrally fixed to the wall portion of the cylinder bore 48. Further, the other side of the housing case 32 is isolated from the inside of the combustion chamber 44 by the emission window 30.

なお、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、マルチプリズム54から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させるようになっている。   When the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the laser controller 36 determines the number and position of condensing laser light emitted from the multi-prism 54 through the emission window 30 into the combustion chamber 44. A laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a, 20b, and 20c provided in the laser light source group 20 so as to be changed, and laser light is oscillated from this laser light source.

次に、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention will be described.

本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50では、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火数マップ36a及び点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, similarly to the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment, the EGR during the stratified operation detected based on the operation state detection signal. The ignition speed is determined from the relationship between the EGR rate and the engine speed during the stratified operation based on the rate, the engine speed, the torque and the engine speed during the stratified operation, and the ignition number map 36a and the ignition position map 36b. At the same time, the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させる。   Based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a, 20b, and 20c provided in the laser light source group 20, and this laser light source The laser beam is oscillated from.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源20aからレーザ光を発振させる。レーザ光源20aからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の周辺部のレンズ24aに入射され、このレンズ24aから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部からレンズ52aを介してマルチプリズム54の屈折面54aに向けてレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、マルチプリズム54の屈折面54aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of one-point ignition at the cylinder head 40 side position, laser light is oscillated from the laser light source 20a. When laser light is oscillated from the laser light source 20a, the laser light is incident on the lens 24a in the peripheral portion of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and the laser light emitted from the lens 24a is converted into a Q switch. The incident light is incident on the periphery of the solid state laser 26. As a result, the portion where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the peripheral portion of the Q-switch type solid-state laser 26 toward the refractive surface 54a of the multi-prism 54 through the lens 52a (oscillation pattern 1). ). Then, laser light is emitted from the refracting surface 54 a of the multi-prism 54 through the emission window 30 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、燃焼室44の中間位置での一点点火とする場合には、レーザ光源20bからレーザ光を発振させる。レーザ光源20bからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の中心付近のレンズ24bに入射され、このレンズ24bから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の中心付近からレンズ52bを介してマルチプリズム54の屈折面54bに向けてレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、マルチプリズム54の屈折面54bから出射窓30を介して燃焼室44の中間位置にレーザ光が出射され、燃焼室44の中間位置での一点点火となる。   Further, in the case of single point ignition at an intermediate position of the combustion chamber 44, laser light is oscillated from the laser light source 20b. When laser light is oscillated from the laser light source 20b, the laser light is incident on the lens 24b near the center of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and the laser light emitted from the lens 24b is Q-switched. Incident near the center of the solid-state laser 26. As a result, the portion where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the vicinity of the center of the Q-switched solid-state laser 26 toward the refractive surface 54b of the multi-prism 54 via the lens 52b (oscillation pattern 2). ). Then, laser light is emitted from the refracting surface 54 b of the multi-prism 54 through the emission window 30 to the intermediate position of the combustion chamber 44, and one-point ignition is performed at the intermediate position of the combustion chamber 44.

さらに、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源20cからレーザ光を発振させる。レーザ光源20cからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、光ファイバ群22を介してレンズアレイ24の周辺部のレンズ24cに入射され、このレンズ24cから出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部に入射される。これにより、このレーザ光が入射された個所が励起され、Qスイッチ式固体レーザ26の周辺部からレンズ52cを介してマルチプリズム54の屈折面54cに向けてレーザ光が発振される(発振パターン3)。そして、マルチプリズム54の屈折面54cから出射窓30を介して燃焼室44のピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火となる。   Further, when one-point ignition is performed at the position on the piston 42 side of the combustion chamber 44, laser light is oscillated from the laser light source 20c. When laser light is oscillated from the laser light source 20c, the laser light is incident on the lens 24c in the peripheral portion of the lens array 24 via the optical fiber group 22, and the laser light emitted from the lens 24c is converted into a Q switch. The incident light is incident on the periphery of the solid state laser 26. As a result, the portion where the laser beam is incident is excited, and the laser beam is oscillated from the peripheral portion of the Q-switch type solid-state laser 26 toward the refractive surface 54c of the multi-prism 54 via the lens 52c (oscillation pattern 3). ). Then, laser light is emitted from the refracting surface 54 c of the multi-prism 54 through the emission window 30 to the piston 42 side position of the combustion chamber 44, and one-point ignition is performed at the piston 42 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源20a,20b,20cのうちの二つからレーザ光を発振させ(発振パターン4〜6)、多点点火(三点点火)とする場合には、レーザ光源20a,20b,20cの全てからレーザ光を発振させる(発振パターン7)。   In the case of multipoint ignition (two-point ignition), laser light is oscillated from two of the laser light sources 20a, 20b, and 20c (oscillation patterns 4 to 6), and multipoint ignition (three-point ignition) is performed. In this case, laser light is oscillated from all of the laser light sources 20a, 20b, and 20c (oscillation pattern 7).

このように、本実施形態では、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することによりQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせてマルチプリズム54から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in this embodiment, the laser light source 20a, 20b, 20c provided in the laser light source group 20 is oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 by selecting a laser light source that oscillates the laser light. The condensing number and condensing position of the laser light emitted from the multi-prism 54 into the combustion chamber 44 are changed by changing the oscillation pattern of the laser light, and the ignition number and the ignition position are changed.

次に、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   As described above in detail, in the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, the ignition number. In order to change at least one of the ignition positions, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 20a, 20b, and 20c provided in the laser light source group 20, and the laser light is oscillated from the laser light source. Just good.

この構成によれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するために、燃焼室44内にレーザ光を出射する光学系(例えば本実施形態ではレンズ群52やマルチプリズム54など)を移動させる必要がない。従って、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。これにより、車両走行に伴う振動等の影響を受けずに点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することが可能となる。   According to this configuration, in order to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, at least one of the ignition number and the ignition position, It is not necessary to move the optical system (for example, the lens group 52 and the multi-prism 54 in this embodiment). Therefore, a mechanical moving mechanism for moving the optical system is not necessary. As a result, it is possible to change at least one of the number of ignitions and the ignition position without being affected by vibrations or the like accompanying traveling of the vehicle.

また、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50では、点火数を変更するためには、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、マルチプリズム54から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室44内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   In the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, in order to change the number of ignitions, laser light is emitted from a plurality of laser light sources 20a, 20b, and 20c provided in the laser light source group 20. Since it is only necessary to select a laser light source to oscillate and oscillate laser light from the laser light source, the number of condensing numbers of laser light emitted from the multi-prism 54 into the combustion chamber 44 can be precisely set. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 without the light energy in the combustion chamber 44 increasing rapidly.

さらに、マルチプリズム54から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Further, when changing the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism 54 into the combustion chamber 44, the laser light is oscillated from the plurality of laser light sources 20 a, 20 b, 20 c provided in the laser light source group 20. Since it is only necessary to select a laser light source and oscillate laser light from the laser light source, it is easy to change the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44.

また、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50では、マルチプリズム54に備えられた複数の屈折面54a,54b,54cによるレーザ光の屈折方向を自在に設定することができる。これにより、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, in the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, the direction of refraction of laser light by the plurality of refracting surfaces 54a, 54b, 54c provided in the multi-prism 54 can be freely set. . Thereby, when performing multipoint ignition, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50によれば、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、成層燃焼方式において内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, as in the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment, the combustion of the internal combustion engine in the stratified combustion system is performed on the vehicle. It becomes possible to keep the optimum state according to the driving situation. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50によれば、均質燃焼方式においても、ノッキングを効果的に抑制することができ、これにより、圧縮比をアップすることが可能となるので、エンジンの熱効率を高めることができる。また、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   Moreover, according to the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, knocking can be effectively suppressed even in the homogeneous combustion system, thereby increasing the compression ratio. Therefore, the thermal efficiency of the engine can be increased. In addition, since the number of ignitions can be reduced according to the operating conditions, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置50の変形例について説明する。   Next, a modification of the laser ignition device 50 for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20a,20b,20cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群20に備えられた複数のレーザ光源20,20b,20cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでQスイッチ式固体レーザ26から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせても良い。   Further, in the present embodiment, among the plurality of laser light sources 20a, 20b, and 20c provided in the laser light source group 20 so that the number of condensing of the laser light emitted into the combustion chamber 44 and the condensing position are changed. By selecting a laser light source that oscillates the laser light, the oscillation pattern of the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser 26 is varied. The Q-switched solid-state laser 26 oscillates by selecting a laser light source that oscillates laser light among the plurality of laser light sources 20, 20b, 20c provided in the laser light source group 20 so that at least one of the positions is changed. The oscillation pattern of the laser beam may be different.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

[第三実施形態]
次に、図7を参照しながら、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60について説明する。
[Third embodiment]
Next, a laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60は、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10のQスイッチ式固体レーザ26に代えてQスイッチ式固体レーザ62を備える構成となっている。従って、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60において、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同一の構成については同一の符号を用いることとしてその説明を省略する。   A laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention includes a Q switch type solid laser 62 instead of the Q switch type solid laser 26 of the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment. It has a configuration. Therefore, in the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the same configurations as the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment. Omitted.

本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60において、Qスイッチ式固体レーザ62は、光増幅媒体62aの両側に全反射鏡62b及び出射鏡62cを有する構成となっており、レンズアレイ24の各レンズ24a,24bから出射された各レーザ光が集光されると励起状態となってレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。このとき、Qスイッチ式固体レーザ62は、レンズアレイ24の各レンズ24a,24bから出射された各レーザ光の強度(つまり光エネルギ)分布に応じて発振特性が異なるようになっており、より具体的には、レンズアレイ24の各レンズ24a,24bから出射された各レーザ光の強度分布に応じてレーザ発振モードを変化させレーザ光の広がり角度を変更することができるように構成されている。   In the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, the Q switch type solid-state laser 62 has a total reflection mirror 62b and an emission mirror 62c on both sides of the optical amplification medium 62a, and a lens. When the laser beams emitted from the lenses 24 a and 24 b of the array 24 are condensed, the laser beam is oscillated to the bifocal lens 28 in an excited state. At this time, the Q-switched solid-state laser 62 has different oscillation characteristics depending on the intensity (that is, light energy) distribution of each laser beam emitted from each lens 24a, 24b of the lens array 24, and more specifically. Specifically, the laser oscillation mode is changed in accordance with the intensity distribution of each laser beam emitted from each lens 24a, 24b of the lens array 24, and the spread angle of the laser beam can be changed.

すなわち、レーザ光源群20から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ62が低次のモードで発振するように制御すれば、Qスイッチ式固体レーザ62から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。   In other words, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 62 oscillates in a low-order mode, the Q-switched solid-state laser 62 and the bifocal lens 28 Laser light with a narrow spread angle is oscillated toward the center region 28a (oscillation pattern 1).

また、レーザ光源群20から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ62が高次のモードで発振するように制御すれば、二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。なお、発振パターンは、広がり角度の広い場合と狭い場合の二種類に限られるものではなく、レーザ光源群20から発振された各レーザ光の強度分布に応じて連続的に変化するものである。   Further, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 62 oscillates in a higher order mode, the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 are obtained. A laser beam with a wide spread angle is oscillated toward (oscillation pattern 2). Note that the oscillation pattern is not limited to two types of cases where the spread angle is wide and narrow, but continuously changes according to the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20.

このように、本実施形態のQスイッチ式固体レーザ62は、レンズアレイ24から出射された各レーザ光の強度分布に応じて複数の異なる発振パターンのレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。   As described above, the Q-switch type solid-state laser 62 of the present embodiment oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns to the bifocal lens 28 in accordance with the intensity distribution of each laser beam emitted from the lens array 24. It has become.

なお、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、マルチプリズムから出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20から発振されるレーザ光の強度分布を制御するようになっている。   When the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the number and position of condensing laser light emitted from the multi-prism through the exit window 30 into the combustion chamber 44 are changed. As described above, the intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 20 is controlled.

次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention will be described.

本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60では、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火数マップ36a及び点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the internal combustion engine laser ignition device 60 according to the third embodiment of the present invention, as in the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment, the EGR during the stratified operation detected based on the operation state detection signal. The ignition speed is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed based on the engine speed, engine speed, torque during stratified operation and engine speed, and the ignition number map 36a and ignition position map 36b. At the same time, the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群20から発振されるレーザ光の強度分布を制御する。   Then, the intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 20 is controlled based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源群20から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ62が低次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群20から光ファイバ群22及びレンズアレイ24を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ62に入射され、Qスイッチ式固体レーザ62から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, when one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position, the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 62 oscillates in a low-order mode. . As a result, the laser light emitted from the laser light source group 20 through the optical fiber group 22 and the lens array 24 is incident on the Q-switched solid-state laser 62, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 62. Laser light having a narrow spread angle is oscillated toward 28a (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the center region 28 a of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源群20から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ62が高次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群20から光ファイバ群22及びレンズアレイ24を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ62に入射され、Qスイッチ式固体レーザ62から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置での二点点火となる。   In the case of multipoint ignition (two-point ignition), the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 62 oscillates in a higher order mode. As a result, the laser light emitted from the laser light source group 20 through the optical fiber group 22 and the lens array 24 is incident on the Q-switched solid-state laser 62, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 62. Laser light having a wide spread angle is oscillated toward 28a and the peripheral region 28b (oscillation pattern 2). Laser light is emitted from the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position and the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and the combustion chamber 44 side of the combustion chamber 44 is located on the cylinder head 40 side. Two-point ignition is performed at the position and the position on the piston 42 side.

このように、本実施形態では、レーザ光源群20からのレーザ光の強度分布を制御することによりQスイッチ式固体レーザ62から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in this embodiment, by controlling the intensity distribution of the laser light from the laser light source group 20, the oscillation pattern of the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser 62 is varied to burn from the bifocal lens 28. The number of condensings and the condensing position of the laser light emitted into the chamber 44 are changed, and the number of ignitions and the ignition position are changed.

次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群20からの各レーザ光の強度分布を制御するだけで良い。   As described above in detail, in the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, the ignition number. In order to change at least one of the ignition position, it is only necessary to control the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 20.

この構成によれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するために、燃焼室44内にレーザ光を出射する光学系(例えば本実施形態では二焦点レンズ28など)を移動させる必要がない。従って、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。これにより、車両走行に伴う振動等の影響を受けずに点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することが可能となる。   According to this configuration, in order to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, at least one of the ignition number and the ignition position, It is not necessary to move an optical system that emits light (for example, the bifocal lens 28 in this embodiment). Therefore, a mechanical moving mechanism for moving the optical system is not necessary. As a result, it is possible to change at least one of the number of ignitions and the ignition position without being affected by vibrations or the like accompanying traveling of the vehicle.

また、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60では、点火数を変更するためには、レーザ光源群20からの各レーザ光の強度分布を制御するだけで良いので、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室44内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Further, in the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, in order to change the number of ignitions, it is only necessary to control the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 20. The number of condensing laser beams emitted from the focus lens 28 into the combustion chamber 44 can be precisely set. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 without the light energy in the combustion chamber 44 increasing rapidly.

このように、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群20からの各レーザ光の強度分布を制御するだけで良いので、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Thus, even when the condensing position of the laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 is changed, it is only necessary to control the intensity distribution of each laser light from the laser light source group 20. The condensing position of the laser beam emitted into the combustion chamber 44 can be easily changed.

また、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60では、二焦点レンズ28の中心領域28aの焦点距離と周辺領域28bの焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   In the internal combustion engine laser ignition device 60 according to the third embodiment of the present invention, the focal length of the central region 28a and the focal length of the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 can be freely set. When performing point ignition, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60によれば、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、成層燃焼方式において内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, as with the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment, the combustion of the internal combustion engine in the stratified combustion system is performed on the vehicle. It becomes possible to keep the optimum state according to the driving situation. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60によれば、均質燃焼方式においても、ノッキングを効果的に抑制することができ、これにより、圧縮比をアップすることが可能となるので、エンジンの熱効率を高めることができる。また、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   In addition, according to the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention, knocking can be effectively suppressed even in the homogeneous combustion system, thereby increasing the compression ratio. Therefore, the thermal efficiency of the engine can be increased. In addition, since the number of ignitions can be reduced according to the operating conditions, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置60の変形例について説明する。   Next, a modification of the laser ignition device 60 for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群20から発振される各レーザ光の強度分布を制御してQスイッチ式固体レーザ62から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群20から発振される各レーザ光の強度分布を制御してQスイッチ式固体レーザ62から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせても良い。   Further, in the present embodiment, the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 20 is controlled so that the number and position of condensing of the laser beam emitted into the combustion chamber 44 are changed, and Q Although the oscillation pattern of the laser light oscillated from the switch type solid-state laser 62 is varied, the laser light source group so that at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 is changed. The intensity distribution of each laser beam oscillated from 20 may be controlled to vary the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the Q switch type solid state laser 62.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

[第四実施形態]
次に、図8,図9を参照しながら、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70は、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10のレーザ光発振部12に代えてレーザ光発振部72を備える構成となっている。従って、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70において、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同一の構成については同一の符号を用いることとしてその説明を省略する。   The internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment of the present invention includes a laser light oscillation unit 72 instead of the laser light oscillation unit 12 of the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment. It has become. Accordingly, in the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment of the present invention, the same components as those in the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment will be described using the same reference numerals. Omitted.

本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70において、レーザ光発振部72は、後に詳述するようにレーザ光出射部14に複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振するものであり、レーザ光源群73と、レンズアレイ74と、光ファイバ群75と、Qスイッチ式固体レーザ76と、外部鏡77と、を有して構成されている。   In the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention, the laser beam oscillation unit 72 oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns on the laser beam emission unit 14 as will be described in detail later. And a laser light source group 73, a lens array 74, an optical fiber group 75, a Q-switched solid-state laser 76, and an external mirror 77.

レーザ光源群73は、複数のレーザ光源73a,73b(例えば中心に1個のレーザ光源73a、その周囲に5個のレーザ光源73b)を備えた構成となっている。各レーザ光源73a,73bは、レーザ制御装置36によって独立して制御されることによりそれぞれレーザ光を発振可能な構成となっている。   The laser light source group 73 includes a plurality of laser light sources 73a and 73b (for example, one laser light source 73a at the center and five laser light sources 73b around the laser light source 73b). Each of the laser light sources 73a and 73b is configured to be able to oscillate laser light by being independently controlled by the laser controller 36.

レンズアレイ74は、レーザ光源群73から出射された各レーザ光が入射される複数のレンズ74a,74b(例えば中心に1個のレンズ74a、その周囲に5個のレンズ74b)を備えている。この各レンズ74a,74bは、レーザ光源群73から出射された各レーザ光を集光して光ファイバ群75の各光ファイバ75a,75bに出射するようになっている。   The lens array 74 includes a plurality of lenses 74a and 74b (for example, one lens 74a at the center and five lenses 74b around it) to which each laser beam emitted from the laser light source group 73 is incident. The lenses 74 a and 74 b collect the laser light emitted from the laser light source group 73 and emit the condensed laser light to the optical fibers 75 a and 75 b of the optical fiber group 75.

光ファイバ群75は、レンズアレイ74から出射された各レーザ光を導く複数の光ファイバ75a,75bを備えている。各光ファイバ75a,75bは、対応するレンズ74a,74bから発振されたレーザ光を図9に示されるようにQスイッチ式固体レーザ76の表面76dに導いて出射するようになっている。なお、光ファイバ75a,75bの先端には投光用の光学系が必要となるが図8、図9には示していない。   The optical fiber group 75 includes a plurality of optical fibers 75 a and 75 b that guide each laser beam emitted from the lens array 74. Each optical fiber 75a, 75b guides and emits the laser light oscillated from the corresponding lens 74a, 74b to the surface 76d of the Q-switch type solid laser 76 as shown in FIG. Note that an optical system for light projection is required at the ends of the optical fibers 75a and 75b, but these are not shown in FIGS.

Qスイッチ式固体レーザ76は、光増幅媒体76a、全反射鏡76b、冷却機構76cを有する構成となっており、光ファイバ群75を介してレンズアレイ74の各レンズ74a,74bから出射された各レーザ光が集光されると励起状態となってレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。このとき、Qスイッチ式固体レーザ76は、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度(つまり光エネルギ)分布に応じて発振特性が異なるようになっており、より具体的には、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度分布に応じてレーザ発振モードを変化させレーザ光の広がり角度を変更することができるように構成されている。   The Q switch type solid state laser 76 has a configuration including an optical amplifying medium 76 a, a total reflection mirror 76 b, and a cooling mechanism 76 c. Each of the Q switch type solid state lasers 76 emitted from the lenses 74 a and 74 b of the lens array 74 via the optical fiber group 75 is provided. When the laser beam is condensed, the laser beam is oscillated to the bifocal lens 28 in an excited state. At this time, the Q-switch type solid-state laser 76 has different oscillation characteristics according to the intensity (that is, light energy) distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73. More specifically, The laser oscillation mode is changed in accordance with the intensity distribution of each laser beam oscillated from the light source group 73, and the spread angle of the laser beam can be changed.

すなわち、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ76が低次のモードで発振するように制御すれば、Qスイッチ式固体レーザ76から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。   That is, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 76 oscillates in a low-order mode, the Q-switched solid-state laser 76 can change the intensity of the bifocal lens 28. Laser light with a narrow spread angle is oscillated toward the center region 28a (oscillation pattern 1).

また、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ76が高次のモードで発振するように制御すれば、Qスイッチ式固体レーザ76から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。なお、発振パターンは、広がり角度の広い場合と狭い場合の二種類に限られるものではなく、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度分布に応じて連続的に変化するものである。   Further, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 76 oscillates in a high-order mode, the Q-switched solid-state laser 76 and the bifocal lens 28 Laser light with a wide spread angle is oscillated toward the central region 28a and the peripheral region 28b (oscillation pattern 2). The oscillation pattern is not limited to two types of cases where the spread angle is wide and narrow, but continuously changes depending on the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73.

このように、本実施形態のQスイッチ式固体レーザ76は、レーザ光源群73から発振された各レーザ光の強度分布に応じて複数の異なる発振パターンのレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。   As described above, the Q-switched solid-state laser 76 of the present embodiment oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns to the bifocal lens 28 in accordance with the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73. It has become.

なお、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、二焦点レンズ28から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群73から発振されるレーザ光の強度分布を制御するようになっている。   When the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the number and position of condensing laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 through the emission window 30. The intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that is changed.

また、Qスイッチ式固体レーザ76において、光増幅媒体76aの冷却は誘電体多層膜(或いは金属膜)等により構成される全反射鏡76bを介して行われる。   In the Q-switched solid-state laser 76, the optical amplifying medium 76a is cooled via a total reflection mirror 76b composed of a dielectric multilayer film (or metal film) or the like.

次に、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70では、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火数マップ36a及び点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment of the present invention, as in the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment, the EGR during the stratified operation detected based on the operation state detection signal. The ignition speed is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed based on the engine speed, engine speed, torque during stratified operation and engine speed, and the ignition number map 36a and ignition position map 36b. At the same time, the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群73から発振されるレーザ光の強度分布を制御する。   The intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 73 is controlled based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源群73から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ76が低次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群73から光ファイバ群75及びレンズアレイ74を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ76に入射され、Qスイッチ式固体レーザ76から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, when one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position, the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 76 oscillates in a low-order mode. . As a result, the laser light emitted from the laser light source group 73 through the optical fiber group 75 and the lens array 74 is incident on the Q-switched solid-state laser 76, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 76. Laser light having a narrow spread angle is oscillated toward 28a (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the center region 28 a of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源群73から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ76が高次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群73から光ファイバ群75及びレンズアレイ74を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ76に入射され、Qスイッチ式固体レーザ76から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置での二点点火となる。   In the case of multi-point ignition (two-point ignition), the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 76 oscillates in a higher order mode. As a result, the laser light emitted from the laser light source group 73 through the optical fiber group 75 and the lens array 74 is incident on the Q-switched solid-state laser 76, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 76. Laser light having a wide spread angle is oscillated toward 28a and the peripheral region 28b (oscillation pattern 2). Laser light is emitted from the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position and the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and the combustion chamber 44 side of the combustion chamber 44 is located on the cylinder head 40 side. Two-point ignition is performed at the position and the position on the piston 42 side.

このように、本実施形態では、レーザ光源群73からの各レーザ光の強度分布を制御することによりQスイッチ式固体レーザ76から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in the present embodiment, by controlling the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 73, the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the Q switch type solid-state laser 76 is made different from the bifocal lens 28. The condensing number and condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are changed, and the ignition number and the ignition position are changed.

次に、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群73からの各レーザ光の強度分布を制御するだけで良い。   As described above in detail, in the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention, at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, the ignition number. In order to change at least one of the ignition position, it is only necessary to control the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 73.

この構成によれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するために、燃焼室44内にレーザ光を出射する光学系(例えば本実施形態では二焦点レンズ28など)を移動させる必要がない。従って、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。これにより、車両走行に伴う振動等の影響を受けずに点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することが可能となる。   According to this configuration, in order to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, at least one of the ignition number and the ignition position, It is not necessary to move an optical system that emits light (for example, the bifocal lens 28 in this embodiment). Therefore, a mechanical moving mechanism for moving the optical system is not necessary. As a result, it is possible to change at least one of the number of ignitions and the ignition position without being affected by vibrations or the like accompanying traveling of the vehicle.

また、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70では、点火数を変更するためには、レーザ光源群73からの各レーザ光の強度分布を制御するだけで良いので、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室44内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Further, in the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention, in order to change the number of ignition, it is only necessary to control the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 73. The number of condensing laser beams emitted from the focus lens 28 into the combustion chamber 44 can be precisely set. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 without the light energy in the combustion chamber 44 increasing rapidly.

このように、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群73からのレーザ光の強度分布を制御するだけで良いので、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Thus, even when the condensing position of the laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 is changed, it is only necessary to control the intensity distribution of the laser light from the laser light source group 73. The condensing position of the laser beam emitted into the chamber 44 can be easily changed.

また、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70では、二焦点レンズ28の中心領域28aの焦点距離と周辺領域28bの焦点距離とは自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, in the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention, the focal length of the central region 28a and the focal length of the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 can be freely set. When performing point ignition, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70によれば、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、成層燃焼方式において内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, according to the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment of the present invention, as in the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment, the combustion of the internal combustion engine in the stratified combustion system is performed on the vehicle. It becomes possible to keep the optimum state according to the driving situation. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70によれば、均質燃焼方式においても、ノッキングを効果的に抑制することができ、これにより、圧縮比をアップすることが可能となるので、エンジンの熱効率を高めることができる。また、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 70 for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention, knocking can be effectively suppressed even in the homogeneous combustion system, and thereby the compression ratio can be increased. Therefore, the thermal efficiency of the engine can be increased. In addition, since the number of ignitions can be reduced according to the operating conditions, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70の変形例について説明する。   Next, a modification of the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群73から発振される各レーザ光の強度分布を制御してQスイッチ式固体レーザ76から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群73から発振される各レーザ光の強度分布を制御してQスイッチ式固体レーザ76から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせても良い。   Further, in the present embodiment, the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 73 is controlled so that the number and position of condensing of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are changed, and Q Although the oscillation pattern of the laser light oscillated from the switch type solid-state laser 76 is made different, the laser light source group so that at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 is changed. The intensity distribution of each laser beam oscillated from 73 may be controlled to vary the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the Q switch type solid state laser 76.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

[第五実施形態]
次に、図10,図11を参照しながら、本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80について説明する。
[Fifth embodiment]
Next, a laser ignition device 80 for an internal combustion engine according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80は、上記第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70のレーザ光発振部72に代えてレーザ光発振部82を備える構成となっている。従って、本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80において、上記第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70と同一の構成については同一の符号を用いることとしてその説明を省略する。   The internal combustion engine laser ignition device 80 according to the fifth embodiment of the present invention includes a laser light oscillation unit 82 instead of the laser light oscillation unit 72 of the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment. It has become. Accordingly, in the internal combustion engine laser ignition device 80 according to the fifth embodiment of the present invention, the same components as those in the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment will be described using the same reference numerals. Omitted.

本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80において、レーザ光発振部82は、後に詳述するように二焦点レンズ28に複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振するものであり、レーザ光源群83と、レンズアレイ84と、光ファイバ群85と、Qスイッチ式固体レーザ86と、を有して構成されている。   In the laser ignition device 80 for an internal combustion engine according to the fifth embodiment of the present invention, the laser beam oscillator 82 oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns on the bifocal lens 28 as will be described in detail later. The laser light source group 83, the lens array 84, the optical fiber group 85, and the Q switch type solid state laser 86 are configured.

レーザ光源群83は、複数のレーザ光源83a(例えば周方向に12個)を備えた構成となっている。各レーザ光源83aは、レーザ制御装置36によって独立して制御されることによりそれぞれレーザ光を発振可能な構成となっている。   The laser light source group 83 includes a plurality of laser light sources 83a (for example, 12 in the circumferential direction). Each laser light source 83a is configured to be able to oscillate laser light by being independently controlled by the laser control device 36.

レンズアレイ84は、レーザ光源群83から出射された各レーザ光が入射される複数のレンズ84a(例えば周方向に12個)を備えている。この各レンズ84aは、レーザ光源群83から出射された各レーザ光を集光して光ファイバ群85の各光ファイバ85aに出射するようになっている。   The lens array 84 includes a plurality of lenses 84a (for example, twelve in the circumferential direction) on which each laser beam emitted from the laser light source group 83 is incident. Each lens 84 a condenses each laser beam emitted from the laser light source group 83 and emits it to each optical fiber 85 a of the optical fiber group 85.

光ファイバ群85は、レンズアレイ84から出射された各レーザ光を導く複数の光ファイバ85a(12本)を備えている。各光ファイバ85aは、対応するレンズ84aから発振されたレーザ光を図11に示されるようにQスイッチ式固体レーザ86の側面86eに導いて出射するようになっている。なお、光ファイバ85aの先端には投光用の光学系が必要となるが図10、図11には示していない。   The optical fiber group 85 includes a plurality of optical fibers 85 a (12 fibers) that guide each laser beam emitted from the lens array 84. Each optical fiber 85a guides and emits the laser light oscillated from the corresponding lens 84a to the side surface 86e of the Q-switch type solid state laser 86 as shown in FIG. Note that a light projecting optical system is required at the tip of the optical fiber 85a, which is not shown in FIGS.

Qスイッチ式固体レーザ86は、光増幅媒体86a、全反射鏡86b、冷却機構86c、出射鏡86dを有する構成となっており、光ファイバ群85を介してレンズアレイ84の各レンズ84aから出射された各レーザ光が集光されると励起状態となってレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。このとき、Qスイッチ式固体レーザ86は、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度(つまり光エネルギ)分布に応じて発振特性が異なるようになっており、より具体的には、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度分布に応じてレーザ発振モードを変化させレーザ光の広がり角度を変更することができるように構成されている。   The Q-switched solid-state laser 86 has a configuration including an optical amplification medium 86a, a total reflection mirror 86b, a cooling mechanism 86c, and an output mirror 86d, and is emitted from each lens 84a of the lens array 84 via the optical fiber group 85. When each laser beam is condensed, the laser beam is oscillated to the bifocal lens 28 in an excited state. At this time, the Q-switched solid-state laser 86 has different oscillation characteristics according to the intensity (that is, light energy) distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83. More specifically, The laser oscillation mode is changed in accordance with the intensity distribution of each laser beam oscillated from the light source group 83, and the spread angle of the laser beam can be changed.

すなわち、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ86が低次のモードで発振するように制御すれば、Qスイッチ式固体レーザ86から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。   That is, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 86 oscillates in a low-order mode, the Q-switched solid-state laser 86 to the bifocal lens 28 Laser light with a narrow spread angle is oscillated toward the center region 28a (oscillation pattern 1).

また、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度分布を、Qスイッチ式固体レーザ86が高次のモードで発振するように制御すれば、Qスイッチ式固体レーザ86から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。なお、発振パターンは、広がり角度の広い場合と狭い場合の二種類に限られるものではなく、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度分布に応じて連続的に変化するものである。   Further, if the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 86 oscillates in a higher order mode, the Q-switched solid-state laser 86 to the bifocal lens 28 Laser light with a wide spread angle is oscillated toward the central region 28a and the peripheral region 28b (oscillation pattern 2). The oscillation pattern is not limited to the two types of cases where the spread angle is wide and narrow, but continuously changes according to the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83.

このように、本実施形態のQスイッチ式固体レーザ86は、レーザ光源群83から発振された各レーザ光の強度分布に応じて複数の異なる発振パターンのレーザ光を二焦点レンズ28に発振するようになっている。   As described above, the Q-switched solid-state laser 86 according to the present embodiment oscillates laser beams having a plurality of different oscillation patterns to the bifocal lens 28 according to the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83. It has become.

なお、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、二焦点レンズ28から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群83から発振されるレーザ光の強度分布を制御するようになっている。   When the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the number and position of condensing laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 through the emission window 30. The intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 83 is controlled so that is changed.

また、Qスイッチ式固体レーザ86において、光増幅媒体86aの冷却は誘電体多層膜(或いは金属膜)等により構成される全反射鏡86bを介して行われる。   In the Q-switched solid-state laser 86, the optical amplifying medium 86a is cooled through a total reflection mirror 86b composed of a dielectric multilayer film (or metal film).

次に、本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 80 for an internal combustion engine according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80では、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火数マップ36a及び点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。そして、この決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群83から発振されるレーザ光の強度分布を制御する。   In the internal combustion engine laser ignition device 80 according to the fifth embodiment of the present invention, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation detected based on the operating condition detection signal, and the ignition Based on the number map 36a and the ignition position map 36b, the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the ignition position is determined from the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. To do. Based on the determined number of ignitions and ignition position, the intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source group 83 is controlled.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源群83から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ86が低次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群83から光ファイバ群85及びレンズアレイ84を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ86に入射され、Qスイッチ式固体レーザ86から二焦点レンズ28の中心領域28aに向けて広がり角度の狭いレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, when one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position, the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 86 oscillates in a low-order mode. . As a result, the laser light emitted from the laser light source group 83 through the optical fiber group 85 and the lens array 84 is incident on the Q-switched solid-state laser 86, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 86. Laser light having a narrow spread angle is oscillated toward 28a (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the center region 28 a of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源群83から発振する各レーザ光の強度分布をQスイッチ式固体レーザ86が高次のモードで発振するように制御する。これにより、レーザ光源群83から光ファイバ群85及びレンズアレイ84を介して出射されたレーザ光は、Qスイッチ式固体レーザ86に入射され、Qスイッチ式固体レーザ86から二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bに向けて広がり角度の広いレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、二焦点レンズ28の中心領域28a及び周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置での二点点火となる。   In the case of multi-point ignition (two-point ignition), the intensity distribution of each laser beam oscillated from the laser light source group 83 is controlled so that the Q-switched solid-state laser 86 oscillates in a higher order mode. As a result, the laser light emitted from the laser light source group 83 through the optical fiber group 85 and the lens array 84 is incident on the Q-switched solid-state laser 86, and the central region of the bifocal lens 28 from the Q-switched solid-state laser 86. Laser light having a wide spread angle is oscillated toward 28a and the peripheral region 28b (oscillation pattern 2). Laser light is emitted from the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position and the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and the combustion chamber 44 side of the combustion chamber 44 is located on the cylinder head 40 side. Two-point ignition is performed at the position and the position on the piston 42 side.

このように、本実施形態では、レーザ光源群83からの各レーザ光の強度分布を制御することによりQスイッチ式固体レーザ86から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in the present embodiment, by controlling the intensity distribution of each laser beam from the laser light source group 83, the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser 86 is made different from the bifocal lens 28. The condensing number and condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are changed, and the ignition number and the ignition position are changed.

なお、本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80の作用及び効果、変形例は上述の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70の作用及び効果、変形例と同様である。従って、本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置80の作用及び効果、変形例については、上記第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置70についての説明を参照することとしてその説明を省略する。   The operation, effect, and modification of the internal combustion engine laser ignition device 80 according to the fifth embodiment of the present invention are the same as the operation, effect, and modification of the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the above-described fourth embodiment. It is. Therefore, for the operation, effect, and modification of the internal combustion engine laser ignition device 80 according to the fifth embodiment of the present invention, refer to the description of the internal combustion engine laser ignition device 70 according to the fourth embodiment. The description is omitted.

[第六実施形態]
次に、図12を参照しながら、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90について説明する。
[Sixth embodiment]
Next, a laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90は、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10のレーザ光発振部12及びレーザ光出射部14に代えてレーザ光発振部92及びレーザ光出射部94を備える構成となっている。従って、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90において、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同一の構成については同一の符号を用いることとしてその説明を省略する。   A laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to a sixth embodiment of the present invention is a laser light oscillation instead of the laser light oscillation unit 12 and the laser light emission unit 14 of the laser ignition device 10 for an internal combustion engine according to the first embodiment. The unit 92 and the laser beam emitting unit 94 are provided. Therefore, in the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, the same components as those in the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be made. Omitted.

本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90において、レーザ光発振部92は、レーザ光源群95とファイバレーザ群96を有して構成されている。レーザ光源群95は、レーザ光を発振可能な複数のレーザ光源95a,95b,95cを備えた構成となっており、ファイバレーザ群96はレーザ光源群95から発振された各レーザ光が入射される複数のQスイッチ式ファイバレーザ96a,96b,96cを備えた構成となっている。この複数のQスイッチ式ファイバレーザ96a,96b,96cは、各レーザ光によって励起されてレーザ光を発振するようになっている。   In the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, the laser light oscillation unit 92 includes a laser light source group 95 and a fiber laser group 96. The laser light source group 95 includes a plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c that can oscillate laser light. The fiber laser group 96 receives each laser light oscillated from the laser light source group 95. A plurality of Q-switch type fiber lasers 96a, 96b, and 96c are provided. The plurality of Q-switch type fiber lasers 96a, 96b, and 96c are excited by each laser beam to oscillate the laser beam.

レーザ光出射部94は、複数の出射光学系97a,97b,97cと出射窓30を有して構成されている。各出射光学系97a,97b,97cは、レンズやプリズムを備えた構成となっており、各Qスイッチ式ファイバレーザ96a,96b,96cから発振された各レーザ光が入射されると共に各レーザ光を集光又は偏向しながら燃焼室44内に集光するようになっている。   The laser beam emitting section 94 is configured to include a plurality of emission optical systems 97a, 97b, 97c and an emission window 30. Each of the emission optical systems 97a, 97b, and 97c includes a lens and a prism, and each laser beam oscillated from each Q-switch type fiber laser 96a, 96b, and 96c is incident and each laser beam is received. The light is condensed or deflected in the combustion chamber 44.

そして、本実施形態では、レーザ光出射部94の各出射光学系97a,97b,97cは、ハウジングケース32に収容されている。ハウジングケース32内には、各Qスイッチ式ファイバレーザ96a,96b,96cが導入されており、ハウジングケース32の出射側は、シリンダヘッド40の壁部に一体に固定されている。また、ハウジングケース32の他方側は、出射窓30によって燃焼室44内と隔離されている。   In the present embodiment, the respective emission optical systems 97 a, 97 b, 97 c of the laser beam emission portion 94 are accommodated in the housing case 32. The Q-switch type fiber lasers 96 a, 96 b, 96 c are introduced into the housing case 32, and the emission side of the housing case 32 is integrally fixed to the wall portion of the cylinder head 40. Further, the other side of the housing case 32 is isolated from the inside of the combustion chamber 44 by the emission window 30.

なお、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、各出射光学系97a,97b,97cから出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させるようになっている。   When the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the laser controller 36 condenses the laser light emitted from the emission optical systems 97a, 97b, and 97c into the combustion chamber 44 through the emission window 30. The laser light source that oscillates the laser light is selected from the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95 so that the number and the condensing position are changed, and the laser light is oscillated from the laser light source. It is like that.

次に、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90では、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火数マップ36a及び点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the internal combustion engine laser ignition device 90 according to the sixth embodiment of the present invention, as in the internal combustion engine laser ignition device 10 according to the first embodiment, the EGR during the stratified operation detected based on the operation state detection signal. The ignition speed is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed based on the engine speed, engine speed, torque during stratified operation and engine speed, and the ignition number map 36a and ignition position map 36b. At the same time, the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいてレーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択し、このレーザ光源からレーザ光を発振させる。   Based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95. The laser beam is oscillated from.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源95aからレーザ光を発振させる。レーザ光源95aからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、Qスイッチ式ファイバレーザ96aに入射される。これにより、このレーザ光が入射されたQスイッチ式ファイバレーザ96aが励起され、Qスイッチ式ファイバレーザ96aから出射光学系97aに向けてレーザ光が発振される(発振パターン1)。そして、出射光学系97aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of single point ignition at the cylinder head 40 side position, laser light is oscillated from the laser light source 95a. When laser light is oscillated from the laser light source 95a, this laser light is incident on the Q-switch type fiber laser 96a. As a result, the Q-switched fiber laser 96a to which the laser light is incident is excited, and the laser light is oscillated from the Q-switched fiber laser 96a toward the emission optical system 97a (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the emission optical system 97 a to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、燃焼室44の中間位置での一点点火とする場合には、レーザ光源95bからレーザ光を発振させる。レーザ光源95bからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、Qスイッチ式ファイバレーザ96bに入射される。これにより、このレーザ光が入射されたQスイッチ式ファイバレーザ96bが励起され、Qスイッチ式ファイバレーザ96bから出射光学系97bに向けてレーザ光が発振される(発振パターン2)。そして、出射光学系97bから出射窓30を介して燃焼室44の中間位置にレーザ光が出射され、燃焼室44の中間位置での一点点火となる。   Further, in the case of single point ignition at an intermediate position of the combustion chamber 44, laser light is oscillated from the laser light source 95b. When laser light is oscillated from the laser light source 95b, this laser light is incident on the Q-switch type fiber laser 96b. As a result, the Q-switched fiber laser 96b to which the laser light is incident is excited, and the laser light is oscillated from the Q-switched fiber laser 96b toward the emission optical system 97b (oscillation pattern 2). Then, laser light is emitted from the emission optical system 97 b to the intermediate position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the intermediate position of the combustion chamber 44.

さらに、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火とする場合には、レーザ光源95cからレーザ光を発振させる。レーザ光源95cからレーザ光が発振されると、このレーザ光は、Qスイッチ式ファイバレーザ96cに入射される。これにより、このレーザ光が入射されたQスイッチ式ファイバレーザ96cが励起され、Qスイッチ式ファイバレーザ96cから出射光学系97cに向けてレーザ光が発振される(発振パターン3)。そして、出射光学系97cからから出射窓30を介して燃焼室44のピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火となる。   Further, when one-point ignition is performed at the position on the piston 42 side of the combustion chamber 44, laser light is oscillated from the laser light source 95c. When laser light is oscillated from the laser light source 95c, this laser light is incident on the Q-switch type fiber laser 96c. As a result, the Q-switched fiber laser 96c to which the laser light is incident is excited, and the laser light is oscillated from the Q-switched fiber laser 96c toward the emission optical system 97c (oscillation pattern 3). Then, laser light is emitted from the emission optical system 97 c to the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the piston 42 side position of the combustion chamber 44.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、レーザ光源95a,95b,95cのうちの二つからレーザ光を発振させ(発振パターン4〜6)、多点点火(三点点火)とする場合には、レーザ光源95a,95b,95cの全てからレーザ光を発振させる(発振パターン7)。   In the case of multipoint ignition (two-point ignition), laser light is oscillated from two of the laser light sources 95a, 95b, and 95c (oscillation patterns 4 to 6), and multipoint ignition (three-point ignition) is performed. In this case, laser light is oscillated from all of the laser light sources 95a, 95b, and 95c (oscillation pattern 7).

このように、本実施形態では、レーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することによりファイバレーザ群96から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて各出射光学系97a,97b,97cから燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。また、各Qスイッチ式ファイバレーザ96a,96b,96cは、レンズやプリズムを備えた出射光学系97a,97b,97cを有しており、レーザ光を燃焼室内の任意の場所に偏向させつつ集光させることができる。   As described above, in the present embodiment, the laser light oscillated from the fiber laser group 96 by selecting the laser light source that oscillates the laser light among the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95. By changing the oscillation patterns, the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the respective emitting optical systems 97a, 97b, 97c into the combustion chamber 44 are changed, and the number of ignitions and the ignition position are changed. Each of the Q-switch type fiber lasers 96a, 96b, and 96c has emission optical systems 97a, 97b, and 97c including lenses and prisms, and collects light while deflecting the laser light to an arbitrary place in the combustion chamber. Can be made.

次に、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するためには、レーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良い。   As described above in detail, in the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, the ignition number. In order to change at least one of the ignition position, a laser light source that oscillates laser light is selected from the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95, and the laser light is oscillated from the laser light source. Just good.

この構成によれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方、すなわち点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更するために、燃焼室44内にレーザ光を出射する光学系(例えば本実施形態では出射光学系97a,97b,97cなど)を移動させる必要がない。従って、光学系を移動させるための機械的な移動機構が不要となる。これにより、車両走行に伴う振動等の影響を受けずに点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することが可能となる。   According to this configuration, in order to change at least one of the condensing number and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44, that is, at least one of the ignition number and the ignition position, It is not necessary to move the optical system that emits light (for example, in this embodiment, the outgoing optical systems 97a, 97b, and 97c). Therefore, a mechanical moving mechanism for moving the optical system is not necessary. As a result, it is possible to change at least one of the number of ignitions and the ignition position without being affected by vibrations or the like accompanying traveling of the vehicle.

また、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90では、点火数を変更するためには、レーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、各出射光学系97a,97b,97cから燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数の緻密な設定ができる。これにより、燃焼室44内の光エネルギが急激に増大することなく、燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数を変更することが可能となる。   Further, in the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, in order to change the number of ignitions, laser light is emitted from a plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95. Since it is only necessary to select a laser light source to oscillate and oscillate the laser light from the laser light source, it is possible to precisely set the number of condensing laser beams emitted from the respective emission optical systems 97a, 97b, 97c into the combustion chamber 44. it can. Thereby, it is possible to change the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 without the light energy in the combustion chamber 44 increasing rapidly.

さらに、各出射光学系97a,97b,97cから燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更する場合にも、レーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cからレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させるだけで良いので、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置の変更が容易である。   Further, when changing the condensing position of the laser light emitted from the respective emission optical systems 97a, 97b, 97c into the combustion chamber 44, a plurality of laser light sources 95a, 95b, 95c provided in the laser light source group 95 are also provided. Therefore, it is only necessary to select a laser light source that oscillates laser light and oscillate the laser light from the laser light source.

また、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90では、各出射光学系97a,97b,97cの集光位置又は偏向角度は自在に設定することができるので、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   Further, in the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, the condensing position or deflection angle of each of the emission optical systems 97a, 97b, 97c can be freely set, so that multipoint ignition is performed. In this case, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90によれば、上記第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置10と同様に、成層燃焼方式において内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, as in the laser ignition device 10 for the internal combustion engine according to the first embodiment, the combustion of the internal combustion engine is performed in the stratified combustion system. It becomes possible to keep the optimum state according to the driving situation. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90によれば、均質燃焼方式においても、ノッキングを効果的に抑制することができ、これにより、圧縮比をアップすることが可能となるので、エンジンの熱効率を高めることができる。また、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention, knocking can be effectively suppressed even in the homogeneous combustion system, and thereby the compression ratio can be increased. Therefore, the thermal efficiency of the engine can be increased. In addition, since the number of ignitions can be reduced according to the operating conditions, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置90の変形例について説明する。   Next, a modification of the laser ignition device 90 for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるようにレーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでQスイッチ式ファイバレーザ群96から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるようにレーザ光源群95に備えられた複数のレーザ光源95a,95b,95cのうちレーザ光を発振するレーザ光源を選択することでファイバレーザ群96から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせても良い。   Further, in the present embodiment, among the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95 so that the number and position of condensing of the laser light emitted into the combustion chamber 44 are changed. By selecting a laser light source that oscillates the laser light, the oscillation pattern of the laser light oscillated from the Q-switch type fiber laser group 96 is varied. The fiber laser group 96 oscillates by selecting a laser light source that oscillates laser light among the plurality of laser light sources 95a, 95b, and 95c provided in the laser light source group 95 so that at least one of the light positions is changed. The oscillation pattern of the laser beam may be different.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

[第七実施形態]
次に、図13乃至図15を参照しながら、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100について説明する。
[Seventh embodiment]
Next, a laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられた内燃機関において燃焼室44内の燃焼ガス46を点火させるのに好適に用いられるものである。   The internal combustion engine laser ignition device 100 according to the seventh embodiment of the present invention is suitably used to ignite the combustion gas 46 in the combustion chamber 44 in an internal combustion engine provided in a vehicle such as a passenger car, for example. It is.

本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100は、図13に示されるように、レーザ光源101と、光ファイバ102と、Qスイッチ式固体レーザ103と、出射ミラー104と、移動機構105と、凸レンズ106と、制御手段としての制御部107と、運転状況検出手段としての運転状況検出部18と、を主要な構成として備えている。   As shown in FIG. 13, a laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to a seventh embodiment of the present invention includes a laser light source 101, an optical fiber 102, a Q-switched solid-state laser 103, an output mirror 104, and a moving A mechanism 105, a convex lens 106, a control unit 107 as a control unit, and an operation state detection unit 18 as an operation state detection unit are provided as main components.

Qスイッチ式固体レーザ103は、レーザ光を発振可能なQスイッチ式の固体レーザで構成されており、出射ミラー104は、Qスイッチ式固体レーザ103とで光共振器を構成している。また、出射ミラー104は、Qスイッチ式固体レーザ103に対して光軸方向(X方向)に移動自在に配置されている。移動機構105は、不図示のモータ等により出射ミラー104を光軸方向に移動させるように構成されており、凸レンズ106には、出射ミラー104から出射されたレーザ光が入射されるようになっている。   The Q-switched solid-state laser 103 is composed of a Q-switched solid-state laser that can oscillate laser light, and the emission mirror 104 constitutes an optical resonator with the Q-switched solid-state laser 103. Further, the exit mirror 104 is disposed so as to be movable in the optical axis direction (X direction) with respect to the Q-switched solid-state laser 103. The moving mechanism 105 is configured to move the exit mirror 104 in the optical axis direction by a motor (not shown) or the like, and the laser light emitted from the exit mirror 104 is incident on the convex lens 106. Yes.

このとき、本実施形態では、出射ミラー104とQスイッチ式固体レーザ103との光軸方向に離間した距離に応じて出射ミラー104から出射されるレーザ光の発振特性が異なるようになっており、より具体的には、出射ミラー104とQスイッチ式固体レーザ103との光軸方向に離間した距離に応じて出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度を変更することができるように構成されている。   At this time, in this embodiment, the oscillation characteristics of the laser light emitted from the emission mirror 104 are different depending on the distance between the emission mirror 104 and the Q-switched solid-state laser 103 in the optical axis direction. More specifically, the spread angle of the laser beam emitted from the emission mirror 104 can be changed according to the distance between the emission mirror 104 and the Q-switch type solid-state laser 103 in the optical axis direction. ing.

つまり、図14(a)に動作原理図を示すように、出射ミラー104がQスイッチ式固体レーザ103側の位置に移動している状態では、出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度が広くなり(発振パターン1)、図14(b)に動作原理図を示すように、出射ミラー104がQスイッチ式固体レーザ103から離れた位置に移動している状態では、出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度が狭くなるようになっている(発振パターン2)。なお、発振パターンは、広がり角度の広い場合と狭い場合の二種類に限られるものではなく、出射ミラー104とQスイッチ式固体レーザ103との光軸方向に離間した距離に応じて連続的に変化するものである。   In other words, as shown in FIG. 14A, the operating angle of the laser light emitted from the output mirror 104 is as follows when the output mirror 104 is moved to the position on the Q-switched solid-state laser 103 side. When the output mirror 104 is moved to a position away from the Q-switched solid-state laser 103 as shown in the operation principle diagram in FIG. The spread angle of the laser beam is narrow (oscillation pattern 2). The oscillation pattern is not limited to two types of cases where the spread angle is wide and narrow, and continuously changes according to the distance between the output mirror 104 and the Q-switched solid-state laser 103 in the optical axis direction. To do.

そして、本実施形態では、Qスイッチ式固体レーザ103、出射ミラー104、凸レンズ106、ハウジングケース32に収容されている。ハウジングケース32の一方には、光ファイバ102が導入されており、ハウジングケース32の他方側は、シリンダヘッド40の壁部に一体に固定されている。また、ハウジングケース32の他方側は、出射窓30によって燃焼室44内と隔離されている。   In this embodiment, the Q-switched solid-state laser 103, the output mirror 104, the convex lens 106, and the housing case 32 are accommodated. The optical fiber 102 is introduced into one side of the housing case 32, and the other side of the housing case 32 is integrally fixed to the wall portion of the cylinder head 40. Further, the other side of the housing case 32 is isolated from the inside of the combustion chamber 44 by the emission window 30.

制御部107は、エンジンコントローラ34とレーザ制御装置109を有して構成されている。エンジンコントローラ34には、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号が入力されるようになっている。エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、後に詳述するように運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これをレーザ制御装置109に出力するようになっている。   The control unit 107 includes an engine controller 34 and a laser control device 109. The engine controller 34 is supplied with the driving condition detection signal output from the driving condition detector 18. When the engine controller 34 receives the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal and outputs the control command to the laser control device 109 as described in detail later. It is like that.

レーザ制御装置109には、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令が入力されるようになっている。レーザ制御装置109は、演算装置及び記憶装置を有して構成されており、記憶装置には、点火位置マップ36b(図3(b)参照)が記憶されている。   A control command output from the engine controller 34 is input to the laser control device 109. The laser control device 109 includes an arithmetic device and a storage device, and an ignition position map 36b (see FIG. 3B) is stored in the storage device.

また、レーザ制御装置109は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、凸レンズ106から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように移動機構105を制御して出射ミラー104を光軸方向に移動させることにより出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度を変更するようになっている。   Further, when the laser controller 109 receives the control command output from the engine controller 34, the condensing position of the laser beam emitted from the convex lens 106 through the emission window 30 into the combustion chamber 44 is changed. The spread angle of the laser beam emitted from the emission mirror 104 is changed by controlling the moving mechanism 105 to move the emission mirror 104 in the optical axis direction.

運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力するようになっている。   The driving condition detection unit 18 detects the driving condition detection signal corresponding to the driving condition by detecting, for example, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation, as the driving condition of the vehicle. It is generated and output to the engine controller 34.

次に、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention will be described.

まず、運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及び回転数等を検出する。そして、運転状況検出部18は、これら車両の運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力する。   First, the driving state detection unit 18 detects, for example, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and number of rotation during stratified operation, and the like as the driving state of the vehicle. Then, the driving situation detection unit 18 generates a driving situation detection signal corresponding to the driving situation of these vehicles, and outputs this to the engine controller 34.

エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これを運転状況検出信号と共にレーザ制御装置109に出力する。   When the engine controller 34 receives the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal, and outputs this to the laser controller 109 together with the driving condition detection signal.

レーザ制御装置109は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、図15に示すプログラムの処理を開始する。このとき、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにした場合には、レーザ制御装置109は、運転状況検出信号に基づいて成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出する(ステップS11)。   When the control command output from the engine controller 34 is input, the laser control device 109 starts processing of the program shown in FIG. At this time, when the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during stratified operation as the driving condition of the vehicle, the laser control device 109 performs the stratified operation based on the driving condition detection signal. And the engine speed are detected (step S11).

続いて、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火位置マップ36b(図3(b)参照)とに基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する(ステップS12)。   Subsequently, based on the torque and engine speed during stratified operation detected based on the driving condition detection signal, and the ignition position map 36b (see FIG. 3B), the torque and engine speed during stratified operation From this relationship, the ignition position is determined (step S12).

この場合、エンジン回転数が増加すると共にトルクが増加すると、燃料噴射時期が進角し、これに伴い最適混合気位置もピストン42側に移動するので、この状態では、ピストン42側に点火位置を設定する。一方、エンジン回転数が低下すると共にトルクが低下すると、最適混合気位置はシリンダヘッド40側に移動するので、この状態では、シリンダヘッド40側に点火位置を設定する   In this case, when the engine speed increases and the torque increases, the fuel injection timing advances, and the optimal mixture position also moves to the piston 42 side. Accordingly, in this state, the ignition position is set to the piston 42 side. Set. On the other hand, when the engine speed decreases and the torque decreases, the optimum gas mixture position moves to the cylinder head 40 side. In this state, the ignition position is set on the cylinder head 40 side.

そして、上述のようにして決定した点火位置に基づいて移動機構105を制御して出射ミラー104を光軸方向に移動させることにより出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度を変更する(ステップS13)。   Then, based on the ignition position determined as described above, the moving mechanism 105 is controlled to move the emission mirror 104 in the optical axis direction, thereby changing the spread angle of the laser light emitted from the emission mirror 104 (step). S13).

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、移動機構105を制御して出射ミラー104をQスイッチ式固体レーザ103側の位置に移動させる。これにより、出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度が広くなる(発振パターン1)。そして、凸レンズ106から出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of one point ignition at the cylinder head 40 side position, the moving mechanism 105 is controlled to move the exit mirror 104 to the Q switch type solid laser 103 side position. As a result, the spread angle of the laser light emitted from the emission mirror 104 is widened (oscillation pattern 1). Then, laser light is emitted from the convex lens 106 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、ピストン42側位置での一点点火とする場合には、移動機構105を制御して出射ミラー104をQスイッチ式固体レーザ103から離れた位置に移動させる。これにより、出射ミラー104から出射されるレーザ光の広がり角度が狭くなる(発振パターン2)。そして、凸レンズ106から出射窓30を介して燃焼室44のピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のピストン42側位置での一点点火となる。   Further, in the case of single point ignition at the position on the piston 42 side, the moving mechanism 105 is controlled to move the exit mirror 104 to a position away from the Q switch type solid state laser 103. As a result, the spread angle of the laser light emitted from the emission mirror 104 is narrowed (oscillation pattern 2). Then, laser light is emitted from the convex lens 106 to the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the piston 42 side position of the combustion chamber 44.

このように、本実施形態では、レーザ光発振部から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせて凸レンズ106から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更し、点火位置を変更する。   As described above, in this embodiment, the condensing position of the laser light emitted from the convex lens 106 into the combustion chamber 44 is changed by changing the oscillation pattern of the laser light oscillated from the laser light oscillation unit, and the ignition position is set. change.

次に、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100によれば、レーザ制御装置109によって出射ミラー104からは出射されたレーザ光の広がり角度を制御することにより、凸レンズ106から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。   As described above in detail, according to the laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention, the laser control device 109 controls the spread angle of the laser light emitted from the emission mirror 104. The condensing position of the laser light emitted from the convex lens 106 into the combustion chamber 44 can be freely changed. Thereby, the ignition position in the combustion chamber 44 can be arbitrarily set without being limited to a predetermined position.

また、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100によれば、シリンダヘッド40上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室44内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、シリンダヘッド40上などの配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention, the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 only by providing one emitting optical system on the cylinder head 40 or the like. Can be changed. As a result, it is not necessary to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber 44 (conventionally, the same number of optical fibers as the ignition position are installed on the cylinder head or the like). The arrangement space can be omitted.

また、本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置100では、上述のように、車両の運転状況に応じて燃焼室44内の点火位置を変更することができる。この構成によれば、成層燃焼方式において運転状況の変化に伴い最適混合気位置が変化しても、常に最適混合位置での点火が可能となる。従って、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, in the laser ignition device 100 for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention, as described above, the ignition position in the combustion chamber 44 can be changed in accordance with the operating state of the vehicle. According to this configuration, even in the stratified combustion system, ignition at the optimum mixing position is always possible even if the optimum mixture position changes as the operating state changes. Therefore, it is possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

なお、上記実施形態では、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、点火位置マップ36b(図3(b)参照)に基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above-described embodiment, the torque and engine revolution speed during stratified operation are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition, and based on the ignition position map 36b (see FIG. 3B), Although the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed, it may be as follows.

つまり、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   That is, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the ignition position may be set variously according to the engine characteristics and the like.

また、上記実施形態では、1焦点の凸レンズでの例を示したが、前記複数焦点レンズを使用することで点火数を変更することも可能である。   In the above-described embodiment, an example using a single-focus convex lens is shown. However, the number of ignitions can be changed by using the multi-focus lens.

[第八実施形態]
次に、図16乃至図18を参照しながら、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110について説明する。
[Eighth embodiment]
Next, a laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられた内燃機関において燃焼室44内の燃焼ガス46を点火させるのに好適に用いられるものである。   The internal combustion engine laser ignition device 110 according to the eighth embodiment of the present invention is suitably used to ignite the combustion gas 46 in the combustion chamber 44 in an internal combustion engine provided in a vehicle such as a passenger car, for example. It is.

本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110は、図16に示されるように、レーザ光源111と、光ファイバ112と、可動式凹レンズ113と、移動機構114と、二焦点レンズ28と、制御手段としての制御部16と、運転状況検出手段としての運転状況検出部18と、を主要な構成として備えている。   As shown in FIG. 16, a laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to an eighth embodiment of the present invention includes a laser light source 111, an optical fiber 112, a movable concave lens 113, a moving mechanism 114, and a bifocal lens. 28, a control unit 16 as a control unit, and an operation state detection unit 18 as an operation state detection unit are provided as main components.

レーザ光源111は、レーザ光を発振可能に構成されており、レーザ光源111から発振されたレーザ光は、光ファイバ112を介して可動式凹レンズ113に入射されるようになっている。可動式凹レンズ113は、光ファイバ112を介してレーザ光源111から発振されたレーザ光の光軸方向に移動自在に配置されている。   The laser light source 111 is configured to be able to oscillate laser light, and the laser light oscillated from the laser light source 111 enters the movable concave lens 113 via the optical fiber 112. The movable concave lens 113 is disposed so as to be movable in the optical axis direction of the laser light oscillated from the laser light source 111 via the optical fiber 112.

移動機構114は、可動式凹レンズ113を光軸方向(X方向)へ移動させるように構成されており、二焦点レンズ28には、可動式凹レンズ113から出射されたレーザ光が入射されるようになっている。二焦点レンズ28は、中心領域28aと中心領域28aよりも径方向外側の周辺領域28bとを有して構成されており、この中心領域28aと周辺領域28bとでは出射窓30を介して燃焼室44内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる構成となっている。つまり、中心領域28aでは焦点距離が短く、周辺領域28bでは焦点距離が長く設定されている。   The moving mechanism 114 is configured to move the movable concave lens 113 in the optical axis direction (X direction), so that the laser light emitted from the movable concave lens 113 is incident on the bifocal lens 28. It has become. The bifocal lens 28 has a central region 28a and a peripheral region 28b radially outside the central region 28a, and the central region 28a and the peripheral region 28b are connected to the combustion chamber via the exit window 30. The focal length of the laser light emitted into 44 is different. That is, the focal length is set short in the central region 28a, and the focal length is set long in the peripheral region 28b.

このとき、本実施形態では、可動式凹レンズ113と二焦点レンズ28との光軸方向に離間した距離に応じて可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を変更することができるように構成されている。   At this time, in the present embodiment, the diameter of the laser beam emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 is changed according to the distance between the movable concave lens 113 and the bifocal lens 28 in the optical axis direction. It is configured to be able to.

つまり、図17(a)に動作原理図を示すように、可動式凹レンズ113が二焦点レンズ28から離れた位置に移動している状態では、可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径が小さくなり、図17(b)に動作原理図を示すように、可動式凹レンズ113が二焦点レンズ28側の位置に移動している状態では、可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径が大きくなるようになっている。この可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径は、可動式凹レンズ113と二焦点レンズ28との光軸方向に離間した距離に応じて連続的に変化するものである。   That is, as shown in FIG. 17 (a), the movable concave lens 113 is emitted from the movable concave lens 113 and is incident on the bifocal lens 28 when the movable concave lens 113 is moved away from the bifocal lens 28. In the state where the movable concave lens 113 is moved to the position on the bifocal lens 28 side as shown in FIG. 17B, the diameter of the laser beam to be emitted is emitted from the movable concave lens 113. The diameter of the laser beam incident on the bifocal lens 28 is increased. The diameter of the laser light emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 continuously changes in accordance with the distance between the movable concave lens 113 and the bifocal lens 28 in the optical axis direction. .

そして、本実施形態では、可動式凹レンズ113、二焦点レンズ28は、ハウジングケース32に収容されている。ハウジングケース32の一方には、光ファイバ112が導入されており、ハウジングケース32の他方側は、シリンダヘッド40の壁部に一体に固定されている。また、ハウジングケース32の他方側は、出射窓30によって燃焼室44内と隔離されている。   In the present embodiment, the movable concave lens 113 and the bifocal lens 28 are accommodated in the housing case 32. An optical fiber 112 is introduced into one side of the housing case 32, and the other side of the housing case 32 is integrally fixed to the wall portion of the cylinder head 40. Further, the other side of the housing case 32 is isolated from the inside of the combustion chamber 44 by the emission window 30.

制御部16は、エンジンコントローラ34とレーザ制御装置36を有して構成されている。エンジンコントローラ34には、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号が入力されるようになっている。エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、後に詳述するように運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これをレーザ制御装置36に出力するようになっている。   The control unit 16 includes an engine controller 34 and a laser control device 36. The engine controller 34 is supplied with the driving condition detection signal output from the driving condition detector 18. When the engine controller 34 inputs the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal and outputs it to the laser control device 36 as will be described in detail later. It is like that.

レーザ制御装置36には、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令が入力されるようになっている。レーザ制御装置36は、演算装置及び記憶装置を有して構成されており、記憶装置には、後に詳述する点火数マップ36a及び点火位置マップ36b(図3参照)が記憶されている。   A control command output from the engine controller 34 is input to the laser control device 36. The laser control device 36 includes an arithmetic device and a storage device, and an ignition number map 36a and an ignition position map 36b (see FIG. 3), which will be described in detail later, are stored in the storage device.

また、レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、二焦点レンズ28から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるように移動機構114を制御して可動式凹レンズ113を光軸方向へ移動させることにより可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を変更するようになっている。   In addition, when the laser controller 36 receives the control command output from the engine controller 34, the number and position of condensing laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 through the emission window 30. By moving the movable concave lens 113 in the direction of the optical axis by controlling the moving mechanism 114 so as to be changed, the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 is changed. ing.

運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力するようになっている。   The driving condition detection unit 18 detects the driving condition detection signal corresponding to the driving condition by detecting, for example, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation, as the driving condition of the vehicle. It is generated and output to the engine controller 34.

次に、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention will be described.

まず、運転状況検出部18は、車両の運転状況として、例えば、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及び回転数等を検出する。そして、運転状況検出部18は、これら車両の運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、これをエンジンコントローラ34に出力する。   First, the driving state detection unit 18 detects, for example, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and number of rotation during stratified operation, and the like as the driving state of the vehicle. Then, the driving situation detection unit 18 generates a driving situation detection signal corresponding to the driving situation of these vehicles, and outputs this to the engine controller 34.

エンジンコントローラ34は、運転状況検出部18から出力された運転状況検出信号を入力すると、運転状況検出信号に応じたコントロール指令を生成し、これを運転状況検出信号と共にレーザ制御装置36に出力する。   When the engine controller 34 receives the driving condition detection signal output from the driving condition detection unit 18, the engine controller 34 generates a control command corresponding to the driving condition detection signal, and outputs this to the laser controller 36 together with the driving condition detection signal.

レーザ制御装置36は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、図18に示すプログラムの処理を開始する。このとき、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにした場合には、レーザ制御装置36は、運転状況検出信号に基づいて成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数を検出する(ステップS21)。   When the laser control device 36 receives the control command output from the engine controller 34, the laser control device 36 starts the processing of the program shown in FIG. At this time, when the driving condition detection unit 18 detects the driving condition of the vehicle, for example, the EGR rate and engine speed during stratified operation, the torque and engine speed during stratified operation, the laser control device 36 Based on the driving condition detection signal, the EGR rate and the engine speed during the stratified operation, the torque and the engine speed during the stratified operation are detected (step S21).

続いて、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のEGR率及びエンジン回転数と、点火数マップ36a(図3(a)参照)とに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定する(ステップS22)。   Subsequently, based on the EGR rate and engine speed during stratified operation detected based on the driving condition detection signal, and the ignition number map 36a (see FIG. 3A), the EGR rate and engine speed during stratified operation. The number of ignitions is determined from the relationship with the number (step S22).

この場合、エンジン回転数が低く、EGR率も低い状態では、燃焼室44内の混合気の着火性が比較的に良いため、消費電力を抑制すべく、一点点火とする。一方、エンジン回転数が高く、EGR率も高い状態では、着火性に劣るため、多点点火(本実施形態では一例として二点点火)とする。   In this case, when the engine speed is low and the EGR rate is low, the ignitability of the air-fuel mixture in the combustion chamber 44 is relatively good, so that one-point ignition is performed to suppress power consumption. On the other hand, in a state where the engine speed is high and the EGR rate is high, the ignitability is inferior, so multipoint ignition (two-point ignition as an example in the present embodiment) is performed.

また、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のトルク及びエンジン回転数と、点火位置マップ36b(図3(b)参照)とに基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する(ステップS23)。   Further, based on the torque and engine speed during stratification operation detected based on the driving condition detection signal, and the ignition position map 36b (see FIG. 3B), the torque and engine speed during stratification operation are calculated. The ignition position is determined from the relationship (step S23).

この場合、エンジン回転数が増加すると共にトルクが増加すると、燃料噴射時期が進角し、これに伴い最適混合気位置もピストン42側に移動するので、この状態では、ピストン42側に点火位置を設定する。一方、エンジン回転数が低下すると共にトルクが低下すると、最適混合気位置はシリンダヘッド40側に移動するので、この状態では、シリンダヘッド40側に点火位置を設定する   In this case, when the engine speed increases and the torque increases, the fuel injection timing advances, and the optimal mixture position also moves to the piston 42 side. Accordingly, in this state, the ignition position is set to the piston 42 side. Set. On the other hand, when the engine speed decreases and the torque decreases, the optimum gas mixture position moves to the cylinder head 40 side. In this state, the ignition position is set on the cylinder head 40 side.

そして、上述のようにして決定した点火数及び点火位置に基づいて移動機構114を制御することにより可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させる(ステップS24)。   Then, the movable concave lens 113 is moved in the optical axis direction by controlling the moving mechanism 114 based on the number of ignitions and the ignition position determined as described above (step S24).

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、移動機構114を制御することにより可動式凹レンズ113を二焦点レンズ28側の位置に移動させる。これにより、可動式凹レンズ113から二焦点レンズ28の中心領域28aにのみ直径の小さいレーザ光が出射される。そして、二焦点レンズ28の中心領域28aから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of single point ignition at the cylinder head 40 side position, the movable concave lens 113 is moved to the bifocal lens 28 position by controlling the moving mechanism 114. Thereby, a laser beam having a small diameter is emitted only from the movable concave lens 113 to the central region 28 a of the bifocal lens 28. Then, laser light is emitted from the center region 28 a of the bifocal lens 28 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

このとき、可動式凹レンズ113から出射されたレーザ光が二焦点レンズ28の中心領域28aに入射される範囲内で可動式凹レンズ113の位置を調節すれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数を一つに維持した状態でその集光位置が変更される。   At this time, if the position of the movable concave lens 113 is adjusted within a range in which the laser light emitted from the movable concave lens 113 is incident on the central region 28 a of the bifocal lens 28, the laser light emitted into the combustion chamber 44. The condensing position is changed in a state where the number of condensing light is maintained at one.

また、多点点火(二点点火)とする場合には、移動機構114を制御することにより可動式凹レンズ113を二焦点レンズ28から離れた位置に移動させる。これにより、可動式凹レンズ113から二焦点レンズ28の中心領域28a及びその周辺領域28bに直径の大きいレーザ光が出射される。そして、二焦点レンズ28の中心領域28a及びその周辺領域28bから出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置及びピストン42側位置での二点点火となる。   In the case of multipoint ignition (two-point ignition), the movable concave lens 113 is moved to a position away from the bifocal lens 28 by controlling the moving mechanism 114. Thereby, a laser beam having a large diameter is emitted from the movable concave lens 113 to the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28. Laser light is emitted from the central region 28 a of the bifocal lens 28 and its peripheral region 28 b to the cylinder head 40 side position and the piston 42 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and the cylinder head 40 of the combustion chamber 44. Two-point ignition is performed at the side position and the piston 42 side position.

このとき、可動式凹レンズ113から出射されたレーザ光が二焦点レンズ28の中心領域28a及びその周辺領域28bに入射される範囲内で可動式凹レンズ113の位置を調節すれば、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数を複数に維持した状態でその集光位置がそれぞれ変更される。   At this time, if the position of the movable concave lens 113 is adjusted within a range in which the laser light emitted from the movable concave lens 113 is incident on the central region 28 a and the peripheral region 28 b of the bifocal lens 28, The condensing position is changed in a state where the number of condensing laser beams to be emitted is maintained in plural.

このように、本実施形態では、移動機構114を制御することにより可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させることにより可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を異ならせて二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置を変更し、点火数及び点火位置を変更する。   As described above, in the present embodiment, the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 is changed by moving the movable concave lens 113 in the optical axis direction by controlling the moving mechanism 114. Thus, the number and position of condensing laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 are changed, and the number of ignition and the ignition position are changed.

次に、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110によれば、可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を調節することにより、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数を自在に変更することができる。   As described in detail above, according to the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention, the movable concave lens 113 is moved in the optical axis direction and emitted from the movable concave lens 113, and the bifocal lens 28. By adjusting the diameter of the laser beam incident on the laser beam, the number of condensing laser beams emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 can be freely changed.

さらに、可動式凹レンズ113から出射されたレーザ光が二焦点レンズ28の中心領域28aに入射される範囲内で可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射されるレーザ光の仮想焦点位置を調節することにより、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数を一つに維持した状態でその集光位置を変更することができる。   Further, the laser beam emitted from the movable concave lens 113 by moving the movable concave lens 113 in the optical axis direction within a range in which the laser beam emitted from the movable concave lens 113 is incident on the central region 28 a of the bifocal lens 28. By adjusting the virtual focal position, the condensing position can be changed in a state where the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 is maintained at one.

同様に、可動式凹レンズ113から出射されたレーザ光が二焦点レンズ28の中心領域28a及びその周辺領域28bに入射される範囲内で可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射されるレーザ光の仮想焦点位置を調節することにより、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数を複数に維持した状態でその集光位置をそれぞれ変更することができる。   Similarly, the movable concave lens 113 is moved in the optical axis direction within a range in which the laser light emitted from the movable concave lens 113 is incident on the central region 28a and the peripheral region 28b of the bifocal lens 28, thereby moving the movable concave lens 113. By adjusting the virtual focal position of the laser light emitted from the laser beam, the condensing position can be changed in a state where the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 is maintained in plural.

このように、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110によれば、可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射されるレーザ光の仮想焦点位置を調節することにより、二焦点レンズ28から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を自在に変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火位置を所定位置に限定されること無く任意に設定することが可能となる。   Thus, according to the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention, the virtual focal position of the laser light emitted from the movable concave lens 113 by moving the movable concave lens 113 in the optical axis direction. By adjusting this, the condensing position of the laser light emitted from the bifocal lens 28 into the combustion chamber 44 can be freely changed. Thereby, the ignition position in the combustion chamber 44 can be arbitrarily set without being limited to a predetermined position.

また、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110によれば、シリンダヘッド40上などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室44内に出射するレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方を変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火数又は点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火数又は点火位置と同数の光ファイバ112をシリンダヘッド40上などに設置していた)する必要が無いので、シリンダヘッド40上などの配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention, the number of condensing laser beams emitted into the combustion chamber 44 only by providing one emitting optical system on the cylinder head 40 or the like. And at least one of the light collecting positions can be changed. Accordingly, it is necessary to arrange the same number of emission optical systems as the number of ignitions or ignition positions in the combustion chamber 44 (in the past, the same number of optical fibers 112 as the number of ignitions or ignition positions were installed on the cylinder head 40 or the like). Therefore, it is possible to omit the arrangement space on the cylinder head 40 and the like.

また、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110では、二焦点レンズ28の中心領域28aの焦点距離と周辺領域28bの焦点距離とを自在に設定することができる。これにより、多点点火する場合には燃焼室44内の点火位置を互いに十分に離すことが可能となる。   In the internal combustion engine laser ignition device 110 according to the eighth embodiment of the present invention, the focal length of the central region 28a and the focal length of the peripheral region 28b of the bifocal lens 28 can be freely set. Thereby, when performing multipoint ignition, the ignition positions in the combustion chamber 44 can be sufficiently separated from each other.

また、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110では、上述のように、車両の運転状況に応じて燃焼室44内の点火数及び点火位置の少なくとも一方を変更することができる。この構成によれば、成層燃焼方式において運転状況の変化に伴い最適混合気位置が変化しても、常に最適混合位置での点火が可能となる。従って、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   Further, in the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention, as described above, at least one of the number of ignitions and the ignition position in the combustion chamber 44 can be changed in accordance with the driving state of the vehicle. it can. According to this configuration, even in the stratified combustion system, ignition at the optimum mixing position is always possible even if the optimum mixture position changes as the operating state changes. Therefore, it is possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

また、本実施形態の上記構成によれば、均質燃焼方式においても、ノッキング条件下にて燃焼室44の最適位置での多点点火が可能であり、ノッキングを効果的に抑制することができる。これにより、圧縮比をアップすることが可能となり、エンジンの熱効率を高めることができる。また、均質燃焼方式ではトルクが低い場合やエンジン回転数が高い場合にはノッキングしにくいが、本実施形態では、このような場合には一点点火とすることができる。このように、運転状況に応じて点火数を減らすことができるので、これにより点火に要する過剰なエネルギ消費を抑制することが可能となる。   Further, according to the above-described configuration of the present embodiment, even in the homogeneous combustion system, multipoint ignition at the optimum position of the combustion chamber 44 is possible under knocking conditions, and knocking can be effectively suppressed. As a result, the compression ratio can be increased, and the thermal efficiency of the engine can be increased. Further, in the homogeneous combustion system, knocking is difficult when the torque is low or the engine speed is high, but in this embodiment, it is possible to perform one-point ignition in such a case. Thus, since the number of ignitions can be reduced according to the driving situation, it is possible to suppress excessive energy consumption required for ignition.

次に、本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置110の変形例について説明する。   Next, a modification of the laser ignition device 110 for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention will be described.

上記実施形態では、成層運転時のEGR率及びエンジン回転数、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、図3(a),(b)に示される点火数マップ36a及び点火位置マップ36bに基づいて、成層運転時のEGR率とエンジン回転数との関係から点火数を決定すると共に成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above embodiment, an EGR rate and engine speed during stratified operation, torque and engine speed during stratified operation, etc. are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition. Based on the ignition number map 36a and the ignition position map 36b shown in b), the ignition number is determined from the relationship between the EGR rate during stratified operation and the engine speed, and the relationship between the torque during stratified operation and the engine speed. However, the ignition position may be determined as follows.

つまり、運転状況検出部18によって車両の運転状況として例えば均質運転時のトルク及びエンジン回転数を検出するようにし、図5に示される点火数マップ36aに基づいて、均質運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火数を決定しても良い。   That is, the driving condition detection unit 18 detects, for example, the torque and engine speed during homogeneous operation as the driving condition of the vehicle. Based on the ignition number map 36a shown in FIG. The number of ignitions may be determined from the relationship with the number.

つまり、ノッキングにしにくい低トルク又は高回転時には、消費電力を抑制すべく、一点点火とする。一方、エンジン回転数が低下或いはトルクが増加すると、これらに伴ってノッキングが生じやすくなるため、このときには多点点火とする。このとき、燃焼室44内にて二点点火以上とする場合には、二焦点レンズ28の焦点距離の異なる領域数を点火数と同等にすれば良い。   In other words, at a low torque or high rotation speed that is difficult to knock, a single point ignition is performed to suppress power consumption. On the other hand, if the engine speed is decreased or the torque is increased, knocking is likely to occur in association with them, so at this time, multipoint ignition is performed. At this time, when two or more ignitions are performed in the combustion chamber 44, the number of regions having different focal lengths of the bifocal lens 28 may be made equal to the number of ignitions.

そして、この決定した点火数に基づいて可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を調節するようにしても良い。   Then, the diameter of the laser light emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 may be adjusted by moving the movable concave lens 113 in the optical axis direction based on the determined number of ignitions.

また、本実施形態では、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置が変更されるように可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を調節していたが、燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように可動式凹レンズ113を光軸方向に移動させて可動式凹レンズ113から出射され二焦点レンズ28に入射するレーザ光の直径を調節するようにしても良い。   Further, in the present embodiment, the movable concave lens 113 is moved in the optical axis direction so as to change the condensing number and condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 and is emitted from the movable concave lens 113. Although the diameter of the laser light incident on the bifocal lens 28 is adjusted, the movable concave lens 113 is changed so that at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted into the combustion chamber 44 is changed. The diameter of the laser beam emitted from the movable concave lens 113 and incident on the bifocal lens 28 may be adjusted by moving in the optical axis direction.

また、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火数及び点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   In addition, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the like, and the number of ignitions and the ignition position may be variously set according to the engine characteristics and the like.

また、上記実施形態では、本発明に係る二焦点レンズ28が二焦点レンズ28で構成されていたが、異なる焦点距離を有するレンズ領域の数は、二つに限られず、二つ以上であっても良い。また、中心領域28aの焦点距離が周辺領域28bの焦点距離よりも短く構成されていたが長く構成されていても良い。また、レーザ光を可動式凹レンズ113に入射させる方法は光ファイバ112に限られるものではない。
[第九実施形態]
次に、図19,図20を参照しながら、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130について説明する。
In the above embodiment, the bifocal lens 28 according to the present invention is configured by the bifocal lens 28. However, the number of lens regions having different focal lengths is not limited to two, and is two or more. Also good. Further, although the focal length of the central region 28a is shorter than the focal length of the peripheral region 28b, it may be longer. Further, the method of making the laser light incident on the movable concave lens 113 is not limited to the optical fiber 112.
[Ninth embodiment]
Next, a laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130では、レーザ光源121から発振されたレーザ光は、光ファイバ122を介して集光レンズ133に入射されるようになっている。また、集光レンズ133から出射されたレーザ光は、マルチウェッジ基盤132の各屈折面136a、134b、134c、134d(図20参照)に入射されるようになっている。   In the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention, the laser light oscillated from the laser light source 121 is incident on the condenser lens 133 via the optical fiber 122. Further, the laser light emitted from the condenser lens 133 is made incident on each of the refractive surfaces 136a, 134b, 134c, and 134d (see FIG. 20) of the multi-wedge base 132.

マルチウェッジ基盤132は、集光レンズ133から出射されたレーザ光の光軸方向と直交する方向を回転軸として回転自在に配置されると共に集光レンズ133から出射されたレーザ光を互いに異なる方向へ屈折して燃焼室44内に出射する屈折面136a、134b、134c、134d(図20参照)を回転方向に複数有して構成されている。回転機構134は、マルチウェッジ基盤132を集光レンズ133から出射されたレーザ光の光軸方向と直交する方向を回転軸として回転させるように構成されている。また、本実施形態では、集光レンズ133及びマルチウェッジ基盤132はハウジングケース32に収容されている。   The multi-wedge base 132 is rotatably arranged with the direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light emitted from the condensing lens 133 as a rotation axis, and the laser light emitted from the condensing lens 133 in different directions. A plurality of refracting surfaces 136a, 134b, 134c, and 134d (see FIG. 20) that refract and exit into the combustion chamber 44 are provided in the rotational direction. The rotation mechanism 134 is configured to rotate the multi-wedge base 132 with a direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light emitted from the condenser lens 133 as a rotation axis. In the present embodiment, the condenser lens 133 and the multi-wedge base 132 are accommodated in the housing case 32.

なお、レーザ制御装置129は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、マルチウェッジ基盤132から出射窓30を介して燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように回転機構134を制御してマルチウェッジ基盤132を回転させることにより該マルチウェッジ基盤132から前記燃焼室44内に出射されるレーザ光の方向を変更するようになっている。   When the laser controller 129 receives the control command output from the engine controller 34, the condensing position of the laser light emitted from the multi-wedge base 132 through the emission window 30 into the combustion chamber 44 is changed. In this way, by rotating the multi-wedge base 132 by controlling the rotation mechanism 134, the direction of the laser light emitted from the multi-wedge base 132 into the combustion chamber 44 is changed.

次に、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention will be described.

本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130では、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のトルク及びエンジン回転数と点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention, based on the torque and engine speed and the ignition position map 36b at the time of stratification operation detected based on the operation state detection signal, at the time of stratification operation. The ignition position is determined from the relationship between the torque and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火位置に基づいて回転機構134を制御してマルチウェッジ基盤132を回転させることにより該マルチウェッジ基盤132から前記燃焼室44内に出射されるレーザ光の方向を変更する。   Then, by rotating the multi-wedge base 132 by controlling the rotation mechanism 134 based on the ignition position determined as described above, the direction of the laser light emitted from the multi-wedge base 132 into the combustion chamber 44 is changed. change.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、回転機構134を制御してマルチウェッジ基盤132を回転させ、複数の屈折面136a、134b、134c、134d(図20参照)のうち所定の屈折方向を有する屈折面に集光レンズ133から出射されるレーザ光が入射するようにする。これにより、マルチウェッジ基盤132から出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of one-point ignition at the cylinder head 40 side position, the rotation mechanism 134 is controlled to rotate the multi-wedge base 132, and the plurality of refractive surfaces 136a, 134b, 134c, 134d (see FIG. 20). Of these, the laser beam emitted from the condenser lens 133 is made incident on the refracting surface having a predetermined refraction direction. As a result, laser light is emitted from the multi-wedge base 132 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、ピストン42側位置での一点点火とする場合には、回転機構134を制御してマルチウェッジ基盤132を回転させ、複数の屈折面136a、134b、134c、134d(図20参照)のうち所定の屈折方向を有する屈折面に集光レンズ133から出射されるレーザ光が入射するようにする。これにより、マルチウェッジ基盤132から出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   Further, in the case of single point ignition at the position on the piston 42 side, the rotation mechanism 134 is controlled to rotate the multi-wedge base 132, and among the plurality of refractive surfaces 136a, 134b, 134c, 134d (see FIG. 20). The laser beam emitted from the condenser lens 133 is made incident on the refracting surface having a predetermined refraction direction. As a result, laser light is emitted from the multi-wedge base 132 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

このように、本実施形態では、マルチウェッジ基盤132を回転させて複数の屈折面136a、134b、134c、134d(図20参照)のうち所定の屈折方向を有する屈折面に集光レンズ133から出射されるレーザ光が入射するようにすることによりマルチウェッジ基盤132から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更し、点火位置を変更する。   As described above, in the present embodiment, the multi-wedge base 132 is rotated and emitted from the condensing lens 133 to a refracting surface having a predetermined refraction direction among the plurality of refracting surfaces 136a, 134b, 134c, and 134d (see FIG. 20). The laser light emitted from the multi-wedge base 132 into the combustion chamber 44 is changed by allowing the laser light to enter, thereby changing the ignition position.

次に、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130によれば、一つのマルチウェッジ基盤132によって燃焼室44内の異なる位置にレーザ光を集光させることができると共に、一つの回転機構134によりマルチウェッジ基盤132を回転させることができる。これにより、ウェッジ基盤を用いた内燃機関用レーザ点火装置130においてその構造を小型化することが可能となる。   As described above in detail, according to the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention, laser light can be condensed at different positions in the combustion chamber 44 by one multi-wedge base 132. In addition, the multi-wedge base 132 can be rotated by one rotation mechanism 134. As a result, the structure of the laser ignition device 130 for an internal combustion engine using a wedge base can be reduced in size.

また、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130によれば、シリンダボア48(シリンダヘッド40に設けても良い)などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室44内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、シリンダボア48やシリンダヘッド40上などの配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   Further, according to the laser ignition device 130 for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention, the inside of the combustion chamber 44 can be provided only by providing one emission optical system in the cylinder bore 48 (may be provided in the cylinder head 40). The condensing position of the emitted laser light can be changed. As a result, there is no need to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber 44 (conventionally, the same number of optical fibers as the ignition position have been installed on the cylinder head or the like). It is possible to omit the arrangement space such as 40.

また、本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置130では、上述のように、車両の運転状況に応じて燃焼室44内の点火位置を変更することができる。この構成によれば、成層燃焼方式において運転状況の変化に伴い最適混合気位置が変化しても、常に最適混合位置での点火が可能となる。従って、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   In the internal combustion engine laser ignition device 130 according to the ninth embodiment of the present invention, as described above, the ignition position in the combustion chamber 44 can be changed in accordance with the operating state of the vehicle. According to this configuration, even in the stratified combustion system, ignition at the optimum mixing position is always possible even if the optimum mixture position changes as the operating state changes. Therefore, it is possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

なお、上記実施形態では、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、点火位置マップ36b(図3(b)参照)に基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above-described embodiment, the torque and engine revolution speed during stratified operation are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition, and based on the ignition position map 36b (see FIG. 3B), Although the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed, it may be as follows.

つまり、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   That is, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the ignition position may be set variously according to the engine characteristics and the like.

[第十実施形態]
次に、図21を参照しながら、本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140について説明する。
[Tenth embodiment]
Next, a laser ignition device 140 for an internal combustion engine according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140では、レーザ光源121から発振されたレーザ光は、ガルバノミラー138を介してfθレンズ135に入射されるようになっている。また、fθレンズ135から出射されたレーザ光は、マルチプリズム136の各屈折面136a,136b,136cに入射されるようになっている。   In the laser ignition device 140 for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention, the laser light oscillated from the laser light source 121 is incident on the fθ lens 135 via the galvanometer mirror 138. The laser light emitted from the fθ lens 135 is incident on the refractive surfaces 136a, 136b, and 136c of the multi-prism 136.

ガルバノミラー138は、レーザ光源121から発振されたレーザ光の光軸方向と直交する方向を回転軸として回転自在に配置されると共にレーザ光源121から発振されたレーザ光を反射する反射面を複数有して構成されている。回転機構134は、ガルバノミラー138をレーザ光源121から発振されたレーザ光の光軸方向と直交する方向を回転軸として回転させるように構成されている。   The galvanometer mirror 138 is rotatably disposed around a direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light oscillated from the laser light source 121 and has a plurality of reflecting surfaces that reflect the laser light oscillated from the laser light source 121. Configured. The rotation mechanism 134 is configured to rotate the galvanometer mirror 138 about a direction orthogonal to the optical axis direction of the laser light oscillated from the laser light source 121 as a rotation axis.

fθレンズ135は、ガルバノミラー138によって反射されたレーザ光を集光させるように構成されており、マルチプリズム136は、fθレンズ135から出射されたレーザ光を燃焼室44内の互いに異なる方向へ屈折する屈折面136a,136b,136cを複数備えた構成となっている。また、本実施形態では、fθレンズ135及びマルチプリズム136はハウジングケース32に収容されている。   The fθ lens 135 is configured to collect the laser light reflected by the galvanometer mirror 138, and the multi-prism 136 refracts the laser light emitted from the fθ lens 135 in different directions in the combustion chamber 44. The plurality of refracting surfaces 136a, 136b, and 136c are provided. In the present embodiment, the fθ lens 135 and the multiprism 136 are accommodated in the housing case 32.

なお、レーザ制御装置129は、エンジンコントローラ34から出力されたコントロール指令を入力すると、マルチプリズム136から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように回転機構134を制御してガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136から前記燃焼室44内に出射されるレーザ光の方向を変更するようになっている。   When the control command output from the engine controller 34 is input, the laser control device 129 controls the rotation mechanism 134 so that the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism 136 into the combustion chamber 44 is changed. By rotating the galvanometer mirror 138, the direction of the laser beam emitted from the multi-prism 136 into the combustion chamber 44 is changed.

次に、本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140の動作について説明する。   Next, the operation of the laser ignition device 140 for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention will be described.

本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140では、運転状況検出信号に基づいて検出した成層運転時のトルク及びエンジン回転数と点火位置マップ36bとに基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定する。   In the internal combustion engine laser ignition device 140 according to the tenth embodiment of the present invention, based on the stratified operation torque and engine speed detected based on the operating condition detection signal and the ignition position map 36b, during the stratified operation. The ignition position is determined from the relationship between the torque and the engine speed.

そして、上述のようにして決定した点火位置に基づいて回転機構134を制御してガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136から前記燃焼室44内に出射されるレーザ光の方向を変更する。   Then, the direction of the laser beam emitted from the multi-prism 136 into the combustion chamber 44 is changed by controlling the rotation mechanism 134 based on the ignition position determined as described above and rotating the galvano mirror 138.

すなわち、シリンダヘッド40側位置での一点点火とする場合には、回転機構134を制御してガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136の複数の屈折面のうち屈折面136aにfθレンズ135から出射されるレーザ光が入射するようにする。これにより、マルチプリズム136から出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   That is, in the case of one-point ignition at the cylinder head 40 side position, the rotation mechanism 134 is controlled to rotate the galvanometer mirror 138 to thereby rotate the fθ lens 135 on the refractive surface 136a among the plurality of refractive surfaces of the multi-prism 136. The laser beam emitted from the laser beam is made incident. Thus, laser light is emitted from the multi-prism 136 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

また、燃焼室44の中間位置での一点点火とする場合には、回転機構134を制御してガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136の複数の屈折面のうち屈折面136bにfθレンズ135から出射されるレーザ光が入射するようにする。これにより、マルチプリズム136から出射窓30を介して燃焼室44の中間位置にレーザ光が出射され、燃焼室44の中間位置での一点点火となる。   Further, in the case of one-point ignition at an intermediate position in the combustion chamber 44, the rotation mechanism 134 is controlled to rotate the galvano mirror 138, so that the fθ lens is applied to the refractive surface 136 b among the plurality of refractive surfaces of the multiprism 136. The laser beam emitted from 135 is made incident. As a result, the laser beam is emitted from the multi-prism 136 to the intermediate position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the intermediate position of the combustion chamber 44.

また、ピストン42側位置での一点点火とする場合には、回転機構134を制御してガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136の複数の屈折面のうち屈折面136cにfθレンズ135から出射されるレーザ光が入射するようにする。これにより、マルチプリズム136から出射窓30を介して燃焼室44のシリンダヘッド40側位置にレーザ光が出射され、燃焼室44のシリンダヘッド40側位置での一点点火となる。   Further, in the case of one-point ignition at the position on the piston 42 side, the rotation mechanism 134 is controlled to rotate the galvanometer mirror 138, so that the refraction surface 136 c among the plurality of refraction surfaces of the multi-prism 136 is moved from the fθ lens 135. The emitted laser light is made incident. Thus, laser light is emitted from the multi-prism 136 to the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44 through the emission window 30, and one-point ignition is performed at the cylinder head 40 side position of the combustion chamber 44.

このように、本実施形態では、ガルバノミラー138を回転させることによりマルチプリズム136の複数の屈折面136a,136b,136cのうち所定の屈折方向を有する屈折面にfθレンズ135から出射されるレーザ光が入射するようにすることによりマルチプリズム136から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更し、点火位置を変更する。   As described above, in the present embodiment, the laser light emitted from the fθ lens 135 to the refracting surface having a predetermined refraction direction among the plurality of refracting surfaces 136a, 136b, and 136c of the multi-prism 136 by rotating the galvanometer mirror 138. The incident position of the laser beam emitted from the multi-prism 136 into the combustion chamber 44 is changed to change the ignition position.

次に、本発明の十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the laser ignition device 140 for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140によれば、シリンダボア(シリンダヘッド40に設けても良い)などに一つの出射光学系を設けるだけで燃焼室44内に出射するレーザ光の集光位置を変更することができる。これにより、燃焼室44内の点火位置と同数の出射光学系を配置(従来は点火位置と同数の光ファイバをシリンダヘッド上などに設置していた)する必要が無いので、シリンダボア48やシリンダヘッド40上などの配置スペースの省略化を図ることが可能となる。   As described above in detail, according to the laser ignition device 140 for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention, combustion can be performed only by providing one emission optical system in a cylinder bore (may be provided in the cylinder head 40) or the like. The condensing position of the laser beam emitted into the chamber 44 can be changed. As a result, there is no need to arrange the same number of emission optical systems as the ignition position in the combustion chamber 44 (conventionally, the same number of optical fibers as the ignition position have been installed on the cylinder head or the like). It is possible to omit the arrangement space such as 40.

また、本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置140では、上述のように、車両の運転状況に応じて燃焼室44内の点火位置を変更することができる。この構成によれば、成層燃焼方式において運転状況の変化に伴い最適混合気位置が変化しても、常に最適混合位置での点火が可能となる。従って、内燃機関の燃焼を車両の運転状況に合わせて最適な状態に保つことが可能となる。これにより、未燃燃料の低減、Soot生成の抑制等により燃焼効率が向上し、高効率で低エミッションのエンジンを得ることが可能となる。   In the internal combustion engine laser ignition device 140 according to the tenth embodiment of the present invention, as described above, the ignition position in the combustion chamber 44 can be changed in accordance with the operating state of the vehicle. According to this configuration, even in the stratified combustion system, ignition at the optimum mixing position is always possible even if the optimum mixture position changes as the operating state changes. Therefore, it is possible to keep the combustion of the internal combustion engine in an optimum state in accordance with the driving situation of the vehicle. As a result, the combustion efficiency is improved by reducing unburned fuel, suppressing the generation of soot, and the like, and it is possible to obtain a highly efficient and low emission engine.

なお、上記実施形態では、成層運転時のトルク及びエンジン回転数等を検出して運転状況に応じた運転状況検出信号を生成し、点火位置マップ36b(図3(b)参照)に基づいて、成層運転時のトルクとエンジン回転数との関係から点火位置を決定するようにしていたが、次のようにしても良い。   In the above-described embodiment, the torque and engine revolution speed during stratified operation are detected to generate an operating condition detection signal corresponding to the operating condition, and based on the ignition position map 36b (see FIG. 3B), Although the ignition position is determined from the relationship between the torque during the stratified operation and the engine speed, it may be as follows.

つまり、車両の運転状況として検出する項目をエンジンの特性等に応じてその他の項目に変更すると共に点火位置の設定もエンジンの特性等に応じて種々設定しても良い。   That is, the item detected as the driving state of the vehicle may be changed to other items according to the engine characteristics and the ignition position may be set variously according to the engine characteristics and the like.

また、図22に示されるように、ガルバノミラー138の代わりにポリゴンミラー139を用い、このポリゴンミラー139を回転させることによりマルチプリズム136から燃焼室44内に出射されるレーザ光の集光位置を変更し、点火位置を変更するようにしても良い。   Further, as shown in FIG. 22, a polygon mirror 139 is used instead of the galvanometer mirror 138, and by rotating the polygon mirror 139, the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism 136 into the combustion chamber 44 is changed. It is also possible to change the ignition position.

図1は本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第一実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の動作原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the operating principle of the laser ignition device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. 図3(a)は本発明の第一実施形態に係る点火数マップを示す図、図3(b)は本発明の第一実施形態に係る点火位置マップを示す図である。FIG. 3A is a diagram showing an ignition number map according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing an ignition position map according to the first embodiment of the present invention. 図4は本発明の第一実施形態に係るレーザ制御装置の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the operation of the laser control apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図5は本発明の第一実施形態に係る点火数マップの変形例を示す図である。FIG. 5 is a view showing a modification of the ignition number map according to the first embodiment of the present invention. 図6は本発明の第二実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. 図7は本発明の第三実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 7 is a view showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention. 図8は本発明の第四実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 8 is a view showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention. 図9は本発明の第四実施形態に係るQスイッチ式固体レーザを示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing a Q-switched solid-state laser according to the fourth embodiment of the present invention. 図10は本発明の第五実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the fifth embodiment of the present invention. 図11は本発明の第五実施形態に係るQスイッチ式固体レーザと光ファイバ群とを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a Q-switched solid-state laser and an optical fiber group according to the fifth embodiment of the present invention. 図12は本発明の第六実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 12 is a view showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention. 図13は本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention. 図14は本発明の第七実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の動作原理を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the operating principle of the laser ignition device for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention. 図15は本発明の第七実施形態に係るレーザ制御装置の動作を示す図である。FIG. 15 is a view showing the operation of the laser control apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 図16は本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 16 is a view showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention. 図17は本発明の第八実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の動作原理を示す図である。FIG. 17 is a view showing the operating principle of the laser ignition device for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention. 図18は本発明の第八実施形態に係るレーザ制御装置の動作を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing the operation of the laser control apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. 図19は本発明の第九実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention. 図20は本発明の第九実施形態に係るマルチウェッジ基盤の構成を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the configuration of the multi-wedge base according to the ninth embodiment of the present invention. 図21は本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の構成を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a laser ignition device for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention. 図22は本発明の第十実施形態に係る内燃機関用レーザ点火装置の変形例を示す図である。FIG. 22 is a view showing a modification of the laser ignition device for an internal combustion engine according to the tenth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10,50,60,70,80,90,100,110,130,140 内燃機関用レーザ点火装置
12,72,82,92 レーザ光発振部(レーザ光発振手段)
14,94 レーザ光出射部(レーザ光出射手段)
16,107,126 制御部(制御手段)
18 運転状況検出部(運転状況検出手段)
20,73,83,95 レーザ光源群
24,74,84 レンズアレイ
26,62,76,86,103 Qスイッチ式固体レーザ
28 二焦点レンズ(複数焦点レンズ)
34 エンジンコントローラ(制御手段)
36 レーザ制御装置(制御手段)
44 燃焼室
46 燃焼ガス
52 レンズ群
54 マルチプリズム
96 Qスイッチ式ファイバレーザ群
97a,97b,97c 出射光学系
104 出射ミラー
105,114,124 移動機構
106 凸レンズ
111,121 レーザ光源
113 可動式凹レンズ
123 可動式凸レンズ
132 マルチウェッジ基盤
133 集光レンズ
134 回転機構
135 fθレンズ
136 マルチプリズム
138 ガルバノミラー(反射ミラー)
139 ポリゴンミラー(反射ミラー)
10, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130, 140 Laser ignition device for internal combustion engine 12, 72, 82, 92 Laser light oscillation unit (laser light oscillation means)
14, 94 Laser light emitting part (laser light emitting means)
16, 107, 126 Control unit (control means)
18 Driving status detection unit (Driving status detection means)
20, 73, 83, 95 Laser light source groups 24, 74, 84 Lens array 26, 62, 76, 86, 103 Q-switched solid-state laser 28 Bifocal lens (multifocal lens)
34 Engine controller (control means)
36 Laser control device (control means)
44 Combustion chamber 46 Combustion gas 52 Lens group 54 Multi prism 96 Q-switch type fiber laser groups 97a, 97b, 97c Emitting optical system 104 Emitting mirrors 105, 114, 124 Moving mechanism 106 Convex lenses 111, 121 Laser light source 113 Movable concave lens 123 Movable Type convex lens 132 multi-wedge base 133 condensing lens 134 rotating mechanism 135 fθ lens 136 multi-prism 138 galvanometer mirror (reflection mirror)
139 Polygon mirror (reflection mirror)

Claims (14)

内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、
複数の異なる発振パターンのレーザ光を発振可能なレーザ光発振手段と、
前記レーザ光発振手段から発振されたレーザ光が入射されることに伴って前記燃焼室内にレーザ光を出射すると共に該レーザ光の前記燃焼室内の集光数及び集光位置の少なくとも一方を前記レーザ光発振手段から発振されたレーザ光の発振パターンに応じて変更するレーザ光出射手段と、
前記レーザ光出射手段から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
In a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A laser beam oscillation means capable of oscillating a plurality of laser beams having different oscillation patterns;
The laser beam emitted from the laser beam oscillation means is incident on the laser beam, and the laser beam is emitted into the combustion chamber. Laser light emitting means for changing the laser light emitted from the light oscillating means according to the oscillation pattern;
Control to vary the oscillation pattern of the laser light oscillated from the laser light oscillation means so that at least one of the number of condensing numbers and the position of the laser light emitted from the laser light emitting means into the combustion chamber is changed. Means,
A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising:
前記レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズアレイと、
前記レンズアレイから出射された各レーザ光が集光されると共に該各レーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、
前記レーザ光出射手段は、前記Qスイッチ式固体レーザから発振された各レーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで前記燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズを有して構成され、
前記制御手段は、前記複数焦点レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることで前記Qスイッチ式固体レーザにおけるレーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
The laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light,
A lens array including a plurality of lenses on which each laser beam oscillated from the laser light source group is incident and focuses each laser beam;
Each laser beam emitted from the lens array is condensed and configured to have a Q-switched solid-state laser capable of oscillating the laser beam from a position corresponding to the condensing position of each laser beam,
The laser beam emitting means receives each laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser and emits laser beam emitted into the combustion chamber in a central region and a peripheral region radially outside the central region. Consists of multifocal lenses with different focal lengths,
The control unit is configured to emit laser light from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group so that at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed. A laser light source that oscillates light is selected, and laser light is oscillated from the laser light source, whereby the laser light is oscillated from a position corresponding to the converging position of the laser light in the Q-switched solid-state laser. Item 2. A laser ignition device for an internal combustion engine according to Item 1.
前記レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズアレイと、
前記レンズアレイから出射された各レーザ光が集光されると共に該各レーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、
前記レーザ光出射手段は、前記Qスイッチ式固体レーザから発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を集光させるレンズを複数備えたレンズ群と、
前記レンズ群から出射された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光を前記燃焼室内の互いに異なる方向へ屈折する屈折面を複数備えたマルチプリズムと、を有して構成され、
前記制御手段は、前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることで前記Qスイッチ式固体レーザにおけるレーザ光の集光位置に対応する位置からそれぞれレーザ光を発振させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
The laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light,
A lens array including a plurality of lenses on which each laser beam oscillated from the laser light source group is incident and focuses each laser beam;
Each laser beam emitted from the lens array is condensed and configured to have a Q-switched solid-state laser capable of oscillating the laser beam from a position corresponding to the condensing position of each laser beam,
The laser beam emitting means includes a lens group including a plurality of lenses on which each laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser is incident and collects each laser beam;
A multi-prism having a plurality of refractive surfaces on which each laser beam emitted from the lens group is incident and which refracts each laser beam in different directions in the combustion chamber,
The control means is configured to emit laser light from a plurality of laser light sources provided in the laser light source group so that at least one of the number of condensing numbers and condensing positions of laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed. The laser light is oscillated from a position corresponding to a condensing position of the laser light in the Q-switch type solid-state laser by selecting a laser light source that oscillates and oscillating laser light from the laser light source. 2. A laser ignition device for an internal combustion engine according to 1.
前記レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を集光させるレンズと、
前記レンズから出射されたレーザ光が集光されると共に該レーザ光の強度分布に応じた広がり角度を有するレーザ光を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、を有して構成され、
前記レーザ光出射手段は、前記Qスイッチ式固体レーザから発振されたレーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで前記燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズを有して構成され、
前記制御手段は、前記複数焦点レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光源から発振されるレーザ光の強度分布を制御することにより前記Qスイッチ式固体レーザから発振されるレーザ光の広がり角度を変更することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
The laser light oscillation means includes a laser light source capable of oscillating laser light,
A lens on which the laser light oscillated from the laser light source is incident and collects the laser light;
A Q-switch type solid-state laser that is capable of oscillating a laser beam having a spread angle corresponding to the intensity distribution of the laser beam while condensing the laser beam emitted from the lens,
The laser beam emitting means receives the laser beam oscillated from the Q-switched solid-state laser and focuses the laser beam emitted into the combustion chamber in a central region and a peripheral region radially outside the central region. Consists of multifocal lenses with different distances,
The control means controls the intensity distribution of the laser light oscillated from the laser light source so that at least one of the number of condensing and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed. 2. The laser ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the spread angle of the laser light oscillated from the Q-switched solid-state laser is changed.
前記レーザ光発振手段は、レーザ光を発振可能なレーザ光源を複数備えたレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発振された各レーザ光が入射されると共に該各レーザ光によって励起されてレーザ光を発振可能なQスイッチ式ファイバレーザを複数備えたファイバレーザ群と、を有して構成され、
前記レーザ光出射手段は、前記ファイバレーザ群の各ファイバレーザから発振された各レーザ光がそれぞれ入射されると共に該各レーザ光を集光又は偏向しながら前記燃焼室内に集光する複数の出射光学系を有して構成され、
前記制御手段は、前記複数の出射光学系から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光源群に備えられた複数のレーザ光源からレーザ光を発振するレーザ光源を選択し該レーザ光源からレーザ光を発振させることで前記ファイバレーザ群のファイバレーザからそれぞれレーザ光を発振させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
The laser light oscillation means includes a laser light source group including a plurality of laser light sources capable of oscillating laser light,
A fiber laser group including a plurality of Q-switched fiber lasers that receive each laser beam oscillated from the laser light source group and are excited by each laser beam to oscillate the laser beam. ,
The laser beam emitting means receives a plurality of laser beams emitted from the fiber lasers of the fiber laser group and collects the laser beams in the combustion chamber while condensing or deflecting the laser beams. Configured with a system,
The control means includes a plurality of laser light sources provided in the laser light source group so that at least one of the number of condensing numbers and condensing positions of laser light emitted from the plurality of emitting optical systems into the combustion chamber is changed. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a laser beam is emitted from a fiber laser of the fiber laser group by selecting a laser light source that oscillates laser light from the laser light source and oscillating the laser light from the laser light source. Laser ignition device.
車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて前記レーザ光出射手段から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記レーザ光発振手段から発振されるレーザ光の発振パターンを異ならせることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
Comprising driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle;
The control means changes at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the laser light emitting means into the combustion chamber in accordance with the operating condition detected by the operating condition detecting means. The laser ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the oscillation pattern of the laser beam oscillated from the laser beam oscillation means is varied.
内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、
レーザ光を発振可能なQスイッチ式固体レーザと、
前記固体レーザに対して光軸方向に移動自在に配置されると共に、前記固体レーザとで光共振器を構成し、前記固体レーザと光軸方向に離間した距離に応じた広がり角度を有するレーザ光を出射可能な出射ミラーと、
前記出射ミラーを光軸方向に移動させる移動機構と、
前記出射ミラーから出射されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を前記燃焼室内に出射する凸レンズと、
前記凸レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記移動機構を制御して前記出射ミラーを光軸方向に移動させることにより前記出射ミラーから出射されるレーザ光の広がり角度を変更する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
In a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A Q-switched solid-state laser capable of oscillating laser light;
A laser beam that is arranged to be movable in the optical axis direction with respect to the solid-state laser, and that forms an optical resonator with the solid-state laser and has a spread angle corresponding to a distance apart from the solid-state laser in the optical axis direction. An output mirror capable of emitting
A moving mechanism for moving the exit mirror in the optical axis direction;
A convex lens that receives the laser beam emitted from the exit mirror and emits the laser beam into the combustion chamber;
Laser light emitted from the exit mirror by moving the exit mirror in the optical axis direction by controlling the moving mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the convex lens into the combustion chamber is changed. Control means for changing the spread angle of
A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising:
車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて前記凸レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記移動機構を制御して前記出射ミラーを光軸方向に移動させることにより前記出射ミラーから出射されるレーザ光の広がり角度を変更することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
Comprising driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle;
The control means controls the moving mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the convex lens into the combustion chamber is changed in accordance with the operating condition detected by the operating condition detecting means, and the emission is performed. The laser ignition device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein a spread angle of the laser light emitted from the emission mirror is changed by moving the mirror in the optical axis direction.
内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、
レーザ光を発振可能なレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光の光軸方向に移動自在に配置された可動式凹レンズと、
前記可動式凹レンズを光軸方向へ移動させる移動機構と、
前記可動式凹レンズから出射されたレーザ光が入射されると共に中心領域と該中心領域よりも径方向外側の周辺領域とで前記燃焼室内に出射するレーザ光の焦点距離が異なる複数焦点レンズと、
前記複数焦点レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記移動機構を制御して前記可動式凹レンズを光軸方向へ移動させることにより前記複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
In a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A laser light source capable of oscillating laser light;
A movable concave lens on which laser light oscillated from the laser light source is incident and which is arranged to be movable in the optical axis direction of the laser light;
A moving mechanism for moving the movable concave lens in the optical axis direction;
A multifocal lens in which the laser light emitted from the movable concave lens is incident and the focal length of the laser light emitted into the combustion chamber is different between a central region and a peripheral region radially outward from the central region;
The movable concave lens is moved in the optical axis direction by controlling the moving mechanism so that at least one of the number of condensings and the condensing position of laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber is changed. Control means for changing the diameter of the laser light incident on the multifocal lens by:
A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising:
車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて前記複数焦点レンズから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光数及び集光位置の少なくとも一方が変更されるように前記移動機構を制御して前記可動式凹レンズを光軸方向へ移動させることにより前記複数焦点レンズに入射するレーザ光の直径を変更することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
Comprising driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle;
The control means is configured to change at least one of the number of condensing numbers and the condensing position of the laser light emitted from the multifocal lens into the combustion chamber according to the operating condition detected by the operating condition detecting means. 10. The laser ignition for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the diameter of the laser light incident on the multifocal lens is changed by controlling the moving mechanism to move the movable concave lens in the optical axis direction. apparatus.
内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、
レーザ光を発振可能なレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されたレーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズから出射されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転自在に配置されると共に前記集光レンズから出射されたレーザ光を互いに異なる方向へ屈折して前記燃焼室内に出射する屈折面を回転方向に複数有して構成されたマルチウェッジ基盤と、
前記マルチウェッジ基盤を前記集光レンズから出射されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転させる回転機構と、
前記マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記マルチウェッジ基盤を回転させることにより該マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
In a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A laser light source capable of oscillating laser light;
A condenser lens that condenses the laser light emitted from the laser light source;
The laser beam emitted from the condenser lens is rotatably arranged with the direction intersecting with the optical axis direction of the laser light as a rotation axis, and the laser beams emitted from the condenser lens are refracted in different directions to enter the combustion chamber. A multi-wedge base configured with a plurality of refracting surfaces in the rotational direction;
A rotation mechanism that rotates the multi-wedge base around a direction that intersects the optical axis direction of the laser light emitted from the condenser lens;
The rotation mechanism is controlled to rotate the multi-wedge base so that the condensing position of the laser light emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber is changed, and the multi-wedge base is emitted into the combustion chamber. Control means for changing the direction of the laser beam to be emitted;
A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising:
車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて前記マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記マルチウェッジ基盤を回転させることにより該マルチウェッジ基盤から前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更することを特徴とする請求項11に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
Comprising driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle;
The control means controls the rotation mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber is changed according to the operating condition detected by the operating condition detecting means. The laser ignition device for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the direction of laser light emitted from the multi-wedge base into the combustion chamber is changed by rotating the multi-wedge base.
内燃機関の燃焼室内にレーザ光を集光させることにより前記燃焼室内の燃焼ガスを点火させる内燃機関用レーザ点火装置において、
レーザ光を発振可能なレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転自在に配置されると共に前記レーザ光源から発振されたレーザ光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーを前記レーザ光源から発振されたレーザ光の光軸方向と交わる方向を回転軸として回転させる回転機構と、
前記反射ミラーによって反射されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を集光させるfθレンズと、
前記fθレンズから出射されたレーザ光が入射されると共に該レーザ光を前記燃焼室内の互いに異なる方向へ屈折する屈折面を複数備えたマルチプリズムと、
前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記反射ミラーを回転させることにより前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
In a laser ignition device for an internal combustion engine that ignites combustion gas in the combustion chamber by condensing laser light in the combustion chamber of the internal combustion engine,
A laser light source capable of oscillating laser light;
A reflection mirror that is rotatably arranged with a direction intersecting the optical axis direction of the laser light oscillated from the laser light source as a rotation axis and reflects the laser light oscillated from the laser light source;
A rotation mechanism that rotates the reflection mirror around a direction that intersects the optical axis direction of the laser light emitted from the laser light source;
An fθ lens on which the laser beam reflected by the reflecting mirror is incident and collects the laser beam;
A multi-prism having a plurality of refracting surfaces on which laser light emitted from the fθ lens is incident and refracted in different directions in the combustion chamber;
A laser emitted from the multi-prism into the combustion chamber by controlling the rotating mechanism and rotating the reflecting mirror so that a condensing position of laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed. Control means for changing the direction of the light;
A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising:
車両の運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
前記制御手段は、前記運転状況検出手段により検出された運転状況に応じて前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の集光位置が変更されるように前記回転機構を制御して前記反射ミラーを回転させることにより前記マルチプリズムから前記燃焼室内に出射されるレーザ光の方向を変更することを特徴とする請求項13に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
Comprising driving state detecting means for detecting the driving state of the vehicle;
The control means controls the rotating mechanism so that the condensing position of the laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed according to the operating condition detected by the operating condition detecting means. The laser ignition device for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the direction of laser light emitted from the multi-prism into the combustion chamber is changed by rotating a reflection mirror.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121247A (en) * 2007-11-12 2009-06-04 Toyota Central R&D Labs Inc Laser ignition device, internal combustion engine and laser ignition method
JP2012117535A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 General Electric Co <Ge> Advanced optics and optical access for laser ignition system for gas turbine including aircraft engine
EP2496827A1 (en) * 2009-11-06 2012-09-12 Robert Bosch GmbH Laser ignition plug
JP2014119681A (en) * 2012-12-19 2014-06-30 Casio Comput Co Ltd Light source device and projector
JP2020133394A (en) * 2019-02-12 2020-08-31 大阪瓦斯株式会社 Engine system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009121247A (en) * 2007-11-12 2009-06-04 Toyota Central R&D Labs Inc Laser ignition device, internal combustion engine and laser ignition method
EP2496827A1 (en) * 2009-11-06 2012-09-12 Robert Bosch GmbH Laser ignition plug
JP2013510258A (en) * 2009-11-06 2013-03-21 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 spark plug
JP2012117535A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 General Electric Co <Ge> Advanced optics and optical access for laser ignition system for gas turbine including aircraft engine
JP2014119681A (en) * 2012-12-19 2014-06-30 Casio Comput Co Ltd Light source device and projector
JP2020133394A (en) * 2019-02-12 2020-08-31 大阪瓦斯株式会社 Engine system
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