JP2010101266A - Laser spark plug, laser igniter and engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser spark plug, a laser igniter and an engine exhibiting stable ignition performance by low electric power consumption. <P>SOLUTION: This laser igniter includes a laser device 1, an optical fiber 2 being a transmission passage, and the laser spark plug G. This laser spark plug G includes a lens device 3 and a target T. The laser device 1 output a laser beam to be made incident on the transmission passage 2. The lens device 3 is connected to the transmission passage 2, and emits the laser beam so as to be condensed to the target T. A characteristic of this invention is in a point that the target T includes an oxidation catalyst 41. This oxidation catalyst 41 can produce large explosive force for promoting oxidation combustion of combustion gas by this heat when generating heat by condensing the laser beam to the target. The oxidation catalyst 41 is generally hardly consumed, and has a property of being semipermanently usable, and is substantially unrelated to the secular deterioration. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ点火プラグ、レーザ着火装置と、及び、それを用いたエンジンに関する。   The present invention relates to a laser spark plug, a laser ignition device, and an engine using the same.

近年、従来の点火プラグに代わるものとして、レーザ着火装置を用いたエンジンの開発が進められている。この方式によれば、レーザ光の集光位置の制御が可能であるため、固定位置でしか着火できない点火プラグとは異なり、瞬間的に複数箇所で着火させることによって燃焼ガスの燃焼効率を向上させることができる。このため、省エネルギの観点からCOの排出量を削減する技術として大きな期待が寄せられている。 In recent years, an engine using a laser ignition device has been developed as an alternative to a conventional spark plug. According to this method, since the condensing position of the laser beam can be controlled, unlike the spark plug that can be ignited only at the fixed position, the combustion efficiency of the combustion gas is improved by instantaneously igniting at a plurality of locations. be able to. For this reason, there is great expectation as a technique for reducing CO 2 emission from the viewpoint of energy saving.

また、レーザ着火装置は、点火プラグのように大きなノイズを発生させることがないため、エンジン周辺の電気回路への悪影響を低減することができるという特徴もある。このため、レーザ着火装置は、対ノイズ用シールドやノイズフィルタなどの設備を省くことができるとともに、例えば電源ラインに制御信号を重畳させることにより配線数を減少させることが可能となる点においても有利である。   Further, the laser ignition device does not generate a large noise unlike an ignition plug, and thus has a feature that an adverse effect on an electric circuit around the engine can be reduced. For this reason, the laser ignition device can save equipment such as a shield for noise and a noise filter, and is advantageous in that the number of wirings can be reduced by superimposing a control signal on a power supply line, for example. It is.

レーザ着火装置を用いるにあたっては、レーザ装置にはありがちな消費電力の問題に加えて、着火性能の安定化という特有の問題を克服しなければならない。例えば特許文献1では、エンジンの回転数に応じてレンズ位置を制御するレンズ駆動装置を設けることによって、レーザ光を常に所定位置に集光させる技術が開示されている。また、特許文献2では、レーザ光の光路上に設置された複数のウェッジ基板を異なる回転数で回転させ、レーザ光を広範囲に揺動させることによって、レーザ光の焦点位置であるターゲットの磨耗を低減する技術が開示されている。   In using the laser ignition device, in addition to the problem of power consumption that is common in laser devices, the unique problem of stabilizing the ignition performance must be overcome. For example, Patent Document 1 discloses a technique for always condensing laser light at a predetermined position by providing a lens driving device that controls the lens position in accordance with the rotational speed of the engine. Further, in Patent Document 2, the plurality of wedge substrates installed on the optical path of the laser light are rotated at different rotational speeds, and the laser light is swung over a wide range, thereby reducing the wear of the target that is the focal position of the laser light. Techniques for reducing are disclosed.

しかしながら、これらの開示技術は、何れも複雑な機構を有しているために高精度の制御が必要とされ、また、結局のところ、レーザ光をピストン自体に集光させるために、ターゲットの磨耗の問題が根本的には解決されていない。また、特許文献3の開示技術のように、プリズムを用いてターゲットの選択の自由度を向上することにより着火性能の安定化をはかることもできるが、プリズムに高い精度が要求されるために、やはり実用的とは言いがたい。
特開平7−217521号公報 特開平9−42138号公報 特開2006−132492号公報
However, these disclosed technologies all have complicated mechanisms, so that high-precision control is required. After all, in order to focus the laser beam on the piston itself, target wear occurs. The problem is not fundamentally solved. In addition, as disclosed in Patent Document 3, it is possible to stabilize the ignition performance by improving the degree of freedom of target selection using a prism, but since high accuracy is required for the prism, After all it is hard to say that it is practical.
JP-A-7-217521 Japanese Patent Laid-Open No. 9-42138 JP 2006-132492 A

本発明の課題は、低消費電力で安定した着火性能を発揮するレーザ点火プラグ、及びレーザ着火装置、及びエンジンを提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser ignition plug, a laser ignition device, and an engine that exhibit stable ignition performance with low power consumption.

上述した課題を解決するため、本発明に係るレーザ点火プラグは、レンズ装置と、ターゲットとを含む。前記レンズ装置は、入射したレーザ光を前記ターゲットに集光させる。   In order to solve the above-described problems, a laser spark plug according to the present invention includes a lens device and a target. The lens device focuses incident laser light on the target.

本発明に係るレーザ点火プラグの特徴は、前記ターゲットが酸化触媒を含む点にある。この酸化触媒は、燃焼ガス雰囲気内でレーザ光をターゲットに集光して熱を発生させたときに、この熱による燃焼ガスの酸化燃焼を促進するため、大きな爆発力を生み出すことができる。また、酸化触媒は、一般的に消耗しにくく、半永久的に使用できるという性質を持つため、実質的に経年劣化とは無縁である。   The laser spark plug according to the present invention is characterized in that the target includes an oxidation catalyst. Since this oxidation catalyst promotes the oxidative combustion of the combustion gas by the heat when the laser beam is focused on the target in the combustion gas atmosphere to generate heat, it can generate a large explosive force. In addition, the oxidation catalyst is generally hardly consumed and has a property that it can be used semipermanently, so it is substantially free from deterioration over time.

このため、本発明に係るレーザ点火プラグは、安定した着火性能を発揮するとともに、レーザ光に必要とされるパワーを低く抑えることができ、消費電力を低減することができる。   For this reason, the laser spark plug according to the present invention can exhibit stable ignition performance, suppress the power required for the laser light, and reduce power consumption.

また、本発明に係るレーザ着火装置は、レーザ装置と、伝送路と、レーザ点火プラグとを含む。前記レーザ装置は、レーザ光を出力して前記伝送路に入射させる。前記レーザ点火プラグは、上述したレーザ点火プラグであり、前記レンズ装置は、前記伝送路に接続されている。   The laser ignition device according to the present invention includes a laser device, a transmission path, and a laser spark plug. The laser device outputs laser light and makes it incident on the transmission path. The laser spark plug is the above-described laser spark plug, and the lens device is connected to the transmission path.

本発明に係るレーザ着火装置は、上述したレーザ点火プラグを構成に含んでいるから、同様の効果を奏するのは自明である。   Since the laser ignition device according to the present invention includes the above-described laser ignition plug in its configuration, it is obvious that the same effect can be obtained.

さらに、本発明に係るエンジンは、レーザ着火装置と、シリンダヘッドとを含む。前記レーザ着火装置は、上述したレーザ着火装置であり、前記レンズ装置は、前記シリンダヘッドに設けられ、前記ターゲットは、前記シリンダヘッドの燃焼室に配置されている。前記レーザ装置は、エンジンの回転に同期して前記レーザ光を出力する。   Furthermore, the engine according to the present invention includes a laser ignition device and a cylinder head. The laser ignition device is the laser ignition device described above, the lens device is provided in the cylinder head, and the target is disposed in a combustion chamber of the cylinder head. The laser device outputs the laser light in synchronization with engine rotation.

本発明に係るエンジンによれば、ターゲットが燃焼室に設けられているので、燃焼室において、エンジンの回転に同期した着火を行うことができる。本発明に係るエンジンは、上述したレーザ着火装置を構成に含んでいるから、同様の効果を奏するのは自明である。   According to the engine of the present invention, since the target is provided in the combustion chamber, ignition in synchronization with the rotation of the engine can be performed in the combustion chamber. Since the engine according to the present invention includes the above-described laser ignition device, it is obvious that the same effect can be obtained.

以上述べたように、本発明によれば、低消費電力で安定した着火性能を発揮するレーザ点火プラグ、及びレーザ着火装置、及びエンジンを提供することである。   As described above, according to the present invention, there is provided a laser ignition plug, a laser ignition device, and an engine that exhibit stable ignition performance with low power consumption.

図1に、本発明に係るレーザ点火プラグ及びレーザ着火装置を示す。レーザ着火装置は、レーザ装置1と、伝送路である光ファイバ2と、レーザ点火プラグGとを含み、このレーザ点火プラグGは、レンズ装置3と、ターゲットTとを含む。   FIG. 1 shows a laser ignition plug and a laser ignition device according to the present invention. The laser ignition device includes a laser device 1, an optical fiber 2 serving as a transmission path, and a laser spark plug G. The laser spark plug G includes a lens device 3 and a target T.

レーザ装置1は、パルス信号によって駆動される一般的な半導体レーザ装置であって、レーザ光を出力して光ファイバ2に入射させる。レーザ光としては、着火を容易にするために、例えば熱エネルギが大きい赤外線(IR)レーザを採用することができる。また、本実施形態の伝送路としては光ファイバを挙げているが、低損失でレーザ光を伝送できるものであれば、ミラーやプリズムなどの他の光学部品を用いて伝送路を構成することも可能である。   The laser device 1 is a general semiconductor laser device driven by a pulse signal, and outputs a laser beam to enter the optical fiber 2. As the laser light, for example, an infrared (IR) laser having a large thermal energy can be adopted in order to facilitate ignition. In addition, although an optical fiber is cited as the transmission line of the present embodiment, the transmission line may be configured using other optical components such as a mirror and a prism as long as laser light can be transmitted with low loss. Is possible.

レンズ装置3は、光ファイバ2に接続され、入射したレーザ光をターゲットTに集光させる。このレンズ装置3は、対物レンズ31と、セルフォックレンズ32と、先端カバー33と、胴体カバー34と、ストッパ35と、後端カバー36とを含む。   The lens device 3 is connected to the optical fiber 2 and focuses the incident laser light on the target T. The lens device 3 includes an objective lens 31, a Selfoc lens 32, a front end cover 33, a body cover 34, a stopper 35, and a rear end cover 36.

セルフォックレンズ32は、レーザ光の光軸を合わせて光ファイバ2と接続されている。接続にあたっては、セルフォックレンズ32の端面は平面であるから、光ファイバ2との光軸合わせが非常に容易となる。また、セルフォックレンズ32は、量産性に優れているという利点もあるので、コスト面のメリットも得られる。なお、セルフォックレンズ32は、その特徴的な屈折率分布のため、レンズ長により結像特性が変化するという特性を備えるので、光学的な観点から最適な長さにする必要がある。光ファイバ2からセルフォックレンズ32に入射したレーザ光は、さらに対物レンズ31へと入射する。   The Selfoc lens 32 is connected to the optical fiber 2 with the optical axis of the laser light aligned. In connection, since the end surface of the SELFOC lens 32 is a flat surface, the optical axis alignment with the optical fiber 2 becomes very easy. Further, since the SELFOC lens 32 has an advantage that it is excellent in mass productivity, a merit in cost can be obtained. Since the SELFOC lens 32 has a characteristic that its imaging characteristic changes depending on the lens length because of its characteristic refractive index distribution, the SELFOC lens 32 needs to have an optimum length from an optical viewpoint. The laser light incident on the SELFOC lens 32 from the optical fiber 2 further enters the objective lens 31.

対物レンズ31は、セルフォックレンズ32と光学的に接続され、レーザ光の光線を、光路Lに沿って、ターゲットT上の焦点Pに収束させる。対物レンズ31としては、凸レンズなどの一般的な集光レンズであれば何れのタイプでも採用できるが、後述するようなエンジンへの適用を視野に入れると、石英やサファイアなどの耐熱性の高い材質で形成したものが望ましい。   The objective lens 31 is optically connected to the SELFOC lens 32 and converges the light beam of the laser beam along the optical path L to the focal point P on the target T. As the objective lens 31, any type of general condensing lens such as a convex lens can be used, but considering the application to the engine as described later, a material having high heat resistance such as quartz and sapphire. What was formed in is desirable.

また、対物レンズ31は、レーザ光による燃焼に直接的にさらされるため、表面には燃焼で生じたカーボンなどの生成物が付着してしまうことが考えられる。しかし、この付着物は、レーザ光の照射により飛散して、除去されるために問題とならない。付着物の除去は、着火時のレーザ光の照射により行ってもよいし、あるいは、これとは別に、クリーニングを目的とした定期的なレーザ光の照射により行ってもよい。   In addition, since the objective lens 31 is directly exposed to combustion by laser light, it is considered that products such as carbon generated by the combustion adhere to the surface. However, this deposit is not a problem because it is scattered and removed by irradiation with laser light. The removal of the adhering matter may be performed by irradiation with laser light at the time of ignition, or may be performed separately by irradiation with periodic laser light for the purpose of cleaning.

対物レンズ31は、先端カバー33によって支持され、ターゲットTに向かって露出している。先端カバー33は、頂点が開口した略円錐形状をなし、この開口から対物レンズ31が露出している。対物レンズ31は、ターゲットTの位置に合わせて焦点Pを設定できるように、先端カバー33内で自在に傾斜及び回転させることができる。なお、光軸方向に沿った焦点Pの調節は、セルフォックレンズ32の長さを調整することによっても可能である。   The objective lens 31 is supported by the tip cover 33 and is exposed toward the target T. The tip cover 33 has a substantially conical shape with an apex opened, and the objective lens 31 is exposed from the opening. The objective lens 31 can be freely tilted and rotated in the tip cover 33 so that the focal point P can be set in accordance with the position of the target T. The focal point P along the optical axis direction can be adjusted by adjusting the length of the Selfoc lens 32.

セルフォックレンズ32は、先端カバー33と胴体カバー34にわたって収納され、支持されている。胴体カバー34は、筒状のケースであり、その側面、つまり、レンズ装置3の外周面には固定用の螺子溝Cが形成されている。この螺子溝Cを従来の点火プラグの螺子溝と一致するように形成することによって、エンジンに取り付けられた点火プラグを、本発明に係るレーザ点火プラグGに容易に置き換えることができるという特有の効果が得られる。   The Selfoc lens 32 is housed and supported over the front end cover 33 and the body cover 34. The body cover 34 is a cylindrical case, and a fixing screw groove C is formed on the side surface thereof, that is, on the outer peripheral surface of the lens device 3. By forming the screw groove C so as to coincide with the screw groove of the conventional spark plug, the spark plug attached to the engine can be easily replaced with the laser spark plug G according to the present invention. Is obtained.

胴体カバー34の先端カバー33側の一端からは、板状の連結部材37が延びており、この連結部材37がターゲットTの保持板42に一体的に接続されることにより、ターゲットTは、レンズ装置3と対向するように保持されている。このときの保持位置は、セルフォックレンズ32と対物レンズ31の調節により決定される焦点距離に従う。   A plate-like connecting member 37 extends from one end of the body cover 34 on the front end cover 33 side, and the connecting member 37 is integrally connected to the holding plate 42 of the target T. It is held so as to face the device 3. The holding position at this time follows the focal length determined by adjusting the SELFOC lens 32 and the objective lens 31.

また、胴体カバー34の両端には、先端カバー33とストッパ35にそれぞれ接続されている。   Further, both ends of the body cover 34 are connected to a tip cover 33 and a stopper 35, respectively.

ストッパ35は、胴体カバー34よりも大きな径を有するリング状部材であって、螺子溝Cでレンズ装置3を螺子固定するにあたり、固定位置を確定させるために設けられている。ストッパ35の後端側は、後端カバー36と接続されている。   The stopper 35 is a ring-shaped member having a larger diameter than the body cover 34, and is provided to fix the fixing position when the lens device 3 is screwed in the screw groove C. The rear end side of the stopper 35 is connected to the rear end cover 36.

後端カバー36は、頂点が開口した略円錐形状をなし、この開口から光ファイバ2が内部へと導入されている。なお、先端カバー33と胴体カバー34とストッパ35と後端カバー36の材質については、エンジンへの適用を視野に入れると、イリジウムなどの耐熱性の高い金属材料を用いるのが望ましい。これは、連結部材37と保持板42についても同様である。   The rear end cover 36 has a substantially conical shape with an apex opened, and the optical fiber 2 is introduced into the inside through the opening. As for the materials of the front end cover 33, the body cover 34, the stopper 35, and the rear end cover 36, it is desirable to use a metal material having high heat resistance such as iridium in view of application to the engine. The same applies to the connecting member 37 and the holding plate 42.

ここまで述べたレーザ装置1、伝送路2、レンズ装置3、ターゲットTという構成は、従来技術に見られるが、本発明に係るレーザ点火プラグ及びレーザ着火装置の特徴は、ターゲットTが酸化触媒41を含む点にある。この酸化触媒41は、保持板42の上に固着され、燃焼ガス雰囲気内でレーザ光をターゲットに集光して熱を発生させたときに、この熱による燃焼ガスの酸化燃焼を促進するため、大きな爆発力を生み出すことができる。また、酸化触媒41は、一般的に消耗しにくく、半永久的に使用できるという性質を持つため、実質的に経年劣化とは無縁である。   The configurations of the laser device 1, the transmission path 2, the lens device 3, and the target T described so far can be found in the prior art. The feature of the laser spark plug and the laser ignition device according to the present invention is that the target T is an oxidation catalyst 41. It is in the point including. The oxidation catalyst 41 is fixed on the holding plate 42, and when the laser light is collected on the target in the combustion gas atmosphere to generate heat, the oxidation catalyst 41 promotes oxidative combustion of the combustion gas by this heat. Can produce a large explosive power. In addition, the oxidation catalyst 41 is generally hardly consumed and has a property that it can be used semi-permanently, so it is substantially free from aging.

酸化触媒41としては、エンジンへの適用を前提とすると、五酸化バナジウム又は白金が好適である。とりわけ、五酸化バナジウムの場合、消耗してバナジウムに変化しても、酸化により再度、五酸化バナジウムに戻るという特徴を有している。   As the oxidation catalyst 41, vanadium pentoxide or platinum is preferable on the assumption of application to an engine. In particular, vanadium pentoxide has a feature that, even if it is consumed and changed to vanadium, it returns to vanadium pentoxide again by oxidation.

このため、本発明に係るレーザ着火装置は、安定した着火性能を発揮するとともに、レーザ光に必要とされるパワーを低く抑えることができ、消費電力を低減することができる。   For this reason, the laser ignition device according to the present invention can exhibit stable ignition performance, suppress the power required for the laser light, and reduce power consumption.

次に、本発明に係るレーザ着火装置の他の実施形態とともに、これを適用したエンジンについて説明する。図2は、本発明に係るレーザ着火装置を適用したエンジンを示す。   Next, an engine to which the laser ignition device according to another embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 2 shows an engine to which the laser ignition device according to the present invention is applied.

エンジンは、上述したレーザ着火装置と、燃料噴射制御部10と、シリンダCとを含んでおり、このシリンダCは、シリンダヘッド5と、ピストン71と、ピストンロッド72と、吸気バルブ61と、排気バルブ62とを含む。   The engine includes the above-described laser ignition device, the fuel injection control unit 10, and the cylinder C. The cylinder C includes the cylinder head 5, the piston 71, the piston rod 72, the intake valve 61, the exhaust gas, and the exhaust gas. And a valve 62.

公知のように、エンジンの動作は、吸気バルブ61により混合気が燃焼室Rへと導かれ、混合気に着火して得た爆発力によりピストン71、及びピストンロッド72を駆動し、残った排気ガスを排気バルブ62により排出するというものである。ここで、符号D1〜D3は、それぞれ、吸気バルブ61、排気バルブ62、ピストン71の駆動方向を示している。   As known in the art, the air-fuel mixture is guided to the combustion chamber R by the intake valve 61 and the piston 71 and the piston rod 72 are driven by the explosive force obtained by igniting the air-fuel mixture. The gas is discharged by the exhaust valve 62. Here, reference signs D1 to D3 indicate driving directions of the intake valve 61, the exhaust valve 62, and the piston 71, respectively.

本発明に係るレーザ点火プラグ及びレーザ着火装置は、このようなエンジンにおいて、従来の点火プラグを代替するものとして適用される。   The laser spark plug and the laser ignition device according to the present invention are applied as an alternative to the conventional spark plug in such an engine.

レンズ装置3は、シリンダヘッド5に設けられている。具体的には、レンズ装置3は、従来の点火プラグが設けられている位置、つまりシリンダヘッド5上部のプラグ穴53に螺子固定されている。この螺子固定は、上述したように、胴体カバー34に形成された螺子溝Cにより可能となる。レンズ装置3から出射したレーザ光は、光路Lに沿ってターゲットTに集光される。ターゲットTは、シリンダヘッド5の燃焼室Rに配置されている。   The lens device 3 is provided on the cylinder head 5. Specifically, the lens device 3 is screwed in a position where a conventional spark plug is provided, that is, in the plug hole 53 in the upper part of the cylinder head 5. As described above, the screw can be fixed by the screw groove C formed in the body cover 34. The laser light emitted from the lens device 3 is focused on the target T along the optical path L. The target T is disposed in the combustion chamber R of the cylinder head 5.

レーザ装置1は、エンジン制御装置からパルス波の同期信号Sを受信し、これに基づき、エンジンの回転に同期してレーザ光を出力する。上述したようにターゲットTは燃焼室Rに設けられているので、燃焼室Rにおいて、エンジンの回転に同期して着火し、混合気を酸化燃焼させることができる。   The laser device 1 receives a synchronization signal S of a pulse wave from the engine control device, and based on this, outputs a laser beam in synchronization with the rotation of the engine. As described above, since the target T is provided in the combustion chamber R, in the combustion chamber R, ignition can be performed in synchronization with the rotation of the engine, and the air-fuel mixture can be oxidized and burned.

このように、本発明に係るエンジンは、上述したレーザ着火装置を構成に含んでいるから、同様の効果を奏するのは自明であるが、本実施形態では、これだけに留まらない。本実施形態に係るレーザ着火装置は、上述した構成に追加して、ビームスプリッタ8と、温度検出装置9とを含んでおり、さらに、この温度検出装置9は、光学フィルタ91と、受光素子92と、温度検出部93とを含み、燃焼室Rにおける燃焼温度を検出できるという特徴的な効果を奏するからである。これについて、以下に説明する。   As described above, since the engine according to the present invention includes the above-described laser ignition device, it is obvious that the same effect can be obtained. However, the present embodiment is not limited to this. The laser ignition device according to the present embodiment includes a beam splitter 8 and a temperature detection device 9 in addition to the above-described configuration. The temperature detection device 9 further includes an optical filter 91 and a light receiving element 92. This is because there is a characteristic effect that the combustion temperature in the combustion chamber R can be detected. This will be described below.

ビームスプリッタ8は、光ファイバ2に接続され、レンズ装置3を介して得たターゲットTの燃焼光を分割し、受光素子92へ入射させる。ビームスプリッタ8は、プリズム型の場合、張り合わせた2つの直角プリズムの表面にコーティングを施した光学部品であって、入射光の一部を反射し、他の一部を透過させるという特性を有する。   The beam splitter 8 is connected to the optical fiber 2, splits the combustion light of the target T obtained through the lens device 3, and makes it incident on the light receiving element 92. In the case of the prism type, the beam splitter 8 is an optical component in which the surfaces of two bonded right-angle prisms are coated, and has a characteristic of reflecting a part of incident light and transmitting the other part.

本実施形態では、ビームスプリッタ8は、光ファイバ2とレーザ装置1の間に配置され、燃焼室Rでの着火により発生する燃焼光の一部を方向Rxへと反射させ、一方、レーザ装置1から出力されたレーザ光を、方向Txに透過させて光ファイバ2へ入射させる。ビームスプリッタ8により反射された燃焼光は、まず、フィルタ91を通る。このフィルタ91は、温度検出部93での解析に備えて、レーザ装置1の発したレーザ光の成分を遮断し、燃焼光の可視光の成分のみを透過させるものである。   In the present embodiment, the beam splitter 8 is disposed between the optical fiber 2 and the laser device 1 and reflects part of the combustion light generated by ignition in the combustion chamber R in the direction Rx, while the laser device 1 The laser beam output from is transmitted in the direction Tx and is incident on the optical fiber 2. The combustion light reflected by the beam splitter 8 first passes through the filter 91. This filter 91 blocks the laser light component emitted from the laser device 1 and transmits only the visible light component of the combustion light in preparation for analysis by the temperature detector 93.

次に、フィルタ91を透過した燃焼光は、受光素子92により受光され、受光素子92は、燃焼光を電気信号Eに変換する。受光素子92としては、例えば、撮像素子等に用いられるフォトディテクタを採用することができる。   Next, the combustion light transmitted through the filter 91 is received by the light receiving element 92, and the light receiving element 92 converts the combustion light into an electric signal E. As the light receiving element 92, for example, a photodetector used for an imaging element or the like can be employed.

温度検出部93は、電気信号Eに基づきターゲットTの燃焼温度Kを検出する。温度検出部93は、輝度計やカラーメータなどの色温度測定手段を含み、ターゲットTの着火時の色温度と、その経時変化を測定することにより燃焼温度Kの検出を行なう。検出にあたり、温度検出部93は、入力される同期信号Sに基づいてタイミング制御される。   The temperature detector 93 detects the combustion temperature K of the target T based on the electric signal E. The temperature detector 93 includes color temperature measuring means such as a luminance meter and a color meter, and detects the combustion temperature K by measuring the color temperature when the target T is ignited and its change with time. In detection, the temperature detection unit 93 is timing-controlled based on the input synchronization signal S.

このように、本実施形態に係るレーザ着火装置によれば、温度検出部93で燃焼温度Kを検出することによって、燃焼室Rにおいて適切に燃焼が行われているかを監視することが可能である。さらに、以下に述べるように、検出した燃焼温度Kを用いて、フィードバック制御を行うこともできる。   As described above, according to the laser ignition device according to the present embodiment, it is possible to monitor whether the combustion is properly performed in the combustion chamber R by detecting the combustion temperature K with the temperature detection unit 93. . Furthermore, as described below, feedback control can also be performed using the detected combustion temperature K.

燃料噴射制御部10は、通常、燃焼室Rに送り込む燃料と空気の混合比、あるいは吸気弁61の開放度合いを調節することによって、燃料噴射量を制御する。したがって、この燃料噴射量に燃焼温度Kを反映させるため、燃料噴射制御部10は、温度検出部93が検出した燃焼温度Kに応じて燃料室Rへの燃料噴射量を制御する。例えば、所定の燃焼温度パタンを設定しておき、このパタンと燃焼温度Kの差分から適切な燃料噴射量を算出する、という追従制御が可能である。   The fuel injection control unit 10 normally controls the fuel injection amount by adjusting the mixing ratio of the fuel and air fed into the combustion chamber R or the opening degree of the intake valve 61. Therefore, in order to reflect the combustion temperature K in the fuel injection amount, the fuel injection control unit 10 controls the fuel injection amount into the fuel chamber R according to the combustion temperature K detected by the temperature detection unit 93. For example, follow-up control is possible in which a predetermined combustion temperature pattern is set and an appropriate fuel injection amount is calculated from the difference between this pattern and the combustion temperature K.

このように、本実施形態に係るエンジンによれば、検出した燃焼温度Kを用いて、燃焼室Rにおける酸化燃焼を好適に制御することができる。このため、燃焼効率を改善して、レーザの消費電力を抑えるとともに、安定した着火性能を発揮することができる。さらに、他の用途として、燃焼温度Kの検出と同時に、例えばエンジン制御に関連する信号を測定することによって、エンジンの性能試験に供することも可能である。   Thus, according to the engine according to the present embodiment, the oxidative combustion in the combustion chamber R can be suitably controlled using the detected combustion temperature K. For this reason, it is possible to improve the combustion efficiency, reduce the power consumption of the laser, and exhibit a stable ignition performance. Furthermore, as another application, it is also possible to provide an engine performance test by measuring a signal related to engine control, for example, simultaneously with detection of the combustion temperature K.

ところで、これまで述べたエンジンでは、ターゲットTがレンズ装置3と一体的に設けられているので、燃焼室Rにおける点火位置が固定されてしまい、エンジンによっては適切ではない場合も考えられる。しかし、ターゲットTをレンズ装置3から分離して設けることにより、自在に点火位置を設定することも可能である。   By the way, in the engine described so far, since the target T is provided integrally with the lens device 3, the ignition position in the combustion chamber R is fixed, and there may be a case where it is not appropriate depending on the engine. However, by providing the target T separately from the lens device 3, the ignition position can be set freely.

このような実施形態に係るエンジンを図3に示す。ここでは、ピストン71の上面をターゲットTとしており、酸化触媒41がピストン71に埋設されている。このため、ピストン71の上面に点火位置が設定される。   An engine according to such an embodiment is shown in FIG. Here, the upper surface of the piston 71 is the target T, and the oxidation catalyst 41 is embedded in the piston 71. For this reason, an ignition position is set on the upper surface of the piston 71.

このように、ターゲットTをレンズ装置3から独立して設けることによって、点火位置の自由度が向上するが、メリットはこれだけに留まらない。燃焼室Rに複数のターゲットTを設定することで、複数の位置で酸化燃焼を発生させることもできる。これにより、背景技術の項目で説明した燃焼効率の向上というメリットが得られる。もちろん、この場合は、レンズ装置3にレンズ駆動機構を備えるとともに、焦点Pの位置制御が必要となる。   Thus, by providing the target T independently from the lens device 3, the degree of freedom of the ignition position is improved, but the merit is not limited to this. By setting a plurality of targets T in the combustion chamber R, oxidation combustion can be generated at a plurality of positions. Thereby, the merit of the improvement of the combustion efficiency demonstrated by the item of background art is acquired. Of course, in this case, the lens device 3 is provided with a lens driving mechanism, and position control of the focal point P is required.

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。   Although the contents of the present invention have been specifically described above with reference to the preferred embodiments, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is.

本発明に係るレーザ点火プラグ及びレーザ着火装置を示す。1 shows a laser spark plug and a laser ignition device according to the present invention. 本発明に係るレーザ着火装置を適用したエンジンを示す。1 shows an engine to which a laser ignition device according to the present invention is applied. 他の実施形態に係るエンジンを示す。The engine which concerns on other embodiment is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ装置
2 光ファイバ(伝送路)
3 レンズ装置
32 セルフォックレンズ
4 酸化触媒
5 シリンダヘッド
8 ビームスプリッタ
92 受光素子
93 温度検出部
10 燃料噴射制御部
G レーザ点火プラグ
T ターゲット
C 螺子溝
R 燃焼室
1 Laser device 2 Optical fiber (transmission path)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Lens apparatus 32 Selfoc lens 4 Oxidation catalyst 5 Cylinder head 8 Beam splitter 92 Light receiving element 93 Temperature detection part 10 Fuel injection control part G Laser ignition plug T Target C Screw groove R Combustion chamber

Claims (6)

レンズ装置と、ターゲットとを含むレーザ点火プラグであって、
前記レンズ装置は、入射したレーザ光を前記ターゲットに集光させ、
前記ターゲットは酸化触媒を含む、
レーザ点火プラグ。
A laser spark plug including a lens device and a target,
The lens device focuses incident laser light on the target,
The target includes an oxidation catalyst;
Laser spark plug.
請求項1に記載されたレーザ点火プラグであって、
前記酸化触媒は五酸化バナジウム又は白金である、
レーザ点火プラグ。
A laser spark plug according to claim 1, comprising:
The oxidation catalyst is vanadium pentoxide or platinum;
Laser spark plug.
請求項1又は2に記載されたレーザ点火プラグであって、
前記ターゲットは、前記レンズ装置と対向するように保持されている、
レーザ点火プラグ。
A laser spark plug according to claim 1 or 2,
The target is held so as to face the lens device.
Laser spark plug.
レーザ装置と、伝送路と、レーザ点火プラグとを含むレーザ着火装置であって、
前記レーザ装置は、レーザ光を出力して前記伝送路に入射させ、
前記レーザ点火プラグは、請求項1乃至3の何れかに記載されたレーザ点火プラグであり、
前記レンズ装置は、前記伝送路に接続されている、
レーザ着火装置。
A laser ignition device including a laser device, a transmission path, and a laser spark plug,
The laser device outputs laser light and enters the transmission path,
The laser spark plug is a laser spark plug according to any one of claims 1 to 3,
The lens device is connected to the transmission path,
Laser ignition device.
請求項4に記載されたレーザ着火装置であって、
ビームスプリッタと、受光素子と、温度検出部とを含み、
前記ビームスプリッタは、前記伝送路に接続され、前記レンズ装置を介して得た前記ターゲットの燃焼光を分割し、前記受光素子へ入射させ、
前記受光素子は、前記燃焼光を電気信号に変換し、
前記温度検出部は、前記電気信号に基づき前記ターゲットの燃焼温度を検出する、
レーザ着火装置。
The laser ignition device according to claim 4,
Including a beam splitter, a light receiving element, and a temperature detector,
The beam splitter is connected to the transmission path, divides the combustion light of the target obtained through the lens device, and enters the light receiving element,
The light receiving element converts the combustion light into an electrical signal,
The temperature detection unit detects a combustion temperature of the target based on the electrical signal;
Laser ignition device.
レーザ着火装置と、シリンダヘッドとを含むエンジンであって、
前記レーザ着火装置は、請求項4又は5に記載されたレーザ着火装置であり、
前記レンズ装置は、前記シリンダヘッドに設けられ、
前記ターゲットは、前記シリンダヘッドの燃焼室に配置されており、
前記レーザ装置は、エンジンの回転に同期して前記レーザ光を出力する、
エンジン。
An engine including a laser ignition device and a cylinder head,
The laser ignition device is a laser ignition device according to claim 4 or 5,
The lens device is provided in the cylinder head,
The target is disposed in a combustion chamber of the cylinder head;
The laser device outputs the laser beam in synchronization with engine rotation.
engine.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012137384A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Laser ignition device
CN103343982A (en) * 2013-07-22 2013-10-09 哈尔滨工业大学 Method for enabling laser to induce metal target plasma to achieve ignition of flammable gas and device for achieving same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012137384A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Laser ignition device
JP2012219661A (en) * 2011-04-05 2012-11-12 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Laser ignition device
CN103459831A (en) * 2011-04-05 2013-12-18 浜松光子学株式会社 Laser ignition device
CN103343982A (en) * 2013-07-22 2013-10-09 哈尔滨工业大学 Method for enabling laser to induce metal target plasma to achieve ignition of flammable gas and device for achieving same

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