JP2018044452A - Laser ignition device and laser ignition plug cooling means - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ点火装置およびレーザ点火プラグ冷却手段に関する。 The present invention relates to a laser ignition device and laser ignition plug cooling means.
レーザ点火装置は、内燃機関などの点火に用いられ、優れた着火効率が得られることが知られている。レーザ点火装置としては、例えば、プラグホールに設置されるレーザ点火プラグを備え、レーザ装置からのレーザ光をレーザ共振器に照射してパルスを発振させ、パルス光を集光レンズ等の光学素子を用いてエンジンの燃焼室に集光することでエアブレークダウンを発生させ、燃焼室内の混合気の着火を行うものが知られている。 A laser ignition device is used for ignition of an internal combustion engine or the like, and it is known that excellent ignition efficiency can be obtained. The laser ignition device includes, for example, a laser ignition plug installed in a plug hole, irradiates a laser resonator with laser light from the laser device to oscillate a pulse, and uses an optical element such as a condensing lens for the pulsed light. It is known that an air breakdown is generated by condensing in a combustion chamber of an engine to ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber.
レーザ点火プラグ内部のレーザ媒質は、エンジンからの熱やレーザ共振器に入射されるレーザ光による熱により温度が上昇すると、発振効率が低下し、レーザ出力も低下してしまうおそれがある。そのため、十分な冷却、放熱を行う必要がある。 If the temperature of the laser medium inside the laser spark plug rises due to the heat from the engine or the heat of the laser light incident on the laser resonator, the oscillation efficiency may decrease and the laser output may also decrease. Therefore, it is necessary to perform sufficient cooling and heat dissipation.
これに対し、レーザ媒質を冷却する目的でレーザ点火プラグを冷却するための手段（冷却器）を設けたレーザ点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, there has been proposed a laser ignition device provided with means (cooler) for cooling the laser ignition plug for the purpose of cooling the laser medium (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１には、内燃機関に設けられたプラグ取付け穴内に取り付けられ、レーザ点火プラグの燃焼室側の端部、つまり近位の端部を介して内燃機関の燃焼室内にレーザ点火エネルギーを集束させるように構成されたレーザ点火プラグに用いられる冷却器が開示されている。
レーザ点火プラグは、近位の端部とは反対の側に位置する遠位の端部に、冷却器との解離可能な機械的および熱的な結合のためのカップリング手段を有し、該カップリング手段は、レーザ点火プラグがプラグ取付け穴内に取り付けられた状態で冷却器の連結および連結解除を可能にするように構成されている。また、冷却器は、レーザ点火プラグとの解離可能な機械的および熱的な連結（カップリング）のために形成された近位の端部を有し、該近位の端部が、プラグ取付け穴の内部で行われる、冷却器とレーザ点火プラグとの連結およびレーザ点火プラグからの前記冷却器の連結解除を可能にするように構成されている。
According to Patent Document 1, laser ignition energy is focused in a combustion chamber of an internal combustion engine through an end on the combustion chamber side of the laser ignition plug, that is, a proximal end, attached to a plug mounting hole provided in the internal combustion engine. A cooler for use in a laser spark plug configured to be disclosed is disclosed.
The laser spark plug has coupling means for releasable mechanical and thermal coupling with a cooler at a distal end located opposite to the proximal end, The coupling means is configured to allow the cooler to be connected and disconnected with the laser spark plug installed in the plug mounting hole. The cooler also has a proximal end formed for releasable mechanical and thermal coupling with the laser spark plug, the proximal end being plug mounted. The cooler and the laser spark plug can be connected to and disconnected from the laser spark plug inside the hole.
レーザ点火装置における熱源としては、内燃機関（エンジン）から伝熱する熱と、レーザ媒質からの発熱の二つが挙げられる。
特許文献１のように、レーザ点火プラグの端部に熱的カップリングを有する構成では、これら二つの熱源から最も遠い位置で吸熱を行うことになるため、十分な冷却効率が得られないおそれがある。特にレーザ媒質付近は熱の発生部位であるとともに、内燃機関からの熱が通過する部位でもあるため、周囲と比較して高温となる。
Examples of the heat source in the laser ignition device include heat transferred from an internal combustion engine (engine) and heat generated from a laser medium.
As in Patent Document 1, in the configuration having the thermal coupling at the end of the laser spark plug, heat absorption is performed at a position farthest from these two heat sources, and therefore, sufficient cooling efficiency may not be obtained. is there. In particular, the vicinity of the laser medium is a part where heat is generated and a part through which heat from the internal combustion engine passes.
一方、特許文献１に記載のレーザ点火装置において、レーザコンポーネントおよび冷却器が互いに分離される２つの別個の構成部分からなる態様が開示されている。
レーザ点火プラグは、組立作業や調整の利便性の観点から、このように内燃機関に組み付けられる側の部材と光導入側の部材とを含む二以上の部材で構成されることが好ましい。
On the other hand, in the laser ignition device described in Patent Document 1, a mode in which a laser component and a cooler are separated from each other is disclosed.
From the viewpoint of assembly work and convenience of adjustment, the laser spark plug is preferably composed of two or more members including the member that is assembled to the internal combustion engine and the light introduction member.
しかしながら、複数の部材の結合部には微小な隙間が存在し、当該隙間からプラグホール内に充満するガス（燃焼室から漏れたガスを含む外気）がプラグ内に侵入し、内部の光学素子やレーザ媒質の表面が汚染されることが懸念される。 However, there are minute gaps in the connecting portions of the plurality of members, and gas filling the plug hole (outside air including gas leaked from the combustion chamber) enters the plug through the gap, and the internal optical elements and There is a concern that the surface of the laser medium is contaminated.
そこで、本発明は、十分な冷却効率が得られ、レーザ媒質付近の温度上昇を抑制可能な冷却手段を備えるとともに、レーザ点火プラグ内部へのガス侵入による光学素子等の汚染を防止可能なレーザ点火装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a cooling means that can provide sufficient cooling efficiency and can suppress a temperature rise in the vicinity of the laser medium, and can prevent contamination of an optical element or the like due to gas intrusion into the laser ignition plug. An object is to provide an apparatus.
かかる目的を達成するため、本発明に係るレーザ点火装置は、レーザ点火プラグと、前記レーザ点火プラグを収容するプラグホールに挿入され、前記レーザ点火プラグを冷却する冷却手段とを備え、前記レーザ点火プラグのハウジングは、少なくとも内燃機関に固定される固定部、及び内部にレーザ媒質を有するレーザ光導入部を有し、前記冷却手段は、前記固定部及び前記レーザ光導入部の双方に当接して熱交換を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser ignition device according to the present invention includes a laser ignition plug, and a cooling means inserted in a plug hole for accommodating the laser ignition plug and cooling the laser ignition plug, The housing of the plug has at least a fixed portion fixed to the internal combustion engine, and a laser light introducing portion having a laser medium therein, and the cooling means is in contact with both the fixed portion and the laser light introducing portion. It is characterized by performing heat exchange.
本発明によれば、十分な冷却効率が得られ、レーザ媒質付近の温度上昇を抑制可能な冷却手段を備えるとともに、レーザ点火プラグ内部へのガス侵入による光学素子等の汚染を防止可能なレーザ点火装置を提供することができる。 According to the present invention, laser ignition capable of obtaining sufficient cooling efficiency, including cooling means capable of suppressing a temperature rise near the laser medium, and preventing contamination of an optical element or the like due to gas intrusion into the laser ignition plug. An apparatus can be provided.
以下、本発明に係るレーザ点火装置及びレーザ点火プラグ冷却手段について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Hereinafter, a laser ignition device and a laser ignition plug cooling means according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art, and any aspect is possible. As long as the functions and effects of the present invention are exhibited, the scope of the present invention is included.
レーザ点火装置における課題について図１に基づき説明する。
図１は、レーザ点火プラグによる強制点火方式の内燃機関の例を示した図である。レーザ点火プラグ１はプラグホール２内に設置され、ネジ固定されている。
A problem in the laser ignition device will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a forced ignition type internal combustion engine using a laser spark plug. The laser spark plug 1 is installed in the plug hole 2 and fixed with screws.
レーザ点火プラグ１は、レーザ光源３から出射されるレーザ光を用いることにより、優れた着火効率を有する内燃機関用点火プラグである。レーザ点火プラグ１では、レーザ光源３からの光をＱスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射してジャイアントパルスを発振させる。また、レーザ点火プラグ１では、そのパルス光を集光レンズ等の光学素子を用いて内燃機関（エンジン）５に集光することでエアブレークダウンを発生させることにより、燃焼室内の混合気の着火を行う。このため、レーザ点火プラグ１には、レーザ光源３のレーザ光源からの光を伝送する光ファイバ４が接続されている。 The laser spark plug 1 is an internal combustion engine spark plug having excellent ignition efficiency by using laser light emitted from a laser light source 3. The laser spark plug 1 irradiates light from the laser light source 3 to a laser resonator including a Q-switch type laser medium to oscillate a giant pulse. Further, in the laser spark plug 1, the pulsed light is condensed on the internal combustion engine (engine) 5 by using an optical element such as a condensing lens to generate an air breakdown, thereby igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber. I do. Therefore, an optical fiber 4 that transmits light from the laser light source of the laser light source 3 is connected to the laser spark plug 1.
レーザ点火プラグ１のレーザ媒質において、レーザ光源３から照射されたレーザ光のエネルギーのうち、ジャイアントパルスとして出力されなかったエネルギーが熱に変換され、結果としてレーザ媒質が発熱することになる。そして、レーザ媒質の温度が上昇すると、特性が低下し、所望の出力のパルスレーザが励起されないことがある。そこで、レーザ点火プラグ１の放熱・冷却が必要となる。 In the laser medium of the laser spark plug 1, energy that is not output as a giant pulse among the energy of the laser light emitted from the laser light source 3 is converted into heat, and as a result, the laser medium generates heat. When the temperature of the laser medium rises, the characteristics deteriorate, and a pulse laser with a desired output may not be excited. Therefore, it is necessary to dissipate and cool the laser spark plug 1.
プラグホール２内部の雰囲気には、内燃機関５の燃焼室から漏れたガスなどが含まれている。このガスが、レーザ点火プラグ１を構成する部品の結合部位の継ぎ目などからレーザ点火プラグ１の内部に侵入すると、ガスに含まれる有機物が内部の光学素子等の表面を汚染し、光利用効率を低下させてしまうことが懸念される。 The atmosphere inside the plug hole 2 includes gas leaked from the combustion chamber of the internal combustion engine 5. When this gas enters the inside of the laser spark plug 1 from the joint of the parts constituting the laser spark plug 1 or the like, the organic matter contained in the gas contaminates the surface of the internal optical elements and the like, thereby improving the light utilization efficiency. We are anxious about reducing it.
次に、本発明のレーザ点火装置を図２〜４に基づき説明する。
図２（ａ）は、レーザ点火プラグ１に対して冷却手段６を装着する前の状態（外した状態）を、図２（ｂ）は装着した状態をそれぞれ示している。
冷却手段６は、レーザ点火プラグ１に対して着脱可能である。冷却手段６の着脱が可能であることにより、例えば、レーザ点火プラグ１を内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）５に対して固定したり外したりする作業が容易となる。また、レーザ点火プラグ１を交換の必要が生じた場合において、冷却手段６は交換せずに継続して使用することも可能である。
Next, the laser ignition device of the present invention will be described with reference to FIGS.
2A shows a state before the cooling means 6 is attached to the laser spark plug 1 (a state where it is removed), and FIG. 2B shows a state where it is attached.
The cooling means 6 is detachable from the laser spark plug 1. Since the cooling means 6 can be attached and detached, for example, the work of fixing or removing the laser spark plug 1 with respect to the internal combustion engine (hereinafter also referred to as “engine”) 5 becomes easy. Further, when the laser spark plug 1 needs to be replaced, the cooling means 6 can be used continuously without being replaced.
本発明のレーザ点火装置は、レーザ点火プラグ１と、レーザ点火プラグ１を収容するプラグホール２に挿入されてレーザ点火プラグ１を冷却する冷却手段６とを備える。レーザ点火プラグ１のハウジングは、少なくとも内燃機関に固定される固定部１Ａ、及び内部にレーザ媒質を有するレーザ光導入部１Ｂを有し、冷却手段６は、固定部１Ａ及びレーザ光導入部１Ｂの双方に当接して熱交換を行う。 The laser ignition device of the present invention includes a laser ignition plug 1 and cooling means 6 that is inserted into a plug hole 2 that accommodates the laser ignition plug 1 and cools the laser ignition plug 1. The housing of the laser spark plug 1 has at least a fixed portion 1A fixed to the internal combustion engine, and a laser beam introduction portion 1B having a laser medium inside, and the cooling means 6 includes the fixed portion 1A and the laser beam introduction portion 1B. Heat is exchanged in contact with both sides.
レーザ点火プラグ１のハウジングは、固定部１Ａ及びレーザ光導入部１Ｂからなり、固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとは、図２（ａ）において符号１２で示す部位（以下、「結合部位」という）で結合している。
冷却手段６は、図２（ｂ）に示すように、固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとの結合部位１２に当接する領域を有している。
The housing of the laser spark plug 1 includes a fixing portion 1A and a laser beam introducing portion 1B. The fixing portion 1A and the laser beam introducing portion 1B are indicated by reference numeral 12 in FIG. )).
As shown in FIG. 2B, the cooling means 6 has a region that comes into contact with the coupling portion 12 between the fixing portion 1A and the laser beam introducing portion 1B.
冷却手段６は、外部の熱交換手段と接続されてなる。また冷却手段６は、少なくともレーザ点火プラグ１のハウジングと当接する冷却部６Ａと、冷媒により冷却部６Ａの熱を熱交換手段へ輸送する冷媒配管６Ｂとを有する。 The cooling means 6 is connected to an external heat exchange means. The cooling means 6 has at least a cooling part 6A that contacts the housing of the laser spark plug 1 and a refrigerant pipe 6B that transports heat of the cooling part 6A to the heat exchange means by the refrigerant.
冷却部６Ａは、内壁をレーザ点火プラグ１の外周面に接触させることにより熱伝導でレーザ点火プラグ１を冷却する高熱伝導材料の部材である。
冷媒配管６Ｂは、冷却部６Ａから奪った熱をプラグホール２の外に設けられた熱交換手段まで輸送する冷媒を内部に有する部材である。
The cooling unit 6 </ b> A is a member of a high heat conductive material that cools the laser spark plug 1 by heat conduction by bringing the inner wall into contact with the outer peripheral surface of the laser spark plug 1.
The refrigerant pipe 6B is a member having therein a refrigerant that transports heat taken from the cooling unit 6A to a heat exchanging means provided outside the plug hole 2.
図３は、冷却手段６が外部の熱交換手段として空冷フィン８と接続された例を示す図である。図３の例において、冷媒配管はヒートパイプ７である。内部に封入した冷媒の相変化を利用してヒートパイプ７により冷却部６Ａの熱が空冷フィン８へ輸送される。 FIG. 3 is a diagram showing an example in which the cooling means 6 is connected to the air cooling fins 8 as external heat exchange means. In the example of FIG. 3, the refrigerant pipe is a heat pipe 7. Heat of the cooling unit 6 </ b> A is transported to the air-cooling fins 8 by the heat pipe 7 using the phase change of the refrigerant sealed inside.
図４は、冷却手段６が外部の熱交換手段として液体冷媒循環システムと接続された例を示す図である。
図４の液体冷媒循環システムは、貯液タンク９内の液体冷媒９Ａを、ポンプ１０によって送液し、ラジエータ１１を通して液の放熱を行うものである。冷却部６Ａは、低温の液体冷媒９Ａが内部を通過することにより低温に保たれる。液体冷媒９Ａを周囲環境温度以下まで冷却する場合は、さらにペルチェ素子やコンプレッサーなどを備える態様であってもよい。また、冷媒としては液体に限定されず、気体であってもよい。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the cooling means 6 is connected to the liquid refrigerant circulation system as an external heat exchange means.
In the liquid refrigerant circulation system of FIG. 4, the liquid refrigerant 9 </ b> A in the liquid storage tank 9 is fed by the pump 10 and the liquid is radiated through the radiator 11. The cooling unit 6A is kept at a low temperature when the low-temperature liquid refrigerant 9A passes through the inside. In the case where the liquid refrigerant 9A is cooled to the ambient temperature or lower, a mode in which a Peltier element or a compressor is further provided may be used. Further, the refrigerant is not limited to liquid but may be gas.
次に、レーザ点火装置における構成と冷却について図５に基づき説明する。図５（ａ）は従来のレーザ点火装置の一例例であり、図５（ｂ）は本発明に係るレーザ点火装置の一例である。 Next, the configuration and cooling in the laser ignition device will be described with reference to FIG. FIG. 5A is an example of a conventional laser ignition device, and FIG. 5B is an example of a laser ignition device according to the present invention.
図５（ａ）は、例として特許文献１のレーザ点火装置を模式的に示したもので、エンジン５から見た遠位の端部に冷却器１６との熱的・機械的なカップリングを設けることで冷却を行うものである。
しかしながらこの冷却器１６の配置では、熱源（エンジン５及びレーザ媒質１Ｃ）から最も遠い領域を冷却しているため、十分な冷却効率が得られない可能性がある。
また、第一の熱源であるエンジン５からの熱（伝熱により高温となっている領域５０からの熱、矢印Ｈ１Ａで示す）と、第二の熱源であるレーザ媒質１Ｃからの発熱（矢印Ｈ２Ａで示す）が重なり、最も冷却が必要となるレーザ共振器付近の領域Ｌが非常に高温となってしまう。
FIG. 5A schematically shows the laser ignition device of Patent Document 1 as an example. Thermal and mechanical coupling with the cooler 16 is provided at the distal end as viewed from the engine 5. By providing, cooling is performed.
However, in this arrangement of the cooler 16, the region farthest from the heat source (the engine 5 and the laser medium 1C) is cooled, so that sufficient cooling efficiency may not be obtained.
In addition, heat from the engine 5 that is the first heat source (heat from the region 50 that is at a high temperature due to heat transfer, indicated by an arrow H1A), and heat generated from the laser medium 1C that is the second heat source (arrow H2A). The region L in the vicinity of the laser resonator that requires the most cooling becomes extremely high.
一方、図５（ｂ）に示すレーザ点火装置は、レーザ点火プラグ１を覆うように設けられた冷却手段６を備えている。固定部１Ａ、及び内部にレーザ媒質１Ｃを含むレーザ光導入部１Ｂの双方に冷却手段６の冷却部６Ａの内壁が当接することにより、熱伝導で冷却を行うものである。
第一の熱源であるエンジン５からの熱（伝熱により高温となっている領域５０からの熱、矢印Ｈ１Ｂで示す）が、第二の熱源であるレーザ媒質１Ｃに届く前に冷却部６Ａにより冷却され、かつレーザ媒質１Ｃからの発熱（矢印Ｈ２Ｂで示す）も冷却部６Ａにより吸熱され、最も冷却が必要となるレーザ共振器付近の温度上昇が防止される。
On the other hand, the laser ignition device shown in FIG. 5B includes a cooling means 6 provided so as to cover the laser ignition plug 1. The inner wall of the cooling unit 6A of the cooling means 6 is in contact with both the fixed unit 1A and the laser beam introducing unit 1B including the laser medium 1C therein, thereby cooling by heat conduction.
Before the heat from the engine 5 that is the first heat source (heat from the region 50 that is at a high temperature due to heat transfer, indicated by an arrow H1B) reaches the laser medium 1C that is the second heat source, the cooling unit 6A Cooled and the heat generated from the laser medium 1C (indicated by the arrow H2B) is also absorbed by the cooling unit 6A, and the temperature rise near the laser resonator that needs the most cooling is prevented.
さらに、図５（ａ）に示す従来のレーザ点火装置では、エンジン５の燃焼室５Ａから漏れるガスがプラグホール２内に充満した際、固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとの結合部の微小な隙間からガスが入り込み、このガスに含まれる有機物質がレーザ点火プラグ１内のレーザ媒質１Ｃあるいはその他の光学素子に付着・堆積することでレーザの透過率を低下させ、レーザ点火プラグの性能に対して悪影響を及ぼすことが懸念される。
これに対し、図５（ｂ）に示す本実施形態のレーザ点火装置では、冷却手段６が固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとの結合部を覆うように当接するため、ガスの侵入を抑制することができる。
Furthermore, in the conventional laser ignition device shown in FIG. 5A, when the gas leaking from the combustion chamber 5A of the engine 5 is filled in the plug hole 2, the coupling portion between the fixed portion 1A and the laser beam introducing portion 1B is very small. Gas enters through a small gap, and organic substances contained in the gas adhere to and accumulate on the laser medium 1C or other optical elements in the laser spark plug 1, thereby reducing the laser transmittance and improving the performance of the laser spark plug. There is concern that it will have an adverse effect on it.
On the other hand, in the laser ignition device of the present embodiment shown in FIG. 5B, the cooling means 6 abuts so as to cover the coupling portion between the fixed portion 1A and the laser beam introducing portion 1B, so that gas intrusion is suppressed. can do.
レーザ点火プラグを構成する材料としては、固定部１Ａを構成する部材の熱伝導率をＴ１、レーザ光導入部１Ｂを構成する部材の熱伝導率をＴ２としたとき、Ｔ２≧Ｔ１の関係を満たすことが好ましい。
固定部１Ａを構成する部材の材料としては、例えば、ステンレスやインコネルなどの強固で比較的熱伝導率の低い材料が好ましい。このような材料を用いることにより、エンジン５からの伝熱を防止することができる。
一方、レーザ光導入部１Ｂを構成する部材の材料としては、例えば、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料が好ましい。このような材料を用いることにより、レーザ媒質１Ｃからの発熱をダイレクトに冷却部６Ａに逃がすことが出来る。
The material constituting the laser spark plug satisfies the relationship of T2 ≧ T1, where T1 is the thermal conductivity of the member constituting the fixed portion 1A and T2 is the thermal conductivity of the member constituting the laser light introducing portion 1B. It is preferable.
As a material of the member constituting the fixing portion 1A, for example, a strong material having a relatively low thermal conductivity such as stainless steel or Inconel is preferable. By using such a material, heat transfer from the engine 5 can be prevented.
On the other hand, as a material of the member constituting the laser beam introducing portion 1B, for example, a material having high thermal conductivity such as aluminum is preferable. By using such a material, heat generated from the laser medium 1C can be directly released to the cooling unit 6A.
また、レーザ点火プラグ１のハウジングを構成する部材のうち、熱膨張率が最も大きい部材の熱膨張率をＥ１、冷却手段６の少なくともレーザ点火プラグ１と当接する領域を構成する部材の熱膨張率をＥ２としたとき、Ｅ２≧Ｅ１の関係を満たすことが好ましい。
このような構成とすることにより、レーザ点火プラグ１および冷却部６Ａがエンジン運転による熱で高温となった場合に膨張による寸法増加量がレーザ点火プラグ１の方が小さいため、レーザ点火プラグ１の外周面が冷却部６Ａの内周面に対してかじりついて冷却部６Ａが抜けなくなったり、レーザ点火プラグ１が冷却部６Ａに圧迫されて歪みが生じたりする等の不具合を抑制できる。
Further, among the members constituting the housing of the laser spark plug 1, the thermal expansion coefficient of the member having the largest thermal expansion coefficient is E1, and the thermal expansion coefficient of the member constituting the region of the cooling means 6 that contacts at least the laser spark plug 1 When E2 is E2, it is preferable to satisfy the relationship of E2 ≧ E1.
With such a configuration, when the laser spark plug 1 and the cooling unit 6A are heated to high temperatures due to engine operation, the increase in size due to expansion is smaller in the laser spark plug 1, and therefore the laser spark plug 1 It is possible to suppress problems such as the outer peripheral surface squeezing with respect to the inner peripheral surface of the cooling unit 6A and the cooling unit 6A cannot be removed, or the laser spark plug 1 is pressed by the cooling unit 6A and distorted.
本発明に係るレーザ点火装置の他の実施形態を図６に示す。
本実施形態のレーザ点火装置は、図６に示すように、レーザ点火プラグ１のハウジングと冷却手段６とが当接する領域の少なくとも一部を、下端方向に向かって径が拡張するテーパ形状とすることができる。
レーザ点火プラグ１に対して冷却手段６を上から装着する場合、レーザ点火プラグ１に対して冷却手段６の内壁が突き当たるところで係止される。この状態において、レーザ点火プラグ１のハウジングと冷却手段６とがテーパ形状部で突き当たるようにすることもできる。当接部をテーパ形状にして密着させることで、接触熱抵抗による熱伝導のロスを小さくすることができ、冷却効率を高めることができる。
Another embodiment of the laser ignition device according to the present invention is shown in FIG.
In the laser ignition device of the present embodiment, as shown in FIG. 6, at least a part of a region where the housing of the laser ignition plug 1 and the cooling unit 6 abut is tapered so that the diameter expands toward the lower end. be able to.
When the cooling means 6 is attached to the laser ignition plug 1 from above, the cooling means 6 is locked when the inner wall of the cooling means 6 abuts against the laser ignition plug 1. In this state, the housing of the laser spark plug 1 and the cooling means 6 may be brought into contact with each other at the tapered portion. By bringing the contact portion into a tapered shape and bringing it into close contact, loss of heat conduction due to contact thermal resistance can be reduced, and cooling efficiency can be increased.
本発明に係るレーザ点火装置を構成する冷却手段６の他の実施形態を図７に示す。
図７（ａ）は冷却手段６が矢印方向へ移動してレーザ点火プラグに装着される状態を示す斜視図であり、図７（ｂ）は冷却部６Ａの水平方向の断面図である。
本実施形態における冷却手段６は、図７に示すように、冷却部６Ａに隙間６Ｃを設けることができる。ただし、外部からレーザ点火プラグ１内に流入するガスの量が許容できる範囲である場合、または隙間６Ｃに対応する領域にガス流入を防止するための対策が講じられている場合に限られる。
FIG. 7 shows another embodiment of the cooling means 6 constituting the laser ignition device according to the present invention.
FIG. 7A is a perspective view showing a state in which the cooling means 6 moves in the direction of the arrow and is attached to the laser spark plug, and FIG. 7B is a horizontal sectional view of the cooling unit 6A.
As shown in FIG. 7, the cooling means 6 in the present embodiment can provide a gap 6C in the cooling section 6A. However, this is limited to the case where the amount of gas flowing into the laser spark plug 1 from the outside is within an allowable range, or when measures are taken to prevent gas inflow in the region corresponding to the gap 6C.
冷却部６Ａが隙間６Ｃを有する形状とすることにより、冷却手段６の着脱において、光ファイバ４等のレーザ点火プラグ１に接続されたケーブル類を取り外す必要がなくなり、作業性が向上する。 When the cooling section 6A has a shape having a gap 6C, it is not necessary to remove the cables connected to the laser spark plug 1 such as the optical fiber 4 when the cooling means 6 is attached or detached, thereby improving workability.
本発明に係るレーザ点火装置を構成するレーザ点火プラグ１の他の実施形態を図８に示す。
本実施形態のレーザ点火プラグ１は、図８に示すように、固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとを結合する連結部材１Ｄを備えている。冷却手段６は、連結部材１Ｄに当接する領域を有する。
FIG. 8 shows another embodiment of the laser spark plug 1 constituting the laser ignition device according to the present invention.
As shown in FIG. 8, the laser spark plug 1 according to the present embodiment includes a connecting member 1D that couples the fixing portion 1A and the laser light introducing portion 1B. The cooling means 6 has a region that comes into contact with the connecting member 1D.
連結部材１Ｄを介して固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとを結合する態様において、連結部材１Ｄを構成する材料としては、例えば、セラミック等の熱伝導性の低いものを用いることが好ましい。これによりエンジン５からの伝熱を低減し、断熱効果を高めることができる。 In the aspect which couple | bonds fixing part 1A and laser beam introduction part 1B via connecting member 1D, it is preferable to use as a material which comprises connecting member 1D low thermal conductivity, such as a ceramic, for example. Thereby, the heat transfer from the engine 5 can be reduced and the heat insulation effect can be improved.
連結部材１Ｄを介して固定部１Ａとレーザ光導入部１Ｂとを結合することにより、部材間の結合部位が増えるため、冷却部６Ａは、固定部１Ａと結合部材１Ｄ、及び結合部材１Ｄとレーザ光導入部１Ｂの結合部位を覆うように当接することが好ましい。 By coupling the fixing portion 1A and the laser beam introducing portion 1B via the connecting member 1D, the number of coupling sites between the members increases. Therefore, the cooling unit 6A includes the fixing portion 1A, the coupling member 1D, and the coupling member 1D and the laser. It is preferable that the contact is made so as to cover the coupling portion of the light introducing portion 1B.
上述のように、本実施形態のレーザ点火装置は、レーザ点火プラグ１を収容するプラグホール２に挿入され、レーザ点火プラグ１を冷却する手段であって、レーザ点火プラグ１のハウジングのうち、内燃機関に固定される固定部１Ａと、内部にレーザ媒質１Ｃを有するレーザ光導入部１Ｂとの双方に当接して熱交換を行うレーザ点火装置の冷却手段６を備える。
これにより、十分な冷却効率が得られ、レーザ媒質１Ｃ付近の温度上昇を抑制可能であるとともに、レーザ点火プラグ１内部へのガス侵入による光学素子等の汚染を防止することができる。
As described above, the laser ignition device of the present embodiment is means for cooling the laser ignition plug 1 inserted into the plug hole 2 that accommodates the laser ignition plug 1, and is an internal combustion unit of the housing of the laser ignition plug 1. There is provided a cooling means 6 for a laser ignition device that abuts both a fixed portion 1A fixed to the engine and a laser beam introducing portion 1B having a laser medium 1C inside to exchange heat.
Thereby, sufficient cooling efficiency is obtained, temperature rise near the laser medium 1C can be suppressed, and contamination of the optical element and the like due to gas intrusion into the laser spark plug 1 can be prevented.
１ レーザ点火プラグ
１Ａ 固定部
１Ｂ レーザ光導入部
１Ｃ レーザ媒質
２ プラグホール
３ レーザ光源
４ 光ファイバ
５ 内燃機関（エンジン）
５Ａ 燃焼室内
６ 冷却手段
６Ａ 冷却部
６Ｂ 冷媒配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser ignition plug 1A Fixed part 1B Laser light introduction part 1C Laser medium 2 Plug hole 3 Laser light source 4 Optical fiber 5 Internal combustion engine (engine)
5A Combustion chamber 6 Cooling means 6A Cooling section 6B Refrigerant piping
Claims (8)
前記レーザ点火プラグのハウジングは、少なくとも内燃機関に固定される固定部、及び内部にレーザ媒質を有するレーザ光導入部を有し、
前記冷却手段は、前記固定部及び前記レーザ光導入部の双方に当接して熱交換を行うことを特徴とするレーザ点火装置。 A laser spark plug; and a cooling means that is inserted into a plug hole that accommodates the laser spark plug and cools the laser spark plug,
The laser spark plug housing has at least a fixed portion fixed to the internal combustion engine, and a laser light introducing portion having a laser medium therein,
The laser igniter characterized in that the cooling means abuts both the fixing part and the laser beam introducing part to exchange heat.
前記冷却手段は、前記連結部材に当接する領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ点火装置。 A connecting member that couples the fixed portion and the laser beam introducing portion;
3. The laser ignition device according to claim 1, wherein the cooling unit has a region in contact with the connecting member.
少なくとも前記レーザ点火プラグのハウジングと当接する冷却部と、冷媒により前記冷却部の熱を前記熱交換手段へ輸送する冷媒配管と、を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ点火装置。 The cooling means is connected to an external heat exchange means,
7. The cooling device according to claim 1, further comprising: a cooling portion that contacts at least a housing of the laser spark plug; and a refrigerant pipe that transports heat of the cooling portion to the heat exchange means by a refrigerant. Laser igniter.
前記レーザ点火プラグのハウジングのうち、内燃機関に固定される固定部と、内部にレーザ媒質を有するレーザ光導入部との双方に当接して熱交換を行うことを特徴とするレーザ点火プラグ冷却手段。 A cooling means that is inserted into a plug hole that accommodates the laser spark plug and cools the laser spark plug;
A laser ignition plug cooling means for exchanging heat by contacting both a fixed portion fixed to an internal combustion engine and a laser beam introducing portion having a laser medium inside the housing of the laser spark plug .
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