JP4021954B2 - エンジンのレーザ光入射装置 - Google Patents

エンジンのレーザ光入射装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4021954B2
JP4021954B2 JP12323496A JP12323496A JP4021954B2 JP 4021954 B2 JP4021954 B2 JP 4021954B2 JP 12323496 A JP12323496 A JP 12323496A JP 12323496 A JP12323496 A JP 12323496A JP 4021954 B2 JP4021954 B2 JP 4021954B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser beam
combustion chamber
lens
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP12323496A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09303244A (ja
Inventor
順一郎 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP12323496A priority Critical patent/JP4021954B2/ja
Publication of JPH09303244A publication Critical patent/JPH09303244A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4021954B2 publication Critical patent/JP4021954B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00Other ignition
    • F02P23/04Other physical ignition means, e.g. using laser rays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はメタノールエンジン等、比較的難着火性の液体燃料を使用する液体燃料エンジンのレーザ光入射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタノール等の比較的難着火性の液体燃料を使用する液体燃料エンジンにおいては、レーザ光によって噴射燃料中にプラズマを発生せしめて、これを着火燃焼せしめる手段が提供されている。
【0003】
かかるレーザ光着火装置の従来の1例が図3に示されている。図3において、4はエンジンのシリンダヘッド、6はピストン、20は燃焼室、8は同燃焼室20内に燃料を噴射する噴射ノズルである。
【0004】
1はレーザ光を発生するレーザ装置、、3は集光用のレンズ、5は上記燃焼室20に臨んで設けられた入射用の透明な窓である。
【0005】
上記のように構成されたレーザ光着火装置において、メタノール燃料に間接的に着火せしめる場合は、レーザ装置1から出射されたレーザ光2はレンズ3で集光され、シリンダヘッド4に、燃焼室20に臨んで設けられた窓5を透過して、ピストン6の上面に焦点を結んでプラズマ光7を発生し、噴射ノズル8から噴射されたメタノール燃料9を着火燃焼せしめる。
【0006】
またメタノール燃料に直接着火せしめる場合は、噴射されたメタノール燃料9上に集光しプラズマを発生させて、上記と同様にメタノール燃料9を着火燃焼せしめる。上記レーザ光2の発生タイミングは、図示しないエンジン回転検出装置により制御され、メタノール燃料9の噴射と同期して燃焼に最適なタイミングで発光する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の液体燃料エンジンのレーザ光入射装置には、次のような問題点がある。即ち、レーザ装置1から出射されレンズ3で集光され燃焼室20への入射用の窓5を透過するレーザ光2は、上記レンズ3で集光されたときのレーザ光よりも細くなっている。
【0008】
このため、上記燃焼室20のレーザ集光装置がレーザ入射用の窓に近い場合、この窓を透過するレーザ光は細く集光されることとなり、窓5の位置でのレーザ光2のエネルギ密度がガラスの耐エネルギ強度以上となって、ガラス製の上記窓5が破損することがある。
【0009】
また、上記レーザ光2の発光時間はごく短時間で、レーザ光2の焦点位置近傍にメタノール燃料の粒子が少なければプラズマを発生させることができず、又、発生してもそのエネルギは極く弱いため、最初の着火燃焼を周囲のメタノール燃料に伝播させることができないことから、確実な燃焼が持続できない。
【0010】
本発明の第1の目的は、レーザ光による良好な着火・性能を保持しつつ入射用の窓の破損の発生を防止し、耐久性、信頼性が向上せしめられたレーザ着火式エンジンを提供することである。また第2の目的は、燃焼室内におけるプラズマの発生部位を拡大することにより、着火性が向上し、安定した着火・燃焼がなされるレーザ着火式エンジンを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記のような、レーザ光を利用して、メタノール燃料等の比較的難着火性の燃料に着火するようにしたエンジンのレーザ光の入射装置において、レーザ光入射用の窓と、燃焼室内のレーザ光が焦点を結ぶべき位置が近い場合、上記窓の破損を避けるには、窓におけるエネルギ密度を小さくすることにより、レンズの焦点距離を短くするか、あるいはレンズに入射するレーザ光のビーム径を大きくすることが考えられる。
【0012】
然るに、レンズにより集光されたレーザ光の直径は、レンズの焦点距離に比例し、レンズに入射するレーザ光の直径に反比例する。このため、レンズの焦点距離を短くしたり、レーザ光の径を大きくすると、燃焼室内の焦点位置でのビーム径が小さくなり、またプラズマが発生する領域が狭くなるため、プラズマが燃料と衝突する確率が小さくなることにより、着火し難くなる。
【0013】
本発明はかかる現象の発生を避けるためにレーザ光を複数に分割して燃焼室内に入射するようにしたものであり、その要旨とする具体的手段は、レーザ光を発生するレーザ装置から出射されたレーザ光を、シリンダヘッドのレーザ光通路に設けられた集光用のレンズ及び入射用の透明窓を経て燃焼室に透過せしめ、燃焼室内にプラズマを発生させることにより、同燃料室内に噴射された燃料に着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、上記レーザ装置とレンズとの間に、上記レーザ光を複数の光束に分割する分割手段を設置し、分割された上記光束を上記レンズに互いに異なった位置から入射させ上記燃焼室内の一点で集光させるよう構成したことを特徴とするエンジンのレーザ光入射装置にある。
【0014】
上記手段によれば、レーザ装置から出射されたレーザ光は上記集光用のレンズに入る前にビームスプリッタ及び反射ミラー等の分割手段により上記出射されたレーザ光に対して複数の光束に分割される。そして、上記分割手段によって複数のレーザ光のレンズ及び窓を経た入射方向を調整することにより、複数レーザ光のレンズでの透過状態及び燃焼室内での集光状態が調整可能となる。
【0015】
そこで、好適な具体的手段は、上記手段において、上記分割手段を、上記レーザ光を複数の平行な光束に分割するように構成することである。
【0016】
かかる手段によれば、上記ビームスプリッタと反射ミラー等の分割手段を複数個配し、分割されたそれぞれのレーザ光の強度を元のレーザ光の強度より小さくする。これらのレーザ光は集光用のレンズに互いにずれた位置から入射せしめられるが、燃焼室内において各レーザ光はレンズの焦点で一点に集光せしめられる。このため燃焼室内ではプラズマを発生させるのに足りるレーザ強度を有するが、レーザ光の入射用の窓でのレーザ光のエネルギ強度は、単一のレーザ光で入射した場合よりごく小さいエネルギ密度に抑えることができ、窓の耐エネルギ強度以下にせしめる。これによって窓の破損が防止される。
【0017】
さらに他の好適な具体的手段は、上記分割手段が、上記レーザ光を複数の互いに交叉する光束に分割するように構成されたことである。
【0018】
かかる手段によれば、ビームスプリッタと反射ミラー等の分割手段を複数個配してレーザ光を互いに交叉するように複数に分割する。これらのレーザ光は集光用のレンズに入射された後、燃焼室内の異なった位置に集光せしめられる。このため、レーザ光のプラズマ発生領域を増すことができ、メタノール燃料等の難着火性燃料の着火確率を高くすることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下図1〜図2を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1には本発明の実施の第1形態に係る液体燃料エンジンの着火装置の構成図が示されている。
【0020】
図1において、4はエンジンのシリンダヘッド、6はピストン、20は同ピストン6の上面とシリンダヘッド4の下面との間に形成される燃焼室、8は同燃焼室内にメタノール等の液体燃料を噴射する噴射ノズルである。
【0021】
1はレーザ光2を発射するレーザ装置、3はシリンダヘッド4のレーザ光通路孔41の上部に固着された集光用のレンズ、5は上記レーザ光通路孔41の下部に上記燃焼室20に臨んで固着され透明体からなる入射用の窓である。
【0022】
10a,10bは上記レーザ装置1からのレーザ光2の光線路中に直列に設けられた複数個(この実施形態では2個)のビームスプリッタ、11a,11bは反射ミラーである。
【0023】
上記のように構成されたレーザ光による着火装置において、レーザ装置1から出射されたレーザ光2は、ビームスプリッタ10aでその一部を反射されて全反射用の反射ミラー11aでレーザ光2と平行になるように反射されレーザ光2aとなる。上記ビームスプリッタ10aを透過したレーザ光2は、次いでビームスプリッタ11bでその1部を反射されて全反射用の反射ミラー11bで上記レーザ光2と平行になるように反射されレーザ光2bとなる。このとき上記ビームスプリッタ10a,10bの反射率は、ビームスプリッタ10a,10bによって分割された後のレーザ光2a,2b,2cの強度が等しくなるように選定する。この実施形態の場合、11aの反射率は33%、11bの反射率は50%にする。
【0024】
上記ビームスプリッタ10a,10bで分割されたレーザ光2a,2b,2cはレンズ3に異なった位置から入射して集光され、エンジンのシリンダヘッド4に設けられた窓5を透過して燃焼室20内のレンズ焦点で集光する。ピストン6から発生するプラズマで着火させる場合はピストン6上に集光させてプラズマ光7を発生せしめ、噴射ノズル8から噴射されたメタノール燃料9を着火燃焼させる。また同メタノール燃料9に直接着火する場合は、噴射されたメタノール燃料9に集光しプラズマ光7を発生せしめて、上記と同様にメタノールを着火燃焼させる。
【0025】
図2には本発明の実施の第2形態に係る液体燃料エンジンのレーザ光による着火装置の構成図が示されている。この実施形態においては、複数のビームスプリッタで一部を反射されこれに対応する複数の全反射ミラーで反射されたレーザ光を集光用のレンズを介して燃焼室20内の異なる位置で集光させ、レーザ光のプラズマ発生領域を拡大するように構成されている。
【0026】
即ち図2において、10b,10aはビームスプリッタ、11aは同ビームスプリッタ10aからのレーザ光を全反射する反射ミラー、11bは上記ビームスプリッタ10bからのレーザ光を全反射する反射ミラーであり、これらビームスプリッタ10a,10b及び反射ミラー11a,11bは後述するように、同反射ミラー11a,11bから集光用のレンズ3を経たレーザ光が燃焼室20内の異なる位置で集光するようにその位置及び角度が設定されている。
【0027】
上記のように構成されたレーザ光による着火装置において、レーザ装置1から出射されたレーザ光2は、ビームスプリッタ10bでその一部が反射され、さらに全反射用の反射ミラー11bで反射されレーザ光2b’となる。一方、ビームスプリッタ10bを透過した方のレーザ光2は、次にビームスプリッタ11aでその一部が反射され、さらに全反射用の反射ミラー11aで反射されレーザ光2aとなる。
【0028】
従って、レーザ装置1から出射されたレーザ光2は、ビームスプリッタ10b,10a及び全反射用の反射ミラー11b,11aにより、互いに交叉する3つのレーザ光2a,2b,2cに分割されることとなる。このとき上記ビームスプリッタ10b,10aの反射率は、分割された後のレーザ光強度が等しくなるように選定し、この実施形態においては、反射ミラー11aは33%、反射ミラー11bは50%にする。
【0029】
上記のようにしてビームスプリッタ10a,10bで分割された互いに交叉するレーザ光2a,2b,2cは集光用のレンズ3に異なった位置から入射して、シリンダヘッド4に設けられた窓5を透過して燃焼室20のレンズ焦点で集光せしめられ、噴射ノズル8から噴射されたメタノール燃料9の噴霧からプラズマ光7a,7b,7cを発生させ、メタノール燃料9を着火燃焼せしめる。
【0030】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、本発明によれば、レーザ装置とレンズとの間に設けた分割手段によって分割されたレーザ光の、レンズ及び窓と経た入射方向を調整することにより、複数のレーザ光レンズに異なった位置から入射するよう透過状況を変え、燃焼室内で一点で集光させるよう集光状態を調整することができる。
【0031】
そして請求項2のように構成すれば、レーザ光を平行な複数の光束に分割してレンズに入射することにより、レーザ入射用の窓におけるレーザ光の強度を小さくすることができるとともに、レンズの焦点位置でのエネルギ強度は分割前のレベルを確保できるため、燃料への着火性能は良好に保持される。これによって、良好な着火性能を保持して入射用の窓の破損を防止することができ、耐久性、信頼性が向上されたレーザ着火式エンジンが得られる。
【0032】
また、請求項3のように構成すれば、レーザ光を互いに交叉するような複数の光束に分割してレンズに入射することにより、燃焼室内におけるプラズマの発生領域を拡大することができ、レーザが集光した各点で燃料に着火燃焼させることができるので、難着火性燃料等ができ、安定した着火、燃焼を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係るレーザ着火式エンジンのレーザ光入射装置の構成図。
【図2】本発明の実施の第2形態に係る図1応当図。
【図3】従来のレーザ光入射装置の1例を示す図1応当図。
【符号の説明】
1 レーザ装置
2,2a,2b,2c レーザ光
3 レンズ
4 シリンダヘッド
5 窓
6 ピストン
7a,7b,7c プラズマ
8 噴射ノズル
9 メタノール燃料
10a,10b ビームスプリッタ
11a,11b 反射ミラー
20 燃焼室
41 レーザ光通路孔

Claims (3)

  1. レーザ光を発生するレーザ装置から出射されたレーザ光を、シリンダヘッドのレーザ光通路に設けられた集光用のレンズ及び入射用の透明窓を経て燃焼室に透過せしめ、燃焼室内にプラズマを発生させることにより、同燃料室内に噴射された燃料に着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、上記レーザ装置とレンズとの間に、上記レーザ光を複数の光束に分割する分割手段を設置し、分割された上記光束を上記レンズに互いに異なった位置から入射させ上記燃焼室内の一点で集光させるよう構成したことを特徴とするエンジンのレーザ光入射装置。
  2. 上記分割手段が、上記レーザ光を複数の平行な光束に分割するように構成された請求項1記載のエンジンのレーザ光入射装置。
  3. レーザ光を発生するレーザ装置から出射されたレーザ光を、シリンダヘッドのレーザ光通路に設けられた集光用のレンズ及び入射用の透明窓を経て燃焼室に透過せしめ、燃焼室内にプラズマを発生させることにより、同燃料室内に噴射された燃料に着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、上記レーザ装置とレンズとの間に、上記レーザ光を複数の互いに交叉する光束に分割する分割手段を設置したことを特徴とするエンジンのレーザ光入射装置。
JP12323496A 1996-05-17 1996-05-17 エンジンのレーザ光入射装置 Expired - Fee Related JP4021954B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12323496A JP4021954B2 (ja) 1996-05-17 1996-05-17 エンジンのレーザ光入射装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12323496A JP4021954B2 (ja) 1996-05-17 1996-05-17 エンジンのレーザ光入射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09303244A JPH09303244A (ja) 1997-11-25
JP4021954B2 true JP4021954B2 (ja) 2007-12-12

Family

ID=14855529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12323496A Expired - Fee Related JP4021954B2 (ja) 1996-05-17 1996-05-17 エンジンのレーザ光入射装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4021954B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3181892A1 (en) 2015-12-16 2017-06-21 Ricoh Company, Ltd. Optical window member, laser device, ignition system, and internal combustion engine

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT5307U1 (de) * 2001-04-23 2002-05-27 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine mit fremdzündung
KR20040049078A (ko) * 2002-12-03 2004-06-11 현대자동차주식회사 예혼합 압축 착화 엔진의 착화 제어장치
WO2005078256A2 (de) * 2004-02-13 2005-08-25 Avl List Gmbh Otto-brennkraftmaschine mit direkteinspritzung
JP5630765B2 (ja) * 2010-09-21 2014-11-26 株式会社日本自動車部品総合研究所 レーザ点火装置
JP2011140957A (ja) * 2011-04-14 2011-07-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ多点着火装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3181892A1 (en) 2015-12-16 2017-06-21 Ricoh Company, Ltd. Optical window member, laser device, ignition system, and internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09303244A (ja) 1997-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6305929B1 (en) Laser-induced ignition system using a cavity
US5673550A (en) Laser initiated non-linear fuel droplet ignition
US8146554B2 (en) Laser ignition apparatus
JP5630765B2 (ja) レーザ点火装置
US20060032470A1 (en) Device for igniting an internal combustion engine
JP4021954B2 (ja) エンジンのレーザ光入射装置
JP2006329186A (ja) レーザ点火装置
JP4257420B2 (ja) 内燃機関用レーザー式多点着火装置
JP4415269B2 (ja) 内燃機関のレーザ点火装置
JP4772579B2 (ja) レーザ多点着火装置
JP4438731B2 (ja) 内燃機関用レーザ点火装置
JP4731952B2 (ja) レーザ点火装置及び方法
JPS58195074A (ja) 内燃機関の点火装置
JPH0533755A (ja) 内燃機関の点火装置
JP2017106406A (ja) レーザ点火装置及び内燃機関
JP4772600B2 (ja) 多点出力レーザ着火装置
JPH0868374A (ja) レーザ着火装置
JPH0942138A (ja) エンジン着火装置
JPH01193081A (ja) 内燃機関の着火補助装置
JP2009097427A (ja) レーザ誘起型火花放電点火装置
JP2006161612A (ja) レーザ光分割装置を備えたレーザ着火式エンジン
JP4378516B2 (ja) 内燃機関のレーザー着火装置およびレーザー着火方法
JP4877751B2 (ja) レーザ着火装置
JP4302016B2 (ja) レーザ着火装置およびこれを備えたレーザ着火式エンジン
JP4354320B2 (ja) 凹面鏡付きレーザ装置を備えたレーザ着火式エンジン

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070904

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070928

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees