JP4438731B2

JP4438731B2 - 内燃機関用レーザ点火装置

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Publication number: JP4438731B2
Application number: JP2005297756A
Authority: JP
Inventors: 武敏藤川; 一弘秋濱; 和男長谷川; 大介井上
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2025-10-12
Also published as: JP2007107424A

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。

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）。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の内燃機関用レーザ点火装置は、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、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が変更されるように前記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制御と、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位置が変更されるように前記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制御とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

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。

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。

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。

このように、請求項１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又は集光位置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。

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。

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。

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。
そして、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又は集光位置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又は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。

また、前記課題を解決するために、請求項３に記載の内燃機関用レーザ点火装置は、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、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、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が変更されるように前記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制御と、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制御とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

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。

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。

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。

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又は集光位置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。

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。

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。

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。
そして、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又は集光位置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又は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。

また、前記課題を解決するために、請求項５に記載の内燃機関用レーザ点火装置は、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、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制御と、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位置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制御とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

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。

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。

このように、請求項５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又は集光位置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。

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。
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又は集光位置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又は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。

また、前記課題を解決するために、請求項７に記載の内燃機関用レーザ点火装置は、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、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と、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が変更されるように前記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制御と、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位置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制御とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

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。

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。

このように、請求項７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又は集光位置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。

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。

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。

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。

そして、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又は集光位置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又は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。

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位置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とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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又は集光位置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又は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。

以上詳述したように、請求項１、３、５、７、９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。

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。

また、請求項２、４、６、８，１０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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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）。

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

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

[第七実施形態]
次に、図１３乃至図１５を参照しながら、本発明の参考例に係る内燃機関用レーザ点火装置１００について説明する。

本発明の参考例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。

本発明の参考例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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本発明の参考例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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

次に、本発明の参考例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。

以上詳述したように、本発明の参考例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。

また、本発明の参考例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。

また、本発明の参考例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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
[本発明の第一参考例]
次に、図１９，図２０を参照しながら、本発明の第一参考例に係る内燃機関用レーザ点火装置１３０について説明する。

本発明の第一参考例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。

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。

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。

次に、本発明の第一参考例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。

本発明の第一参考例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。

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。

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。

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。

このように、本参考例では、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。

次に、本発明の第一参考例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。

以上詳述したように、本発明の第一参考例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。

また、本発明の第一参考例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。

また、本発明の第一参考例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。

なお、上記参考例では、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。

[本発明の第二参考例]
次に、図２１を参照しながら、本発明の第二参考例に係る内燃機関用レーザ点火装置１４０について説明する。

本発明の第二参考例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。

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。

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。

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。

次に、本発明の第二参考例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。

本発明の第二参考例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。

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。

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。

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。

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。

このように、本参考例では、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。

次に、本発明の第二参考例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。

以上詳述したように、本発明の第二参考例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。

また、本発明の第二参考例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。

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。

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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。図１３は本発明の参考例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。図１４は本発明の参考例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。図１５は本発明の参考例に係るレーザ制御装置の動作を示す図である。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。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。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。図１９は本発明の参考例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。図２０は本発明の参考例に係るマルチウェッジ基盤の構成を示す図である。図２１は本発明の参考例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。図２２は本発明の参考例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。

符号の説明

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
２６，６２，７６，８６，１０３Ｑ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
９６Ｑ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
１３５ｆθ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）

Claims

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、
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が変更されるように前記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制御と、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位置が変更されるように前記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制御とを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
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又は集光位置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請求項１に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
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、
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、
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が変更されるように前記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制御と、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制御とを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
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数又は集光位置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請求項３に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
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、
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制御と、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位置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制御とを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
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又は集光位置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請求項５に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
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、
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と、
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が変更されるように前記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制御と、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位置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制御とを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
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又は集光位置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請求項７に記載の内燃機関用レーザ点火装置。
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位置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とを行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関用レーザ点火装置。
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又は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。