JP4590537B2 - レーザ点火装置 - Google Patents
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Description
1回の燃焼行程において、正規の点火時期の後に再度レーザ光を発振し燃焼を行うようになっていることを特徴としている。
また、それによれば、請求項3に記載の発明のように、正規の点火時期の後に行うレーザ光の発振により、正規の点火時期での燃焼では燃焼しきらずに正規の点火時期の後に残存する燃料を燃焼させることができる。
具体的には、請求項2に記載の発明のように、燃焼行程のうち膨張行程後半において、再度レーザ光を発振することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザ点火装置100を、混合気の着火、燃焼が行われる燃焼室201を有するエンジンのエンジンヘッド200に取り付けた状態を示す概略断面図である。本実施形態では、筒内直接噴射式自動車用エンジンへの適用について述べるが、混合気の着火、燃焼が行なわれる燃焼室を有するエンジンであれば、これに限定されない。
本実施形態のレーザ点火装置100は、大きくは、レーザ光L1を発振するレーザ発振器10と、このレーザ発振器10に対しレーザ光L1の発振を行うための電流(つまり、印加電流)を印加する電源20と、エンジンの運転状態を示すエンジン条件を検出するためのセンサ群31〜36と、このセンサ群31〜36から検出されたエンジン条件に基づいて電源20からの印加電流を制御する制御回路としてのECU30とを備えて構成されている。
次に、レーザ点火装置100の作動について説明する。まず、図1に示されるように、エンジンのエンジンヘッド200に対し、正規の取付位置にてレーザ点火装置100が取り付けられる。
ところで、本実施形態によれば、上述したように、混合気の着火、燃焼が行われる燃焼室201を有するエンジンに取り付けられ、電流を印加することによりレーザ光L1を発振するレーザ発振器10を備えており、燃焼室201内にて圧縮された混合気に対し、レーザ発振器10からのレーザ光L1を集光させ着火することにより点火を行うレーザ点火装置において、エンジンの運転状態を示すエンジン条件に基づいて、レーザ発振器10に印加する電流(印加電流)を制御することによりレーザ発振器10から発振されるレーザ光L1の出力エネルギーを制御することを特徴とするレーザ点火装置100を提供することができる。
図6は、本実施形態の変形例における点火信号、印加電流、レーザ出力のタイミングチャートを示す図である。
図7は、本発明の第2実施形態に係るレーザ点火装置110をエンジンヘッド200に取り付けた状態を示す概略断面図である。
図10は、本発明の第3実施形態に係るレーザ発振器としてのレーザ点火装置100を、混合気の着火、燃焼が行われる燃焼室201を有するエンジンのエンジンヘッド200に取り付けた状態を示す概略断面図である。
13…共振器、14…共振器からの励起光、
15…レーザ媒質、16…可飽和吸収体、
17…ミラー、19…コーティング膜、20…反射膜、
21…コーティングされた膜、100…レーザ点火装置、
200…エンジンヘッド、201…燃焼室、
203…焦点位置、L1…レーザ光。
Claims (13)
- 混合気の着火、燃焼が行われる燃焼室(201)を有するエンジンに取り付けられ、電流を印加することによりレーザ光を発振するレーザ発振器(10)を備えており、
前記燃焼室(201)内にて圧縮された前記混合気に対し、前記レーザ発振器(10)からの前記レーザ光を集光させ着火することにより点火を行うレーザ点火装置において、
前記エンジンの運転状態を示すエンジン条件に基づいて、前記レーザ発振器(10)に印加する電流を制御することにより前記レーザ発振器(10)から発振されるレーザ光の出力エネルギーを制御するものであり、
1回の燃焼行程において、正規の点火時期の後に再度レーザ光を発振し燃焼を行うようになっていることを特徴とするレーザ点火装置。 - 前記燃焼行程のうち膨張行程後半において、再度レーザ光を発振することを特徴とする請求項1に記載のレーザ点火装置。
- 前記正規の点火時期の後に行うレーザ光の発振により、前記正規の点火時期での燃焼では燃焼しきらずに前記正規の点火時期の後に残存する燃料を燃焼させ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。
- 前記エンジン条件として前記燃焼室(201)内の圧力を算出し、この算出された圧力に基づいて前記レーザ発振器(10)に印加する電流を制御することにより前記レーザ発振器(10)から発振されるレーザ光の出力エネルギーを制御することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。
- 前記燃焼室(201)内の圧力が低いほど前記レーザ発振器(10)に印加する電流を大きくし、前記燃焼室(201)内の圧力が高いほど前記レーザ発振器(10)に印加する電流を小さくすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。
- 前記レーザ発振器(10)から点火時期の直前に点火用のレーザ光よりもエネルギーの小さい検出用のレーザ光を発振させることにより、前記点火用のレーザ光の集光位置(203)における混合気密度を検出し、検出された混合気密度に基づいて前記レーザ発振器(10)に印加する電流を制御するようになっていることを特徴とする請求項5に記載のレーザ点火装置。
- 前記検出された混合気密度が低いほど前記レーザ発振器(10)に印加する電流を大きくし、前記検出された混合気密度が高いほど前記レーザ発振器(10)に印加する電流を小さくすることを特徴とする請求項6に記載のレーザ点火装置。
- 前記レーザ発振器(10)は、印加された電流が大きくなるにつれて多重発振が可能なものであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。
- 前記レーザ発振器(10)は、励起光(14)を発する励起光源(12)と前記励起光(14)が入射されることにより前記レーザ光を発振する共振器(13)とを備え、
前記共振器(13)は、励起されることにより光を放出するレーザ媒質(15)と、
前記レーザ媒質(15)の入射側に設けられ、前記励起光(14)は透過し且つ前記レーザ媒質(15)より放出された光は全反射するコーティング膜(19)と、
前記レーザ媒質(15)より放出された光を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体(16)と、
前記可飽和吸収体(16)の出射側に設けられ前記レーザ媒質(15)より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射するミラー(17)とにより構成されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。 - 前記レーザ媒質(15)の出射側には、前記励起光(14)を反射する反射膜(20)が設けられていることを特徴とする請求項9に記載のレーザ点火装置。
- 前記可飽和吸収体(16)は、セラミックCr:YAGよりなることを特徴とする請求項9または10に記載のレーザ点火装置。
- 前記レーザ媒質(15)と前記可飽和吸収体(16)と前記ミラー(17)とを、密着して一体化することを特徴とする請求項9ないし11のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。
- 前記可飽和吸収体(16)の出射側にミラーコーティングを施し、このミラーコーティングされた膜(21)を前記ミラーとして機能させることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1つに記載のレーザ点火装置。
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