JP4617061B2 - レーザ点火エンジンのための方法および装置 - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明は、概して、内部燃焼エンジンの分野に関する。より詳細には、本発明は、エンジンの動作中の燃焼チャンバ内の1以上の点火位置のポジションを適応可能に調整するためにレーザ点火を用いるための方法および装置に関する。本発明は、さらに、エンジン動作の単一サイクルの間の複数の点火位置を提供するための方法および装置に関する。
内部燃焼エンジンのための通常の点火装置では、スパーク放電により空気−燃料混合を点火するために、燃焼チャンバの壁表面上に固定された点火プラグに高圧が付与される。しかしながら、この種の点火装置では、いくつかの問題が生じる。例えば、点火プラグは、燃焼チャンバに直接さらされるので、炭素が点火プラグに付着して、点火プラグの放電が困難になる。さらに、点火プラグの電極の熱損失に起因して、放電によって生成されたフレームのトーチまたは基点が冷却され、フレームに達する前に消える。点火は燃焼チャンバの壁表面上またはそのごく近くで発生するので、空気−燃料混合は、それがチャンバの中心部分にあるよりも点火が困難になる。点火されたとしても、フレームが燃焼チャンバの全体のスペースにわたって広がる前にかなりの時間を要する。さらに、点火は壁表面上またはそのごく近くで発生するので、壁表面から燃料が燃焼することに関連付けられる困難性に起因する不十分な混合がしばしば結果として生じる。
開示された発明は、エンジンスピードおよび負荷の関数として燃料および空気混合を制御する必要性を除くことによって、上記に言及された問題を克服する。むしろ、点火位置は、以下に記載されるようなレーザ放射および適合可能な光学を用いて変更され得る。
図4を見ると、本発明の一実施形態にしたがうダイレクトインジェクションエンジン40が示されている。これは、コンポーネントに中でも特に、高圧燃料ポンプ41、インレットポート4、燃料インジェクタ43、燃焼チャンバ44、レーザ45、ビームステアリング機構46、適合可能な光学装置47、取付ブロック48、アウトレットポート49、制御ユニット50、ピストン52、および燃焼チャンバウィンドウ53を含む。これらコンポーネントのいくつかは、分野において共通して見出され得、本明細書の徹底的なレビューを保証しない。そのリストに含まれるのは、少なくとも、燃料ポンプ、インレットおよびアウトレットポート、燃料インジェクタ、ピストン、および燃焼チャンバである。
Claims (34)
- 内部燃焼エンジンのためのレーザ点火装置であって、
1以上の点火位置を規定する燃焼チャンバと、
該燃焼チャンバと光学的に連絡するレーザと、
該燃焼チャンバおよび該レーザと光学的に連絡する適応光学装置であって、該エンジンの動作中に該エンジンの動作状態の関数として、1以上の点火位置のポジションを調整するように構成されている適応光学装置と
を含み、
該適応光学装置は、光学コンポーネントを含み、
該エンジンの単一のサイクルの間に、放射のビームの向きを変え、かつ、放射のビームの焦点を合わせることが可能なように、該光学コンポーネントの光学特性を変化させることが可能である、レーザ点火装置。 - 前記内部燃焼エンジンは、ガソリンエンジンを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションガソリンエンジンを含む、請求項2に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ポートインジェクト式のガソリンエンジンを含む、請求項2に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、天然ガスエンジンを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記光学装置は、エンジンスピードおよび負荷の関数として前記1以上の点火位置のポジションを調整するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記光学装置は、エンジンノックの関数として前記1以上の点火位置のポジションを調整するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 内部燃焼エンジンのサイクルの間に複数の点火位置を提供するレーザ点火装置であって、
第一の点火位置および第二の点火位置を規定する燃焼チャンバと、
該燃焼チャンバと光学的に連絡するパルスレーザと、
該燃焼チャンバおよび該レーザと光学的に連絡する適応光学装置であって、該適応光学装置は、該エンジンの単一のサイクルの間に、レーザ放射の第一のパルスを該第一の点火位置に導き、該レーザ放射の第一のパルスの後に、該レーザ放射の第二のパルスを該第二の点火位置に導くように構成されており、該適応光学装置は、該エンジンの動作中に該エンジンの動作状態の関数として、該第一の点火位置および該第二の点火位置のポジションを調整するように構成されている、適応光学装置と
を含み、
該適応光学装置は、光学コンポーネントを含み、
該エンジンの単一のサイクルの間に、放射のビームの向きを変え、かつ、放射のビームの焦点を合わせることが可能なように、該光学コンポーネントの光学特性を変化させることが可能である、レーザ点火装置。 - 前記光学装置は、エンジンスピードまたは負荷の関数として前記第一または第二の点火位置のポジションを調整するように構成されている、請求項8に記載の装置。
- 前記光学装置は、エンジンノックの関数として前記第一または第二の点火位置のポジションを調整するように構成されている、請求項8に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ガソリンエンジンを含む、請求項8に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションガソリンエンジンを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ポートインジェクト式のガソリンエンジンを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、天然ガスエンジンを含む、請求項8に記載の装置。
- 内部燃焼エンジン内のレーザ点火のための方法であって、
適応光学装置を用いてレーザ放射を燃焼チャンバ内の第一の点火位置に導くことであって、該適応光学装置は、光学コンポーネントを含み、該エンジンの単一のサイクルの間に、放射のビームの向きを変え、かつ、放射のビームの焦点を合わせることが可能なように、該光学コンポーネントの光学特性を変化させることが可能である、ことと、
該適応光学装置を用いて該エンジンの動作中に該エンジンの動作状態の関数として該点火位置のポジションを第二の点火位置に調整することと
を含み、
該エンジンは、該第一の点火位置および該第二の点火位置を規定する燃焼チャンバを含む、方法。 - 前記調整することは、エンジンスピードまたは負荷の関数として前記点火位置のポジションを調整することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記調整することは、エンジンノックの関数として前記点火位置のポジションを調整することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ガソリンエンジンを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションガソリンエンジンを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ポートインジェクト式のガソリンエンジンを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、天然ガスエンジンを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記適応光学装置を用いてレーザ放射を燃焼チャンバウィンドウに導くことにより、該ウィンドウをきれいにすることをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 内部燃焼エンジンのサイクルの間に複数の点火位置を提供する方法であって、
(a)適応光学装置を用いてレーザ放射の第一のパルスを燃焼チャンバ内の第一の点火位置に導くことであって、該適応光学装置は、光学コンポーネントを含み、放射のビームの向きを変え、かつ、放射のビームの焦点を合わせることが可能なように、該光学コンポーネントの光学特性を変化させることが可能である、ことと、
(b)該レーザ放射の第一のパルスの後に、該適応光学装置を用いて該レーザ放射の第二のパルスを該燃焼チャンバ内の第二の点火位置に導くことと、
(c)該適応光学装置を用いて、該エンジンの動作中に該エンジンの動作状態の関数として、該第一の点火位置および該第二の点火位置のポジションを調整することと
を含み、
ステップ(a)、(b)は、該エンジンの単一のサイクルの間に起こる、方法。 - 前記調整することは、エンジンスピードまたは負荷の関数として前記第一または第二の点火位置のポジションを調整することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記調整することは、エンジンノックの関数として前記第一または第二の点火位置のポジションを調整することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ガソリンエンジンを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションガソリンエンジンを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ポートインジェクト式のガソリンエンジンを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、天然ガスエンジンを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記適応光学装置を用いてレーザ放射の第三のパルスを燃焼チャンバウィンドウに導くことにより、該ウィンドウをきれいにすることをさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションエンジンを含み、前記適応光学装置は、燃料ジェットにおいてレーザ放射を導くようにさらに構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションエンジンを含み、前記適応光学装置は、燃料ジェットにおいてレーザ放射を導くようにさらに構成されている、請求項8に記載の装置。
- 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションエンジンを含み、
前記方法は、燃料ジェットにおいてレーザ放射を導くことをさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 前記内部燃焼エンジンは、ダイレクトインジェクションエンジンを含み、
前記方法は、燃料ジェットにおいてレーザ放射を導くことをさらに含む、請求項23に記載の方法。
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