JP4731952B2 - Laser ignition device and method - Google Patents

Laser ignition device and method Download PDF

Info

Publication number
JP4731952B2
JP4731952B2 JP2005056277A JP2005056277A JP4731952B2 JP 4731952 B2 JP4731952 B2 JP 4731952B2 JP 2005056277 A JP2005056277 A JP 2005056277A JP 2005056277 A JP2005056277 A JP 2005056277A JP 4731952 B2 JP4731952 B2 JP 4731952B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident
laser
cylinder
plane
fuel
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
JP2005056277A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006242035A (en
Inventor
義明 西島
公孝 斎藤
谷  泰臣
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2005056277A priority Critical patent/JP4731952B2/en
Publication of JP2006242035A publication Critical patent/JP2006242035A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4731952B2 publication Critical patent/JP4731952B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

この発明は、ガソリンエンジンのように燃料と空気の混合気を燃焼室内で強制的に点火して燃焼させる内燃機関の点火装置及び方法に関する。詳しくは、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料と空気の混合気にレーザ発生器からのレーザビームを照射して該混合気を着火燃焼させるレーザ点火装置及び方法に関する。   The present invention relates to an ignition device and method for an internal combustion engine in which a fuel / air mixture is forcibly ignited and burnt in a combustion chamber, such as a gasoline engine. Specifically, the fuel / air mixture injected from the injection valve in the combustion chamber formed by the cylindrical cylinder, piston, and cylinder head is irradiated with the laser beam from the laser generator to ignite and burn the mixture. The present invention relates to a laser ignition device and method.

ガソリンエンジン等の予混合燃焼エンジンにおいては、一般に点火プラグの火花放電で混合気の点火を行うようになっているが、圧縮比を高めたような場合、その点火位置から離れたシリンダ内壁付近で所謂エンドガスが自己着火し、ノッキングを起こすことがある。また、点火プラグが燃焼室に直接曝されるので炭素がプラグの電極に付着して、放電が困難になることがある。さらに、プラグで点火されたフレームが燃焼室全般に広がるまでには、時間がかかり、熱効率が悪い。   In a premixed combustion engine such as a gasoline engine, generally, an air-fuel mixture is ignited by spark discharge of a spark plug. However, when the compression ratio is increased, it is near the inner wall of the cylinder far from the ignition position. The so-called end gas may self-ignite and cause knocking. In addition, since the spark plug is directly exposed to the combustion chamber, carbon may adhere to the electrode of the plug, making discharge difficult. Furthermore, it takes time and the thermal efficiency is poor until the flame ignited by the plug spreads over the entire combustion chamber.

そこで、このスパークプラグによる点火に換わる点火装置として、例えば図16に示すレーザ点火装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。これは、レーザ発生器51からのレーザビーム52をビームスプリッタ60a、60bと反射ミラー71a、71bで3ビームに分割し、シリンダヘッド80の通路81に設けられたレンズ90で燃焼室内の3箇所に集光して点火するものである。   Therefore, as an ignition device that replaces the ignition by the spark plug, for example, a laser ignition device shown in FIG. 16 has been developed (see, for example, Patent Document 1). This is because the laser beam 52 from the laser generator 51 is divided into three beams by the beam splitters 60a and 60b and the reflecting mirrors 71a and 71b, and the lens 90 provided in the passage 81 of the cylinder head 80 is divided into three parts in the combustion chamber. It concentrates and ignites.

しかしながら、シリンダヘッドの右上で3ビームに分割し、シリンダの延びる方向(ピストンの上下する方向)から3箇所に集光するレーザ点火装置は、いくつかの問題を有している。すなわち、3箇所の点火位置が燃焼室の右側に偏っており、エンドガスの自己着火によるノッキングは回避できても、燃焼室内で混合気の濃度分布が大きく変化する成層運転時には最適な点火位置での運転ができず、失火によるエミッションの悪化、燃費悪化を招く。また、3ビームに分割して集光する光学系の要素が多く且つ複雑で、連続運転で初期性能を維持することが困難である。さらに、シリンダヘッドには図示省略の吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブなどが配設されており、レーザ点火装置を図のように配設するには制約が多い。したがって、エンドガスに3つの点火位置を設定することすら難しく、ノッキングの回避も確実性に欠ける問題を有していた。
特開平9−303244号公報
However, the laser ignition device that divides into three beams at the upper right of the cylinder head and collects light at three locations from the direction in which the cylinder extends (the direction in which the piston moves up and down) has several problems. That is, the three ignition positions are biased to the right side of the combustion chamber, and even if knocking due to self-ignition of the end gas can be avoided, the optimum ignition position can be obtained during stratified operation when the concentration distribution of the air-fuel mixture changes greatly in the combustion chamber Unable to drive, resulting in worse emissions and fuel consumption due to misfire. In addition, there are many and complicated elements of the optical system that divides light into three beams to collect light, and it is difficult to maintain the initial performance by continuous operation. Furthermore, the cylinder head is provided with an intake pipe, an intake valve, an exhaust pipe, an exhaust valve, etc. (not shown), and there are many restrictions on arranging the laser ignition device as shown in the figure. Therefore, it is difficult to set three ignition positions in the end gas, and knocking avoidance has a problem that lacks certainty.
JP-A-9-303244

本発明は、上記の従来のレーザ点火装置の問題に鑑みてなされたものであり、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に依存しない確実な点火を可能としてロバスト性の高い燃焼を実現するレーザ点火装置及び方法を提供することを課題としている。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上及びノッキングの確実な回避を可能とするレーザ点火装置及び方法を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional laser ignition device, and realizes highly robust combustion by enabling reliable ignition independent of the mixture distribution and mixture concentration distribution in the combustion chamber. It is an object of the present invention to provide a laser ignition device and method. Another object of the present invention is to provide a laser ignition device and method capable of shortening the combustion time, improving fuel efficiency and reliably avoiding knocking.

課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料に、レーザ発生器からレーザビームを照射して前記燃料を着火燃焼させるレーザ点火装置であって、前記レーザビームを前記シリンダの延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面内)で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段と、前記入射手段で入射される前記レーザビームを前記x−y平面と直交する前記シリンダの壁面で順次反射させて、入射または反射してから次に反射するまでの前記レーザビーム同士を前記x−y平面上の複数点でクロスさせるマルチパス手段と、前記入射手段で入射される前記レーザビームの強度を前記複数のクロス点でのみ前記燃料着火燃焼る強度に制御する強度制御手段とを有することを特徴としている。
The invention according to claim 1 which has been made to solve the problems, cylindrical cylinder, a piston, and the fuel injected from the injector in the combustion chamber formed in a cylinder head, a laser generator or is Zabimu a laser ignition device for igniting the combustion front Symbol fuel irradiation shines, the direction extending the laser beam of the cylinder (z-axis) perpendicular to the plane (x-y plane) the combustion chamber of a predetermined in Incidence means for incidence at an incidence angle, and the laser beam incident on the incidence means are sequentially reflected on the wall surface of the cylinder perpendicular to the xy plane, and from incident or reflected to the next reflected the laser and the multi-pass means for the beam to each other to cross at a plurality of points on the the x-y plane, the fuel only the intensity of the laser beam incident at the incident means by the plurality of cross points It is characterized by having a strength control means for controlling the intensity you ignition combustion.

燃焼室内のシリンダの延びる方向と直交する面内における複数のクロス点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。   Ignition combustion is performed at multiple cross points in a plane orthogonal to the direction in which the cylinder extends in the combustion chamber, enabling reliable ignition without being affected by the mixture distribution or mixture concentration distribution in the combustion chamber. Highly combustible combustion can be realized. In addition, the combustion time can be shortened to improve fuel consumption and avoid knocking.

レーザビームをシリンダの中心を外す方向から壁面に入射させ、シリンダの壁面で多重反射させることで複数のクロス点を形成して点火させるので、複雑な光学系を付加する必要がない。   Since the laser beam is incident on the wall surface from the direction of removing the center of the cylinder and is subjected to multiple reflection on the wall surface of the cylinder to form and ignite a plurality of cross points, it is not necessary to add a complicated optical system.

また、請求項に係る発明は、請求項1に記載のレーザ点火装置であって、前記マルチパス手段は、前記シリンダの壁面に沿って配設された角度制御可能なミラーを有することを特徴としている。
The invention according to claim 2 is the laser ignition device according to claim 1, wherein the multi-pass means includes an angle-controllable mirror disposed along a wall surface of the cylinder. It is said.

マルチパス手段は、シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御して複数点でクロスさせるので、任意の位置でクロスさせることができる。したがって、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に応じてクロス点を形成することができ、より一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。   Since the multi-pass means controls the angle of the mirror disposed along the wall surface of the cylinder to cross at a plurality of points, it can be crossed at any position. Therefore, a cross point can be formed according to the mixture distribution and the concentration distribution of the mixture in the combustion chamber, enabling more reliable ignition and realizing highly robust combustion.

また、請求項に係る発明は、請求項1または2に記載のレーザ点火装置であって、前記ピストンが前記燃焼室を形成する面に球状キャビテイを備え、前記噴射弁から噴射される燃料がホローコーン状であることを特徴としている。
The invention according to claim 3 is the laser ignition device according to claim 1 or 2 , wherein the piston has a spherical cavity on a surface forming the combustion chamber, and fuel injected from the injection valve is It is characterized by a hollow cone shape.

ピストンが球形キャビテイを備え、噴射弁が燃料をホローコーン状に噴射すると、混合気分布がシリンダの延びる方向と直交する面内で複数に分割するため、同じ面内でクロスする点が前記複数に分割する混合気分布と一致する確率が高くなり、より一層確実な点火が可能となる。   When the piston has a spherical cavity and the injection valve injects fuel in a hollow cone shape, the mixture distribution is divided into multiple parts in the plane perpendicular to the direction in which the cylinder extends. Therefore, the probability of matching with the air-fuel mixture distribution increases, and more reliable ignition becomes possible.

また、請求項に係る発明は、請求項に記載のレーザ点火装置であって、前記入射角度は、前記入射手段で入射されたレーザビームと前記シリンダの壁面における該レーザビームの入射点の法線とがなす角度であり、前記入射手段の前記所定の入射角度は、nを5以上の整数、すなわちn=5、6、7・・・とするとき、{90×(1−4/n)}°であることを特徴としている。
The invention according to claim 4 is the laser ignition device according to claim 3 , wherein the incident angle is determined by the laser beam incident by the incident means and the incident point of the laser beam on the wall surface of the cylinder. The predetermined incident angle of the incident means is {90 × (1−4 / 4) when n is an integer equal to or greater than 5, that is, n = 5, 6, 7,. n)} °.

入射角度θを
θ={90×(1−4/n)}° (1)
にすると、クロス点を結ぶ多角形が正n角形となり、混合気分布が複数に分割してもクロス点を一致させる確率をより高くすることができる。なお、(1)式の導出は後で行う。
The incident angle θ is θ = {90 × (1−4 / n)} ° (1)
In this case, the polygon connecting the cross points becomes a regular n-gon, and the probability of matching the cross points can be further increased even when the mixture distribution is divided into a plurality. Note that derivation of equation (1) will be performed later.

課題を解決するためになされた請求項に係る発明は、円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の燃料にレーザ発生器からレーザビームを照射して前記燃料を着火燃焼させるレーザ点火方法であって、前記レーザビームを前記シリンダの延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面内)で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射ステップと、前記入射ステップで入射される前記レーザビームを前記x−y平面と直交する前記シリンダの内壁面で順次反射させて、入射または反射してから次に反射するまでの前記レーザビーム同士を前記x−y平面上の複数点でクロスさせるマルチパスステップと、前記入射ステップで入射される前記レーザビームの強度を前記複数のクロス点でのみ前記燃料着火燃焼る強度に制御する強度制御ステップとを有することを特徴としている。
Invention, cylindrical cylinder, a piston, and the laser generator or is Zabimu the irradiation shines in front Symbol fuel to the fuel in the combustion chamber formed in a cylinder head according to claim 5 which has been made to solve the problem Is a laser ignition method for igniting and burning the laser beam , wherein the laser beam is incident at a predetermined incident angle into the combustion chamber in a plane (in the xy plane) orthogonal to the direction in which the cylinder extends (z axis). And sequentially reflecting the laser beams incident in the incident step on the inner wall surface of the cylinder perpendicular to the xy plane, and the laser beams from the incident or reflected to the next reflected x-y and multipath step of cross at a plurality of points on a plane, said fuel only the intensity of the laser beam incident at the incident step by the plurality of cross spotting It is characterized by having a strength control step of controlling the intensity you burn.

また、請求項に係る発明は、請求項に記載のレーザ点火方法であって、前記マルチパスステップは、前記シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御することを含む、ことを特徴としている。 The invention according to claim 6 is the laser ignition method according to claim 5 , wherein the multi-pass step includes controlling an angle of a mirror disposed along a wall surface of the cylinder. It is characterized by that.

ここで、図9を使って上記(1)式の導出を行う。図9は後述する図8(c)を描き直したものである。すなわち、P0からP11方向に入射したレーザビームがシリンダの壁面41で多重反射して燃焼室7内をマルチパスしてクロス点Q11〜Q15が形成され、そのクロス点を結ぶ多角形が正5角形の場合を描画したものである。 Here, the above equation (1) is derived using FIG. FIG. 9 is a redraw of FIG. 8C described later. That is, the laser beam incident in the direction from P 0 to P 11 is subjected to multiple reflections on the wall surface 41 of the cylinder and multipaths in the combustion chamber 7 to form cross points Q 11 to Q 15 , and polygons connecting the cross points Is a case of a regular pentagon.

正n角形の頂角θ’は簡単な幾何学から
θ’=180×(n−2)/n=90×(2−4/n)
と表されることがわかる。n=5の場合、θ’=108°となる。図9で∠Q111213をθ’、レーザビームの入射角である∠OP110をθ、∠P111213をαとすると、
α=180−θ’=90×4/n
であり、
θ=90−α=90×(1−4/n)
となり、(1)式が導出されたことになる。
The apex angle θ ′ of a regular n-gon is from simple geometry θ ′ = 180 × (n−2) / n = 90 × (2−4 / n)
It can be seen that In the case of n = 5, θ ′ = 108 °. In FIG. 9, ∠Q 11 Q 12 Q 13 is θ ′, the incident angle of the laser beam is ∠OP 11 P 0 is θ, and ∠P 11 Q 12 Q 13 is α.
α = 180−θ ′ = 90 × 4 / n
And
θ = 90−α = 90 × (1−4 / n)
Thus, equation (1) is derived.

燃焼室内のシリンダの延びる方向と直交する面内における複数のクロス点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。   Ignition combustion is performed at multiple cross points in a plane orthogonal to the direction in which the cylinder extends in the combustion chamber, enabling reliable ignition without being affected by the mixture distribution or mixture concentration distribution in the combustion chamber. Highly combustible combustion can be realized. In addition, the combustion time can be shortened to improve fuel consumption and avoid knocking.

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態1について、図を用いて説明する。図1は、実施形態1に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図2及び図3は、図1のA−A断面図、図4は、入射手段を説明するための図、図5は、強度制御手段の拡大図である。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the laser ignition device according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a schematic configuration diagram of a laser ignition device for an engine according to the first embodiment, FIGS. 2 and 3 are AA cross-sectional views of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram for explaining an incident unit, FIG. These are enlarged views of intensity control means.

図1において、4は円筒状シリンダ、5はピストン、6はシリンダヘッド、7はシリンダ4の壁面41とピストン5の球形キャビテイ51を有する上面及びシリンダヘッド6の下面で形成される燃焼室、8は燃料噴射弁である。なお、図1では吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブ等を省略してある。   In FIG. 1, 4 is a cylindrical cylinder, 5 is a piston, 6 is a cylinder head, 7 is a combustion chamber formed by an upper surface having a wall surface 41 of the cylinder 4 and a spherical cavity 51 of the piston 5 and a lower surface of the cylinder head 6, 8 Is a fuel injection valve. In FIG. 1, an intake pipe, an intake valve, an exhaust pipe, an exhaust valve, and the like are omitted.

1はレーザビームLを発生するレーザ発生器、2はレーザビームLの強度を所定の強度に制御する強度制御手段、3はレーザビームをシリンダ4の延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面)で燃焼室7内に所定の入射角度で入射させる入射手段、である。   1 is a laser generator for generating a laser beam L, 2 is an intensity control means for controlling the intensity of the laser beam L to a predetermined intensity, and 3 is an in-plane orthogonal to the extending direction (z axis) of the cylinder 4 ( an incident means that is incident on the combustion chamber 7 at a predetermined incident angle in the xy plane).

上記のように構成されたレーザ点火装置において、レーザ発生器1から発生されたレーザビームLは、入射角がθ1又はθ2となるようにシリンダ4にあけられた穴3又は3’(図4参照)に配設された強度制御手段2に入射される。すなわち、燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段は、本実施形態では、入射角がθ1又はθ2となるようにシリンダ4にあけられた穴3又は3’ということになる。 In the laser ignition device configured as described above, the laser beam L generated from the laser generator 1 has a hole 3 or 3 ′ (see FIG. 3) formed in the cylinder 4 so that the incident angle is θ 1 or θ 2 . 4), and enters the intensity control means 2. That is, in this embodiment, the incident means that enters the combustion chamber at a predetermined incident angle is the hole 3 or 3 ′ formed in the cylinder 4 so that the incident angle is θ 1 or θ 2 .

本発明のレーザ点火装置では、クロス点以外では着火しないでクロス点でのみ着火するようにレーザビーム強度を制御する必要がある。本実施形態の強度制御手段2は、図5に示すように、凸レンズ21、凹レンズ22及び鏡筒23からなるガリレオ型望遠鏡であり、ビーム径を倍率分小さくすることで強度を変えることができる。たとえば、熱着火の場合の着火閾値強度IthがIth=6MW/cm2とすると、クロス点でIth以上になるように制御する必要がある。本実施形態では、たとえば、ビーム径10mm、パワー25KW、レーザビーム強度32KW/cm2のレーザビームLを発生するレーザ発生器1を用いる。そして、強度制御手段2として、ビーム径を1/10にする倍率10倍のガリレオ望遠鏡を用いると、ビーム径10mm、パワー25KW、ビーム強度32KW/cm2のレーザビームLは、ビーム径1mm、パワー25KW、ビーム強度3.2MW/cm2のレーザビームL’となる。なお、たとえば、レーザ発生器1から直接ビーム径1mm、パワー25KW、ビーム強度3.2MW/cm2のレーザビームL’を発生できれば、強度制御手段2を省略することができる。その場合は、たとえば、レーザ発生器1を直接入射手段の穴3又は3’に配設すればよい。 In the laser ignition device of the present invention, it is necessary to control the laser beam intensity so that it is not ignited except at the cross point but only at the cross point. As shown in FIG. 5, the intensity control means 2 of this embodiment is a Galileo telescope comprising a convex lens 21, a concave lens 22, and a lens barrel 23. The intensity can be changed by reducing the beam diameter by the magnification. For example, if the ignition threshold intensity I th in the case of thermal ignition is I th = 6 MW / cm 2 , it is necessary to control so that it becomes I th or more at the cross point. In this embodiment, for example, a laser generator 1 that generates a laser beam L having a beam diameter of 10 mm, a power of 25 KW, and a laser beam intensity of 32 KW / cm 2 is used. When a Galileo telescope having a magnification of 10 to reduce the beam diameter to 1/10 is used as the intensity control means 2, a laser beam L having a beam diameter of 10 mm, power of 25 KW, and beam intensity of 32 KW / cm 2 has a beam diameter of 1 mm, power The laser beam L ′ is 25 KW and the beam intensity is 3.2 MW / cm 2 . For example, if the laser beam L ′ having a beam diameter of 1 mm, a power of 25 KW, and a beam intensity of 3.2 MW / cm 2 can be generated directly from the laser generator 1, the intensity control means 2 can be omitted. In that case, for example, the laser generator 1 may be disposed directly in the hole 3 or 3 ′ of the incident means.

レーザビームL’の入射角θ1、θ2は、シリンダ4の中心Oと入射点P1を結ぶ線と入射レーザビームとのなす角であり、入射レーザビームがシリンダ4の中心Oを通らない場合、シリンダ4の壁面41のP1で反射したレーザビームはP2、P3、P4、あるいはP2’、P3’、P4’で順次反射され、レーザビームL’は、x−y平面内でマルチパスする。したがって、本実施形態ではマルチパス手段は、壁面41である。マルチパスがx−y平面内で行われるため、クロス点Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、あるいはQ1’、Q2’、Q3’、Q4’、Q5’を形成する。 The incident angles θ 1 and θ 2 of the laser beam L ′ are angles formed by a line connecting the center O of the cylinder 4 and the incident point P 1 and the incident laser beam, and the incident laser beam does not pass through the center O of the cylinder 4. In this case, the laser beam reflected by P 1 on the wall surface 41 of the cylinder 4 is sequentially reflected by P 2 , P 3 , P 4 , or P 2 ′, P 3 ′, P 4 ′, and the laser beam L ′ is x− Multipass in the y plane. Therefore, in this embodiment, the multipath means is the wall surface 41. Since multipath is performed in the xy plane, cross points Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , or Q 1 ′, Q 2 ′, Q 3 ′, Q 4 ′, Q 5 ′ Form.

上記のように、レーザビームL’のビーム強度が3.2MW/cm2であるので、クロス点Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、あるいはQ1’、Q2’、Q3’、Q4’、Q5’で6.4MW/cm2となり、着火閾値強度Ith=6MW/cm2以上となるので、クロス点でのみ着火燃焼を開始する。 As described above, since the beam intensity of the laser beam L ′ is 3.2 MW / cm 2 , the cross points Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , or Q 1 ′, Q 2 ′, Q 3 ', Q 4', Q 5 ' at 6.4 mW / cm 2, and the since the ignition threshold intensity I th = 6MW / cm 2 or more, to start the ignition combustion only at the cross point.

圧縮行程中に燃料噴射弁8から燃料を噴射し、成層運転する場合、噴射された燃料と空気の混合気はエンジン条件、燃焼室形状に起因する気流等に大きく影響されるため、常に同一の位置に最適濃度の混合気が形成される訳ではない。点火する位置は混合気の当量比が0.5〜2の領域、特に0.8〜1.2の領域が好ましい。   When fuel is injected from the fuel injection valve 8 during the compression stroke and the stratified operation is performed, the mixture of the injected fuel and air is greatly influenced by the engine conditions, the airflow caused by the combustion chamber shape, and so on, so An air-fuel mixture with the optimum concentration is not formed at the position. The ignition position is preferably a region where the equivalence ratio of the air-fuel mixture is 0.5 to 2, particularly 0.8 to 1.2.

燃焼室7内のシリンダの延びる方向すなわちz軸と直交するx−y面内でクロスする5点で着火燃焼させるので、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に左右されることなく、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。   Since it is ignited and combusted at five points crossing in the xy plane perpendicular to the z-axis perpendicular to the extending direction of the cylinder in the combustion chamber 7, it is not affected by the mixture distribution or mixture concentration distribution in the combustion chamber. Reliable ignition is possible and combustion with high robustness can be realized. In addition, the combustion time can be shortened to improve fuel consumption and avoid knocking.

図2と図3を比較するとわかるように、入射角が小さいと(θ1の場合)クロス点が燃焼室の中央付近に形成され、入射角が大きいと(θ2の場合)クロス点が燃焼室の周辺部に形成される。したがって、噴射弁8から噴射される燃料形状や運転条件で変化する燃料と空気の混合気分布が、たとえば、燃焼室の中央付近に分布する場合は、入射角度をθ1とするレーザ点火装置を用いるとよい。 As can be seen by comparing FIG. 2 and FIG. 3, when the incident angle is small (in the case of θ 1 ), a cross point is formed near the center of the combustion chamber, and when the incident angle is large (in the case of θ 2 ), the cross point is burned. Formed around the chamber. Therefore, when the fuel / air mixture distribution that changes depending on the fuel shape and operating conditions injected from the injection valve 8 is distributed, for example, near the center of the combustion chamber, a laser ignition device having an incident angle θ 1 is provided. Use it.

なお、本実施形態のレーザ点火装置の適用は、所謂スプレーガイドに限定されるものではなく、例えばスイトイキ燃焼に適用されてもよい。   Note that the application of the laser ignition device of the present embodiment is not limited to a so-called spray guide, and may be applied to, for example, switch-to-burn combustion.

(実施形態2)
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態2について、図を用いて説明する。図6は、実施形態2に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図7は、強度制御手段の拡大図、図8はピストンが球形キャビテイを備え、燃料をホローコーン状に噴射したときの混合気濃度分布パターンの挙動及び混合気濃度分布パターンとレーザビームのクロス点の対応を説明するための図、図10は、実施形態2の変形態様の概略構成図である。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the laser ignition device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an engine laser ignition device according to the second embodiment, FIG. 7 is an enlarged view of an intensity control unit, and FIG. 8 is a mixture when a piston has a spherical cavity and fuel is injected into a hollow cone shape. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a modification of the second embodiment, and is a diagram for explaining the behavior of the gas concentration distribution pattern and the correspondence between the mixture concentration distribution pattern and the cross point of the laser beam.

図6において、4はたとえば内径R=50mmの円筒状シリンダ、5はたとえば半径Rc=25mmの球形キャビテイ51を有するピストン、6’はシリンダヘッド、7’はシリンダ4の壁面41とピストン5の上面及びシリンダヘッド6’の下面で形成される燃焼室、8’は燃料噴射弁である。なお、図6でも吸気管、吸気バルブ、排気管、排気バルブ等を省略してある。 In FIG. 6, 4 is a cylindrical cylinder having an inner diameter R = 50 mm, 5 is a piston having a spherical cavity 51 having a radius R c = 25 mm, 6 ′ is a cylinder head, 7 ′ is a wall surface 41 of the cylinder 4 and the piston 5 A combustion chamber, 8 ', formed by the upper surface and the lower surface of the cylinder head 6', is a fuel injection valve. In FIG. 6, the intake pipe, the intake valve, the exhaust pipe, the exhaust valve, etc. are omitted.

1’はレーザ発生器、2’はレーザビームの強度を所定の強度に制御する強度制御手段、10はレーザ発生器1’から発生されたレーザビームを強度制御手段2’まで伝搬させる光ファイバ、3’’はレーザビームL”をシリンダ4の延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面)で燃焼室7’内に所定の入射角度で入射させる入射手段である。なお、入射手段3’’は実施形態1と同様にシリンダ4の壁にあけられた穴3’’で、強度制御手段2’をシリンダ4の中心Oと入射点P11を結ぶ線分と入射レーザビームとのなす角が所定の角度θになるように取り付けるものである(図8(c)参照)。すなわち、穴3’’は、方向が入射点P11の方向と一致し、z軸と直交している。 1 'is a laser generator, 2' is intensity control means for controlling the intensity of the laser beam to a predetermined intensity, 10 is an optical fiber for propagating the laser beam generated from the laser generator 1 'to intensity control means 2', Reference numeral 3 ″ denotes an incident means for causing the laser beam L ″ to enter the combustion chamber 7 ′ at a predetermined incident angle in a plane (xy plane) orthogonal to the direction (z axis) in which the cylinder 4 extends. in projecting means 3 '' embodiment 1 and the hole 3 drilled in the same manner as the wall of the cylinder 4 '', a line segment with the incident laser beam intensity control means 2 'connecting the center O to the incident point P 11 of the cylinder 4 angle between is what attached to a predetermined angle theta (see FIG. 8 (c)). that is, the hole 3 '', the direction coincides with the direction of the incident point P 11, perpendicular to the z-axis is doing.

本発明のレーザ点火装置では、クロス点以外では着火しないでクロス点でのみ着火するようにレーザビーム強度を制御する必要がある。本実施形態の強度制御手段2’は、図7に示すように、コリメートレンズ21’、ファイバ10の出射端101及び鏡筒23’からなり、ビーム径を大きくすることで強度を変えることができる。たとえば、光化学着火の場合の着火閾値強度Ith’がIth’=60KW/cm2とすると、クロス点でIth’以上になるように制御する必要がある。本実施形態では、たとえば、パワー250Wのレーザビームを発生するレーザ発生器1を用い、コア径100μmの石英製ファイバ10に結合させる。そして、ビーム径をコア径の10倍にするコリメートレンズ21’を有する強度制御手段2’で、ビーム径1mm、パワー250W、ビーム強度32KW/cm2のレーザビームL’’にする。 In the laser ignition device of the present invention, it is necessary to control the laser beam intensity so that it is not ignited except at the cross point but only at the cross point. As shown in FIG. 7, the intensity control means 2 ′ according to the present embodiment includes a collimating lens 21 ′, an emission end 101 of the fiber 10, and a lens barrel 23 ′. The intensity can be changed by increasing the beam diameter. . For example, if the ignition threshold intensity I th ′ in the case of photochemical ignition is I th ′ = 60 KW / cm 2 , it is necessary to control so that it becomes I th ′ or more at the cross point. In the present embodiment, for example, a laser generator 1 that generates a laser beam with a power of 250 W is used and coupled to a quartz fiber 10 having a core diameter of 100 μm. Then, the intensity control means 2 ′ having a collimating lens 21 ′ that makes the beam diameter 10 times the core diameter produces a laser beam L ″ having a beam diameter of 1 mm, a power of 250 W, and a beam intensity of 32 KW / cm 2 .

図8(a)は図6の噴射弁8’とピストン5の関係を示し、(b)は(a)のA’−A’断面を示しているが、これから、燃料をホローコーン状に噴射すると、先ず円環状になり、その後気流の影響を受けて混合気が4つに分割され、点線で示す半径Rcの円形キャビテイ内側に分布することがわかる。 8A shows the relationship between the injection valve 8 ′ and the piston 5 in FIG. 6, and FIG. 8B shows the A′-A ′ cross section of FIG. 6A. From now on, when fuel is injected into a hollow cone shape, FIG. first it annularly, then the air-fuel mixture under the influence of the air flow is divided into four, it can be seen that distributed circular cavity inner radius R c indicated by a dotted line.

また、図8(d)は運転条件を変えたときの混合気の挙動を示しているが、運転条件によっては混合気は分割しないで円形キャビテイ内に円環形状を保持している。   FIG. 8 (d) shows the behavior of the air-fuel mixture when the operating conditions are changed. Depending on the operating conditions, the air-fuel mixture is not divided, and an annular shape is maintained in the circular cavity.

本実施形態ではクロス点を結んでできる多角形が正5角形となりクロス点がシリンダの中心Oからrの位置になるように、入射角θ=18°={90×(1−4/5)}°となっている。すなわち、入射角18°でシリンダ4の壁面41のP11に入射したレーザビームは、P12、P13、P14で順次反射され、レーザビームは、x−y平面内でマルチパスする。マルチパスがx−y平面内で行われるため、クロス点Q11、Q12、Q13、Q14、Q15を形成する。そして、入射角θ=18°={90×(1−4/5)}°となっているので、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15を結ぶ5角形は正5角形となる。三角形OQ1214に注目すると、∠OQ1214=54°,∠OP1412=18°であるので、
r/sin18=R/sin54 (2)
の関係が成り立つことがわかる。したがって、たとえば、R=50mmのとき、r=19mmとなる。r(=19mm)<Rc(=25mm)であるので、図8(c)、(e)に示すように、クロス点の多くが半径Rcの点線で示す円内に分布する混合気分布パターンと一致し、確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。また、燃焼時間の短縮を図り、燃費向上およびノッキング回避も可能である。
In this embodiment, the incident angle θ = 18 ° = {90 × (1−4 / 5) so that the polygon formed by connecting the cross points is a regular pentagon and the cross point is located at r from the center O of the cylinder. } °. That is, the laser beam incident on P 11 of the wall surface 41 of the cylinder 4 at an incident angle of 18 ° is sequentially reflected by P 12 , P 13 and P 14 , and the laser beam multipaths in the xy plane. Since multipath is performed in the xy plane, cross points Q 11 , Q 12 , Q 13 , Q 14 , and Q 15 are formed. Since the incident angle θ = 18 ° = {90 × (1−4 / 5)} °, the pentagon connecting Q 11 , Q 12 , Q 13 , Q 14 , and Q 15 is a regular pentagon. Become. When attention is paid to the triangle OQ 12 P 14 , ∠OQ 12 P 14 = 54 ° and ∠OP 14 Q 12 = 18 °.
r / sin18 = R / sin54 (2)
It can be seen that this relationship holds. Therefore, for example, when R = 50 mm, r = 19 mm. Since r (= 19 mm) <R c (= 25 mm), as shown in FIGS. 8C and 8E, an air-fuel mixture distribution in which most of the cross points are distributed within a circle indicated by a dotted line with a radius R c. It matches the pattern, enables reliable ignition, and realizes robust combustion. In addition, the combustion time can be shortened to improve fuel consumption and avoid knocking.

上記のように、入射角θ={90×(1−4/n)}°の場合、クロス点を結ぶ多角形が正n角形になり、そのとき(2)式のような関係式が得られるので、予め混合気分布パターンを計測しておき、クロス点がそのパターンにできるだけ一致するように、入射角を決めることができる。   As described above, when the incident angle θ = {90 × (1−4 / n)} °, the polygon connecting the cross points becomes a regular n-gon, and a relational expression such as Expression (2) is obtained. Therefore, the mixture distribution pattern is measured in advance, and the incident angle can be determined so that the cross point matches the pattern as much as possible.

図10に示すように、強度制御手段2’を2つにしてz軸方向に積層配置するとよい。そうするとz軸と直交する2つの面内でレーザビームがマルチパスして、図8(c)のクロス点を結ぶ正5角形がz軸方向に2層でき、合計10点でレーザ点火されるので一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。なお、この場合、たとえばレーザ発生器1’’としては、パワー500Wのレーザビームを発生するものを用い、ファイバ10’としては、伝搬するレーザパワーを1/2に分割するY分岐を備えたものを用いる必要がある。   As shown in FIG. 10, two intensity control means 2 'may be stacked in the z-axis direction. Then, the laser beam multipaths in two planes orthogonal to the z axis, and a regular pentagon connecting the cross points in FIG. 8C can be formed in two layers in the z axis direction, and laser ignition is performed at a total of 10 points. A more reliable ignition is possible and combustion with high robustness can be realized. In this case, for example, as the laser generator 1 '', one that generates a laser beam having a power of 500 W is used, and as the fiber 10 ′, one having a Y branch that divides the propagating laser power by half. Must be used.

なお、本実施形態のレーザ点火装置の適用は、所謂スプレーガイドに限定されるものではなく、例えばスイトイキ燃焼に適用されてもよい。   Note that the application of the laser ignition device of the present embodiment is not limited to a so-called spray guide, and may be applied to, for example, switch-to-burn combustion.

(実施形態3)
本発明に係るレーザ点火装置の実施形態3について、図を用いて説明する。図11は、実施形態3に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図、図12は、図11のA’−A’断面図、図13〜15は、実施形態2の変形態様の概略構成図である。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the laser ignition device according to the present invention will be described with reference to the drawings. 11 is a schematic configuration diagram of an engine laser ignition device according to a third embodiment, FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line A′-A ′ of FIG. 11, and FIGS. 13 to 15 are schematic configuration diagrams of modifications of the second embodiment. It is.

実施形態1ではマルチパス手段が壁面41であったが、本実施形態はマルチパス手段が壁面に沿って配設されたミラーである点だけが実施形態1と異なる。   In the first embodiment, the multipath means is the wall surface 41. However, the present embodiment is different from the first embodiment only in that the multipath means is a mirror disposed along the wall surface.

42が壁面41に沿って配設された4個のミラーで、反射面がz軸に平行な軸の回りに回転制御できるように配設されている。すなわち、4個のミラー42は、所定の位置にクロス点を形成するようにそれぞれ角度を調節した後固定されている。43は、レーザビームを透過する窓である。   Reference numeral 42 denotes four mirrors arranged along the wall surface 41. The reflecting surface is arranged so that the reflection surface can be controlled to rotate around an axis parallel to the z axis. That is, the four mirrors 42 are fixed after adjusting their angles so as to form cross points at predetermined positions. Reference numeral 43 denotes a window that transmits the laser beam.

本実施形態のレーザ点火装置のマルチパス手段は、シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御して複数点でクロスさせるので、任意の位置でクロスさせることができる。したがって、燃焼室内の混合気分布や混合気の濃度分布に応じてクロス点を形成することができ、より一層確実な点火を可能とし、ロバスト性の高い燃焼を実現することができる。   Since the multi-pass means of the laser ignition device of the present embodiment controls the angle of the mirror disposed along the wall surface of the cylinder to cross at a plurality of points, it can be crossed at an arbitrary position. Therefore, a cross point can be formed according to the mixture distribution and the concentration distribution of the mixture in the combustion chamber, enabling more reliable ignition and realizing highly robust combustion.

図13に示すように、例えば、強度制御手段2の後に反射面がz軸に平行な軸の回りに回転制御できる角度可変ミラー(入射手段)30を配置して、窓44を介して燃焼室7へのレーザビームL’の入射角を所定の入射角で入射させるようにしてもよい。壁面に沿って配設されたミラー42がなくても角度可変ミラー30を、例えば矢印方向に回転させることで、実線で示すマルチパスを点線で示すマルチパスにすることができ、クロス点(着火点)位置を変えることができる。さらに、レーザビームが入射して反射する壁面に、実施形態3のような反射面がz軸に平行な軸の回りに回転制御できるミラー42を配設してもよい。より一層クロス点位置を任意に変えることができるようになる。   As shown in FIG. 13, for example, a variable angle mirror (incident unit) 30 whose reflection surface can be controlled to rotate around an axis parallel to the z axis is disposed after the intensity control unit 2, and the combustion chamber is interposed through the window 44. 7 may be incident at a predetermined incident angle. Even if there is no mirror 42 disposed along the wall surface, the multi-path indicated by the solid line can be changed to the multi-path indicated by the dotted line by rotating the variable angle mirror 30 in the direction of the arrow, for example, and the cross point (ignition point). ) The position can be changed. Further, a mirror 42 whose reflection surface can be controlled to rotate around an axis parallel to the z axis may be disposed on the wall surface on which the laser beam is incident and reflected. Further, the cross point position can be arbitrarily changed.

また、図14に示すように、図12に示す実施形態3のレーザ点火装置において、壁面に沿って配設されたミラー42を1個にしてもよい。1個のミラー42を矢印方向に回転させるだけでも、実線で示すマルチパスを点線で示すマルチパスにすることができ、クロス点(着火点)位置を変えることができる。   Moreover, as shown in FIG. 14, in the laser ignition device of Embodiment 3 shown in FIG. 12, the number of mirrors 42 arranged along the wall surface may be one. Even by rotating one mirror 42 in the direction of the arrow, the multipath indicated by the solid line can be changed to the multipath indicated by the dotted line, and the position of the cross point (ignition point) can be changed.

また、図15に示すように、シリンダの壁面にz軸に平行な軸の回りに回転制御できるミラー42を配設し、ミラー42を中心に強度制御手段2を矢印方向に回転させることができる回転ステージ(入射手段)30’を備えるようにしてもよい。回転ステージ30’によるレーザビームL’の入射角の制御とミラー42による反射角の制御を組み合わせることでクロス点位置を任意の位置に設定することができる。   As shown in FIG. 15, a mirror 42 that can be controlled to rotate around an axis parallel to the z-axis is disposed on the wall surface of the cylinder, and the intensity control means 2 can be rotated in the direction of the arrow about the mirror 42. A rotary stage (incident unit) 30 ′ may be provided. By combining the control of the incident angle of the laser beam L ′ by the rotary stage 30 ′ and the control of the reflection angle by the mirror 42, the cross point position can be set to an arbitrary position.

実施形態1に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a laser ignition device for an engine according to Embodiment 1. FIG. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 実施形態1の入射手段を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the incident means of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の強度制御手段の拡大図である。It is an enlarged view of the intensity | strength control means of Embodiment 1. 実施形態2に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an engine laser ignition device according to a second embodiment. 実施形態2の強度制御手段の拡大図である。It is an enlarged view of the intensity | strength control means of Embodiment 2. ピストンが球形キャビテイを備え、燃料をホローコーン状に噴射したときの混合気濃度分布パターンの挙動及び混合気濃度分布パターンとレーザビームのクロス点の対応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the response | compatibility of the mixture concentration distribution pattern when a piston is provided with a spherical cavity, and fuel is injected in a hollow cone shape, and the correspondence between the mixture concentration distribution pattern and the cross point of a laser beam. (1)式導出のために図8(c)を描き直した図である。It is the figure which redrawn FIG.8 (c) for derivation | leading-out of (1) Formula. 実施形態2の変形態様の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a modification of the second embodiment. 実施形態3に係るエンジンのレーザ点火装置の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an engine laser ignition device according to a third embodiment. 図11のA’−A’断面図である。It is A'-A 'sectional drawing of FIG. 実施形態3の変形態様の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a modified aspect of the third embodiment. 実施形態3の別の変形態様の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of another modification of the third embodiment. 実施形態3の別の変形態様の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of another modification of the third embodiment. 従来のレーザ点火装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional laser ignition device.

符号の説明Explanation of symbols

1、1’、1’’・・・・レーザ発生器
2、2’・・・・・・・・ 強度制御手段
3、3’、3’’・・・・シリンダ壁にあけられた穴(入射手段)
4・・・・・・・・・・ シリンダ
5・・・・・・・・・・ ピストン
6・・・・・・・・・・ シリンダヘッド
7・・・・・・・・・・ 燃焼室
8、8’・・・・・・・ 噴射弁
30・・・・・・・・・・角度可変ミラー(入射手段)
30’・・・・・・・・・回転ステージ(入射手段)
41・・・・・・・・・ 壁面(マルチパス手段)
42・・・・・・・・・ ミラー(マルチパス手段)
L、L’、L”、・・・・レーザビーム
θ、θ1、θ2・・・・・入射角
1, 1 ′, 1 ″... Laser generator 2, 2 ′... Intensity control means 3, 3 ′, 3 ″... Incident means)
4 ... Cylinder 5 ... Piston 6 ... Cylinder head 7 ... Combustion chamber 8, 8 '... Injection valve 30 ... Variable angle mirror (incident means)
30 '... Rotary stage (incident means)
41 ..... Wall surface (multi-pass means)
42 ········· Mirror
L, L ′, L ″,... Laser beam θ, θ 1 , θ 2 .. Incident angle

Claims (6)

円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の噴射弁より噴射された燃料に、レーザ発生器からレーザビームを照射して前記燃料を着火燃焼させるレーザ点火装置であって、
前記レーザビームを前記シリンダの延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面内)で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射手段と、
前記入射手段で入射される前記レーザビームを前記x−y平面と直交する前記シリンダの壁面で順次反射させて、入射または反射してから次に反射するまでの前記レーザビーム同士を前記x−y平面上の複数点でクロスさせるマルチパス手段と、
前記入射手段で入射される前記レーザビームの強度を前記複数のクロス点でのみ前記燃料着火燃焼る強度に制御する強度制御手段
を有することを特徴とするレーザ点火装置。
Cylindrical cylinder, a piston, and the fuel injected from the combustion chamber of the injection valve is formed in the cylinder head, a laser ignition device for igniting the combustion front Symbol fuel shines a laser generator or is Zabimu irradiation And
An incident means for causing the laser beam to enter the combustion chamber at a predetermined incident angle in a plane (in the xy plane) perpendicular to the direction in which the cylinder extends (z axis);
The laser beams incident by the incident means are sequentially reflected by the wall surface of the cylinder orthogonal to the xy plane, and the laser beams from the incident or reflected to the next reflected are xy. Multi-pass means to cross at a plurality of points on the plane;
And intensity control means for the said fuel only the intensity of the laser beam incident at an incident means by the plurality of cross point control the intensity you ignition combustion
The laser ignition device characterized in that it comprises a.
前記マルチパス手段は、前記シリンダの壁面に沿って配設された角度制御可能なミラーを有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。   2. The laser ignition device according to claim 1, wherein the multi-pass means includes an angle-controllable mirror disposed along a wall surface of the cylinder. 前記ピストンが前記燃焼室を形成する面に球形キャビテイを備え、前記噴射弁から噴射される燃料がホローコーン状であ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。 Said piston comprises a spherical cavity in the surface forming the combustion chamber, a laser ignition device according to claim 1 or 2 fuel injected from the injection valve, characterized in that a hollow cone shape. 前記入射角度は、前記入射手段で入射されたレーザビームと前記シリンダの壁面における該レーザビームの入射点の法線とがなす角度であり、前記入射手段の前記所定の入射角度は、nを5以上の整数、すなわちn=5、6、7、・・・とするとき、{90×(1−4/n)}°であることを特徴とする請求項に記載のレーザ点火装置。 The incident angle is an angle formed by the laser beam incident on the incident means and a normal line of the incident point of the laser beam on the wall surface of the cylinder, and the predetermined incident angle of the incident means is 5 for n. 4. The laser ignition device according to claim 3 , wherein the integer is {90 × (1−4 / n)} °, where n = 5, 6, 7,... 円筒状のシリンダ、ピストン、及びシリンダヘッドで形成される燃焼室内の燃料にレーザ発生器からレーザビームを照射して前記燃料を着火燃焼させるレーザ点火方法であって、
前記レーザビームを前記シリンダの延びる方向(z軸)と直交する面内(x−y平面内)で前記燃焼室内に所定の入射角度で入射させる入射ステップと、
前記入射ステップで入射される前記レーザビームを前記x−y平面と直交する前記シリンダの内壁面で順次反射させて、入射または反射してから次に反射するまでの前記レーザビーム同士を前記x−y平面上の複数点でクロスさせるマルチパスステップと、
前記入射ステップで入射される前記レーザビームの強度を前記複数のクロス点でのみ前記燃料着火燃焼る強度に制御する強度制御ステップ
を有することを特徴とするレーザ点火方法。
Cylindrical cylinder, a piston, and a laser ignition method for igniting and burning the previous SL fuel a laser generator or is Zabimu irradiation shines the fuel in the combustion chamber formed in the cylinder head,
An incident step of causing the laser beam to enter the combustion chamber at a predetermined incident angle in a plane (in the xy plane) orthogonal to a direction in which the cylinder extends (z axis);
The laser beams incident in the incident step are sequentially reflected on the inner wall surface of the cylinder perpendicular to the xy plane, and the laser beams from the incident or reflected to the next reflected are reflected in the x−. a multi-pass step that crosses at multiple points on the y-plane;
And intensity control step of the said fuel only the intensity of the laser beam which is incident at step by the plurality of cross point control the intensity you ignition combustion
Laser ignition method characterized by having a.
前記マルチパスステップは、前記シリンダの壁面に沿って配設されたミラーの角度を制御することを含むことを特徴とする請求項に記載のレーザ点火方法。 6. The laser ignition method according to claim 5 , wherein the multipass step includes controlling an angle of a mirror disposed along a wall surface of the cylinder.
JP2005056277A 2005-03-01 2005-03-01 Laser ignition device and method Expired - Fee Related JP4731952B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056277A JP4731952B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Laser ignition device and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056277A JP4731952B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Laser ignition device and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006242035A JP2006242035A (en) 2006-09-14
JP4731952B2 true JP4731952B2 (en) 2011-07-27

Family

ID=37048696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005056277A Expired - Fee Related JP4731952B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Laser ignition device and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4731952B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120151931A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Distributed Ignition Of Fuels Using Nanoparticles
JP2011140957A (en) * 2011-04-14 2011-07-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd Laser multipoint ignition device
DE102013226119A1 (en) 2013-02-11 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh laser ignition system
DE102014202853A1 (en) 2014-02-17 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006242035A (en) 2006-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morsy Review and recent developments of laser ignition for internal combustion engines applications
JP4740339B2 (en) Internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine with a laser ignition device
Patane et al. Multipoint laser ignition system and its applications to IC engines
US7036476B2 (en) Internal combustion engine
JP5630765B2 (en) Laser ignition device
JP4731952B2 (en) Laser ignition device and method
JP2012117535A5 (en)
CN101463790A (en) Laser-ignition unit
JP4415269B2 (en) Laser ignition device for internal combustion engine
JP4257420B2 (en) Laser multi-point ignition system for internal combustion engines
JP4772579B2 (en) Laser multi-point ignition device
JP4021954B2 (en) Engine laser beam injector
JP2001263069A (en) Torch ignition type engine
JP4772600B2 (en) Multi-point output laser ignition system
Laichter et al. Impact of mixture inhomogeneity and ignition location on early flame kernel evolution in a direct-injection hydrogen-fueled heavy-duty optical engine
JP3556783B2 (en) Combustion device for low cetane number engine
JP4419788B2 (en) Laser ignition device for internal combustion engine
JP2011256722A (en) Laser ignition device
JP4877751B2 (en) Laser ignition device
CN113777096A (en) Visual flow tube combustor optics experiment platform based on laser ignition
JP4302016B2 (en) Laser ignition device and laser ignition type engine equipped with the same
JP2007303445A (en) Laser ignition device and laser ignition engine
JP2006161612A (en) Laser ignition type engine with laser beam dividing device
JP4942403B2 (en) Laser ignition device and laser ignition engine
JP2011140957A (en) Laser multipoint ignition device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070403

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20071221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090818

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091013

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091112

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100128

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20100219

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20100312

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110420

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4731952

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees