JP6665715B2 - レーザ点火装置および放熱構造体 - Google Patents
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Description
図1は、レーザ点火プラグによる強制点火方式の内燃機関の例を示した図である。レーザ点火プラグ1はプラグホール2内に設置され、ネジ固定されている。
レーザ点火プラグ1は、レーザ装置3から出射されるレーザ光を用いることにより、優れた着火効率を有する内燃機関用点火プラグである。レーザ点火プラグ1では、レーザ装置3のレーザ光源からの光をQスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射してジャイアントパルスを発振させる。また、レーザ点火プラグ1では、そのパルス光を集光レンズ等の光学素子を用いてエンジン5に集光することでエアブレークダウンを発生させることにより、燃焼室内の混合気の着火を行う。このため、レーザ点火プラグ1には、レーザ装置3のレーザ光源からの光を伝送する光ファイバ4が接続されている。
これに対し、本発明のレーザ点火装置は、プラグホール2内に設置されたレーザ点火プラグ1の放熱を実現する放熱構造体を備えている。
放熱構造体10は、底部に発熱体を収容する深穴部に挿入される管状の構造体であり、深穴部の深さよりも長く、少なくとも一部が深穴部の外側へ突出して配設される。
放熱構造体10は、上端で外気に開口する排気部11と、下端で発熱体が配置された空間に開口する循環部12と、少なくとも深穴部の外側に露出する側面で外気に開口する吸気部13と、を有し、排気部11と循環部12とが連通する排気流路22と、吸気部13と循環部12とが連通する吸気流路21とを画成する仕切板14を備えている。
図4に、図3に示した放熱構造体10を備える本発明のレーザ点火装置の要部を示す。
本実施形態にかかるレーザ点火装置は、レーザ点火プラグ1を収容するプラグホール2に挿入される管状の放熱手段としての放熱構造体10を備え、放熱構造体10は、プラグホール2の深さよりも長く、少なくとも一部がプラグホール2の外側へ突出して配設される。
放熱構造体10は、上端で外気に開口する排気部11と、下端でレーザ点火プラグ1が配置された空間に開口する循環部12と、少なくともプラグホール2の外側に露出する側面で外気に開口する吸気部13と、を有し、排気部11と循環部12とが連通する排気流路22と、吸気部13と循環部12とが連通する吸気流路21とを画成する仕切板14を備える構造体である。
放熱構造体10の頂点(上端)に形成された排気部11付近の気圧(P0)をPtopとすると、吸気部13付近の図中Xで示す位置における気圧(PA)は、Ptop+ρLgh(ρL:プラグホール外の低温雰囲気密度、g:重力加速度、h:吸気口との距離)となる。一方、同じ高さの排気側空間(排気流路22)の気圧(PB)は、Ptop+ρHgh(ρH:プラグホール内の高温雰囲気密度、g:重力加速度、h:吸気口との距離)となる。
このとき、空気の密度は高温のほうが低く、ρL>ρHであることから、気圧PA>気圧PBである。この気圧差によって気流が生じ、循環が生じる。すなわち、図6に示すように低温気流23によって高温気流24が押し出される効果が得られる。
図6に示すように、低温気流23がレーザ点火プラグ1の表面を通過することにより、レーザ点火プラグ1の低温気流23への熱伝達による放熱が促される。その結果、レーザ点火プラグ1が冷却され、内部のレーザ共振器の温度上昇が抑制される。
光ファイバ4は、図7に示すように、放熱構造体10の吸気流路21内を通ってレーザ点火プラグに接続されることが好ましい。構造上、図8に示すように排気流路22を通って接続される場合よりも光ファイバ4の長さを短縮することができ、かつ光ファイバ4の熱による劣化を防止することができる。
放熱構造体10の形状は、煙突効果によるレーザ点火プラグ1の冷却を実現可能な形状であれば上述の例に限定されない。
例えば、図9に示すように、吸気部13が、管状の構造体の長手方向全長にわたり均一に形成された開口部であり、かつ吸気流路21の断面形状が均一である構造とすることができる。
このような形状とすることにより、型を用いた押出しにより簡単に製造することができる。
本実施形態にかかるレーザ点火装置のレーザ点火プラグ1を図11に示す。図11(A)は上面図、(B)は斜視図、(C)はプラグホール2に配置された状態を示す側面図である。
図11に示すように、レーザ点火プラグ1は、冷却効率を向上させるために、中心軸に対して回転対称となる配置で配設された放熱フィン30を有している。
放熱フィン30を設けることにより、レーザ点火プラグ1の表面積を増大させ、低温気流23に対する熱交換の効率を上げることができる。
2 プラグホール
3 レーザ装置
4 光ファイバ
5 エンジン
10 放熱構造体
11 排気部
12 循環部
13 吸気部
14 仕切板
21 吸気流路
22 排気流路
23 低温気流
24 高温気流
30 放熱フィン
Claims (7)
- レーザ点火プラグを収容するプラグホールに挿入される管状の放熱手段を備え、
前記放熱手段は、
前記プラグホールの深さよりも長く、少なくとも一部が前記プラグホールの外側へ突出して配設され、
上端で外気に開口する排気部と、下端で前記レーザ点火プラグが配置された空間に開口する循環部と、少なくとも前記プラグホールの外側に露出する側面で外気に開口する吸気部と、を有し、
前記排気部と前記循環部とが連通する排気流路と、前記吸気部と前記循環部とが連通する吸気流路とを画成する仕切板を備える放熱構造体であることを特徴とするレーザ点火装置。 - 前記放熱構造体の前記吸気部が、管状の構造体の長手方向全長にわたり均一に形成された開口部であり、かつ前記吸気流路の断面形状が均一であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ点火装置。
- 前記放熱構造体は、前記循環部において前記レーザ点火プラグに当接す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。
- レーザ光源からの光を伝送する光ファイバを備え、
前記光ファイバが、前記放熱構造体の前記吸気流路内を通って前記レーザ点火プラグに接続されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のレーザ点火装置。 - 前記レーザ点火プラグが、中心軸に対して回転対称となる配置で配設された放熱フィンを有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のレーザ点火装置。
- 前記放熱構造体が着脱可能に配設されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のレーザ点火装置。
- 底部にレーザ点火プラグを収容する深穴部に挿入される管状の構造体であって、
前記深穴部の深さよりも長く、少なくとも一部が前記深穴部の外側へ突出して配設され、
上端で外気に開口する排気部と、下端で前記レーザ点火プラグが配置された空間に開口する循環部と、少なくとも前記深穴部の外側に露出する側面で外気に開口する吸気部と、を有し、
前記排気部と前記循環部とが連通する排気流路と、前記吸気部と前記循環部とが連通する吸気流路とを画成する仕切板を備えることを特徴とする放熱構造体。
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