JPS62162774A - Laser ignition device for internal combustion engine - Google Patents
Laser ignition device for internal combustion engineInfo
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- JPS62162774A JPS62162774A JP554186A JP554186A JPS62162774A JP S62162774 A JPS62162774 A JP S62162774A JP 554186 A JP554186 A JP 554186A JP 554186 A JP554186 A JP 554186A JP S62162774 A JPS62162774 A JP S62162774A
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- excitation light
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P23/00—Other ignition
- F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は内燃機関の点火装置に関し、特にレーザ光によ
り混合気に点火させるレーザ点火装置に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, and more particularly to a laser ignition device for igniting an air-fuel mixture using a laser beam.
内燃機関の点火に用いられるレーザ光は、非常に強い光
密度(l O”W/cnl)が必要であるが、光フアイ
バ通過後のレーザ光は上記の密度まで集光できず、従っ
て点火を行うにはレーザ発振器自体をエンジンに搭載す
る必要がある。このため、小型で高出力のレーザ発振器
が必要となる。The laser light used for ignition of an internal combustion engine requires a very strong light density (l O"W/cnl), but the laser light after passing through an optical fiber cannot be focused to the above density, so it is difficult to ignite it. To do this, the laser oscillator itself must be mounted on the engine, which requires a small, high-output laser oscillator.
従来、小型・高出力レーザ発振器は、固体レーザが用い
られ、
filレーザロッドのすぐ隣に小型のフラッシュランプ
を設置したタンプ
(2)特開昭56−24989号公報に示されるように
多数のLED (発光ダイオード)又はLD(レーザダ
イオード)を光ファイバを通して集光し、励起光源とし
たタイプ
が考案されている。Conventionally, compact, high-output laser oscillators have used solid-state lasers, and a large number of LEDs as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 56-24989. A type has been devised in which a light emitting diode (light emitting diode) or an LD (laser diode) is used as an excitation light source by condensing light through an optical fiber.
しかしながら、(1)のタイプはフランシュランプを発
振器内に含むため水冷する必要性があり、レーザ点火用
レーザ発振器としては大型となってしまい、又、(2)
のタイプは、冷却不要で発振器は小型となるが、上記光
密度を得るためには非常に多数のLED又はLDを必要
(例えば、104〜10b個)とし、共にレーザ点火用
として不適当である。However, type (1) includes a Fransch lamp in the oscillator, which requires water cooling, resulting in a large-sized laser oscillator for laser ignition.
The type requires no cooling and the oscillator is small, but it requires a very large number of LEDs or LDs (for example, 104 to 10b) to obtain the above light density, and both are unsuitable for laser ignition. .
そこで本発明は、水冷不要の小型レーザ発振器、及び、
高出力励起光源を実現させ、車載可能な内燃機関用レー
ザ点火装置を提供することを目的としている。Therefore, the present invention provides a small laser oscillator that does not require water cooling, and
The purpose of this invention is to realize a high-output excitation light source and provide a laser ignition device for an internal combustion engine that can be mounted on a vehicle.
本発明は上記目的を達成するために、例えば、エンジン
側にレーザ発振器、車体側に励起光源部を搭載し、レー
ザ発振器と励起光源部はフレキシブルな光ファイバで接
続される。励起光源部は、集光鏡、フラッシュランプ、
干渉フィルタにより構成されている。In order to achieve the above object, the present invention, for example, mounts a laser oscillator on the engine side and an excitation light source section on the vehicle body side, and connects the laser oscillator and the excitation light source section with a flexible optical fiber. The excitation light source includes a condenser mirror, a flash lamp,
It consists of an interference filter.
上記構成において、フラッシュランプを出た光は集光鏡
により光ファイバの端面に集光する。この光路中に例え
ば第2図の特性を持つ干渉フィル°りが挿入されている
ため、光は必要な波長のみ光ファイバに入り、レーザ発
振器に伝送され、点火用レーザ光が発生させる。励起光
源部では、電気−光変換損失と、光エネルギーの大部分
(必要波長は数%)が熱に変わるため、例えば隣接する
冷却システムで冷却され、この励起光源部等は車体搭載
であり、接続が容易である。またレーザ発振器は不要な
エネルギーをほとんど発生しないため空冷が可能となり
、小型化が達成できる。In the above configuration, the light emitted from the flash lamp is focused on the end face of the optical fiber by the focusing mirror. An interference filter having the characteristics shown in FIG. 2, for example, is inserted into this optical path, so that only the necessary wavelength of light enters the optical fiber and is transmitted to the laser oscillator to generate ignition laser light. In the excitation light source section, there is an electric-to-optical conversion loss and most of the light energy (required wavelength is a few percent) is converted into heat, so it is cooled by an adjacent cooling system, for example, and this excitation light source section is mounted on the vehicle body. Easy to connect. Furthermore, since the laser oscillator generates almost no unnecessary energy, it can be cooled by air, making it possible to achieve miniaturization.
以下本発明を図に示す実施例につき、説明する。 The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.
第1図はその全体構成を示し、エンジンlの燃焼室中央
付近に焦点を結ぶ位置に集光レンズ2が固定されている
。さらにレーザ発振器3(詳細後述)がエンジンの外部
から挿入され固定されている。FIG. 1 shows its overall configuration, in which a condenser lens 2 is fixed at a position that focuses near the center of the combustion chamber of an engine 1. Furthermore, a laser oscillator 3 (details will be described later) is inserted from the outside of the engine and fixed.
集光レンズ2とレーザ発振器3は共にエンジン搭載であ
る。また、レーザ発振器3は、フレキシブルな光ファイ
バ4を介して励起光源部5と接続されている。この励起
光源部5は、集光鏡51、フランシュランプ52、干渉
フィルタ53、ならびに光ファイバ4の端面により構成
され、その位置関係は、楕円体の集光鏡51の1つの焦
点にフラッシュランプ52を置き、他の焦点に光ファイ
バ4の端面を配置するようにする。そして、この2つの
焦点間に第2図の特性(例えば、Nd YAGレーザ
の場合、730〜820nmバンドパス)を有する干渉
フィルタ53を配置する。Both the condenser lens 2 and the laser oscillator 3 are equipped with an engine. Further, the laser oscillator 3 is connected to an excitation light source section 5 via a flexible optical fiber 4. This excitation light source section 5 is composed of a condenser mirror 51, a Franche lamp 52, an interference filter 53, and an end face of the optical fiber 4, and the positional relationship is such that a flash lamp 52 is placed at one focal point of the ellipsoidal condenser mirror 51. , and the end face of the optical fiber 4 is placed at another focal point. An interference filter 53 having the characteristics shown in FIG. 2 (for example, 730-820 nm bandpass in the case of a Nd YAG laser) is placed between these two focal points.
なお励起光源部5における発光タイミング等は、回転信
号等が入力される電源・コントローラ部6によりコント
ロールされている。又、励起光源部5はポンプ7、熱交
換器8、冷却ファン9の冷却システムにより純水で冷却
される。上記励起光源部5、電源・コントローラ部6、
ポンプ7、熱交換器8、冷却ファン9はボデー搭載であ
る。Note that the light emission timing and the like in the excitation light source section 5 are controlled by a power supply/controller section 6 to which a rotation signal and the like are input. Further, the excitation light source section 5 is cooled with pure water by a cooling system including a pump 7, a heat exchanger 8, and a cooling fan 9. The excitation light source section 5, the power supply/controller section 6,
The pump 7, heat exchanger 8, and cooling fan 9 are mounted on the body.
また、レーザ発振器3は、第3図に示すように向い合わ
せて配置された半透鏡31と全反射鏡35で構成される
光共振器内に、色素によるパッシブQスイッチ32、レ
ーザロッド34を配し、構成する。又、レーザロッド3
4は楕円体形状の集光器33の1つの焦点に配置され、
他の1つの焦点には光フアイバ散光部41が配置されて
いる。In addition, the laser oscillator 3 includes a dye-based passive Q switch 32 and a laser rod 34 arranged in an optical resonator composed of a semi-transparent mirror 31 and a total reflection mirror 35 that are arranged facing each other, as shown in FIG. and configure. Also, laser rod 3
4 is placed at one focal point of the ellipsoidal condenser 33,
An optical fiber scattering section 41 is arranged at the other focal point.
次に上記構成になる装置の作動について説明する。エン
ジンの回転信号等から演算された点火信号により、電源
・コントローラ部6からフラッシュランプ52へ電圧が
印加され発光する。このフランシュランプから出た光は
、楕円体の集光鏡51で反射され、干渉フィルタ53を
経て楕円体のもう一つの焦点にある光ファイバ4の端部
に集光される。この時レーザの吸収帯域以外の光は、第
2図に示されるフィルタ特性を持つ干渉フィルタ53で
反射され熱に変わる。透過集光させられた光は光ファイ
バ4を通り、第3図に示されるレーザ発振器3に入る。Next, the operation of the apparatus configured as described above will be explained. A voltage is applied from the power supply/controller unit 6 to the flash lamp 52 to emit light according to an ignition signal calculated from an engine rotation signal or the like. The light emitted from the Franche lamp is reflected by an ellipsoidal condenser mirror 51, passes through an interference filter 53, and is focused onto the end of the optical fiber 4 at another focal point of the ellipsoid. At this time, light outside the absorption band of the laser is reflected by the interference filter 53 having filter characteristics shown in FIG. 2 and converted into heat. The transmitted and focused light passes through an optical fiber 4 and enters a laser oscillator 3 shown in FIG.
レーザ発振器3内の光フアイバ散光部41で拡がった光
は、楕円体の集光器33で反射され、レーザロッド34
に均一に集光され、このレーザロッドを励起させる。こ
れによりレーザロッド34から螢光が出され、この螢光
がある出力レベルを越えるとパッシブQスイッチ32が
開かれ、半透鏡31と、全反射鏡35との間でレーザ共
振状態となり、レーザロッド34内にた(わえられたエ
ネルギーが、−気にレーザ光36となって放出され、集
光レンズ2でエンジンの燃焼室中央で焦点を結ぶ。この
レーザ光36は、ピーク出力が数MWのジャイアントパ
ルスとなるため、焦点ではブレークダウンを起こし、燃
焼室内混合気に点火させる。The light spread by the optical fiber scattering section 41 in the laser oscillator 3 is reflected by the ellipsoidal condenser 33, and is reflected by the laser rod 34.
The light is uniformly focused on and excites this laser rod. As a result, fluorescent light is emitted from the laser rod 34, and when this fluorescent light exceeds a certain output level, the passive Q switch 32 is opened, a laser resonance state is created between the semi-transparent mirror 31 and the total reflection mirror 35, and the laser rod The energy stored in the 34 is emitted as a laser beam 36, which is focused by the condenser lens 2 at the center of the combustion chamber of the engine.The laser beam 36 has a peak output of several MW. Because it becomes a giant pulse, it causes breakdown at the focal point and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber.
一方、励起光源部5、ta・コントローラ部6で発生し
た熱は、純水ポンプ7、熱交換器8、冷却ファン9によ
り機関外へ放出される。On the other hand, heat generated in the excitation light source section 5 and the TA/controller section 6 is released to the outside of the engine by the pure water pump 7, heat exchanger 8, and cooling fan 9.
なお、上記実施例では、レーザ発振器3、光ファイバ4
、集光鏡51等を各気筒ごとにもうけているが、第4図
に示すように、これらは各1個としレーザ発振器3を出
た後、偏光プリズム101、ポッケルスセル102を有
する光分配器10で光を各気筒へ分配するようにしても
良い。ここで、コントローラ6′は、t[[6#、光分
配器10を制御する。In addition, in the above embodiment, the laser oscillator 3, the optical fiber 4
, a condensing mirror 51, etc. are provided for each cylinder, but as shown in FIG. 10 may be used to distribute the light to each cylinder. Here, the controller 6' controls the optical distributor 10, t[[6#.
父上記実施例では、レーザQスイッチにパッシブQスイ
ッチを用いたが、ポッケルスセル等を用いたアクチイブ
Qスイッチを用い、外部コントロールすることも可能で
ある。In the above embodiment, a passive Q switch was used as the laser Q switch, but it is also possible to use an active Q switch using a Pockels cell or the like for external control.
又、レーザ発振器3内の光フアイバ散光部41とレーザ
ロッド34との結合は、散光部41から出た光がレーザ
ロッド34に均一に集光されればよく、上記実施例の他
に、第5図に示されるように光散乱体(金属片)411
を用いる方法、あるいは、第6図に示されるような形状
の集光鏡33′を用いる方法でも良い。Further, the coupling between the optical fiber scattering section 41 in the laser oscillator 3 and the laser rod 34 may be such that the light emitted from the scattering section 41 is uniformly focused on the laser rod 34. As shown in Figure 5, a light scatterer (metal piece) 411
Alternatively, a method using a condensing mirror 33' having a shape as shown in FIG. 6 may be used.
以上述べた如く、本発明のレーザ点火装置は、レーザ発
振器と励起光源部とをフレキシブルな光ファイバで接続
すると共に、励起光源部を集光鏡、フランシュランプ、
干渉フィルタを用いて構成するようにしたので、レーザ
発振器が小型で空冷可能となり、また励起光源部を高出
力化でき、さらに発熱部を例えば車体搭載でき冷却系を
簡素化できるという優れた効果がある。As described above, the laser ignition device of the present invention connects the laser oscillator and the excitation light source section with a flexible optical fiber, and connects the excitation light source section with a condensing mirror, a Franch lamp, a
Since it is constructed using an interference filter, the laser oscillator is small and can be air cooled, the excitation light source can be made to have a high output, and the heat generating part can be mounted, for example, on the vehicle body, which has the excellent effect of simplifying the cooling system. be.
第1図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第2図は
第1図中の干渉フィルタの特性図、第3図は第1図中の
レーザ発振器の一例を示す構成図、第4図は本発明の他
の実施例を示す全体構成図、第5図及び第6図は各々レ
ーザ発振器の他の例を示す構成図である。
1・・・エンジン、3・・・レーザ発振器、4・・・光
ファイバ、5・・・励起光源部、10・・・光分配器、
51・・・集光鏡、52・・・フラッシュランプ、53
・・・干渉フィルタ、101・・・偏光プリズム、10
2・・・ポッケルスセル。
代理人弁理士 岡 部 隆
4:tフフイハ
5°元f1g、先遣4ト
51:JL克貌
52: フラッシェラーア
8; 糟4し換俸
9:yquフフン
→適長
第2図
4 :光ファイ1(
41: 充 ファ4Ic象先(デ
第3図FIG. 1 is an overall configuration diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram of the interference filter in FIG. 1, FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the laser oscillator in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an overall block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are block diagrams showing other examples of the laser oscillator. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Engine, 3... Laser oscillator, 4... Optical fiber, 5... Excitation light source part, 10... Optical distributor,
51... Concentrating mirror, 52... Flash lamp, 53
... Interference filter, 101 ... Polarizing prism, 10
2... Pockelsel. Representative Patent Attorney Takashi Okabe 4: tfufuiha 5° yuan f1g, advance agent 4to 51: JL Katsuyo 52: flasher 8; 1 (41: Full 4Ic elephant destination (Fig. 3)
Claims (3)
ーザ点火装置において、 前記レーザ光を発生するレーザ発振器とその励起光源部
とを分離して配置すると共に励起光源部よりの光をフレ
キシブルな光ファイバにてレーザ発振器に伝送するよう
にし、さらに前記励起光源部が、光を発生するフラッシ
ュランプと、このフラッシュランプの光を集光する集光
鏡と、前記フラッシュランプ及び集光鏡よりの光のうち
前記レーザ発振器に必要な波長域の光のみを通過させる
干渉フィルタとを備えることを特徴とする内燃機関用レ
ーザ点火装置。(1) In a laser ignition device that ignites the air-fuel mixture of an internal combustion engine with a laser beam, a laser oscillator that generates the laser beam and its excitation light source section are arranged separately, and the light from the excitation light source section is converted into flexible light. The excitation light source unit includes a flash lamp that generates light, a condenser mirror that condenses the light of the flash lamp, and light from the flash lamp and condenser mirror. A laser ignition device for an internal combustion engine, comprising: an interference filter that passes only light in a wavelength range necessary for the laser oscillator.
前記レーザ光を光分配器により各気筒に分配するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の内
燃機関用レーザ点火装置。(2) The laser oscillator and the excitation light source section are provided with one each,
2. The laser ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the laser beam is distributed to each cylinder by a light distributor.
光源部を内燃機関から離れた車両の車体部に設置するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項に記載の内燃機関用レーザ点火装置。(3) According to claim 1 or 2, the laser oscillator is installed in an internal combustion engine, and the excitation light source part is installed in a body part of a vehicle that is remote from the internal combustion engine. A laser ignition device for an internal combustion engine as described above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP554186A JPS62162774A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Laser ignition device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP554186A JPS62162774A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Laser ignition device for internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62162774A true JPS62162774A (en) | 1987-07-18 |
Family
ID=11614049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP554186A Pending JPS62162774A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Laser ignition device for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62162774A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005066488A1 (en) * | 2004-01-10 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Device for igniting an internal combustion engine |
WO2007137914A1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Robert Bosch Gmbh | Ignition device for an internal combustion engine |
JP2008542600A (en) * | 2005-05-27 | 2008-11-27 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Ignition device for internal combustion engine |
JP2009541651A (en) * | 2006-07-04 | 2009-11-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Method of operating an ignition device for an internal combustion engine |
JP2012159080A (en) * | 2006-06-29 | 2012-08-23 | Robert Bosch Gmbh | Ignition plug for internal combustion engine and operating method of the ignition plug |
-
1986
- 1986-01-14 JP JP554186A patent/JPS62162774A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005066488A1 (en) * | 2004-01-10 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Device for igniting an internal combustion engine |
JP2008542600A (en) * | 2005-05-27 | 2008-11-27 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Ignition device for internal combustion engine |
WO2007137914A1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Robert Bosch Gmbh | Ignition device for an internal combustion engine |
JP2012159080A (en) * | 2006-06-29 | 2012-08-23 | Robert Bosch Gmbh | Ignition plug for internal combustion engine and operating method of the ignition plug |
JP2009541651A (en) * | 2006-07-04 | 2009-11-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Method of operating an ignition device for an internal combustion engine |
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