JP4731952B2 - レーザ点火装置及び方法 - Google Patents
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Description
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。
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∠Q11Q12Q13をθ’、レーザビームの入射角である∠OP11P0をθ、∠P11Q12Q13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。
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。
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。
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。
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。
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
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が着火燃焼す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するレーザ点火装置。 - 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。
- 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。
- 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3に記載のレーザ点火装置。
- 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が着火燃焼す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するレーザ点火方法。 - 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5に記載のレーザ点火方法。
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