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JP4836681B2 - Laser ignition device for easy optical window cleaning - Google Patents
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Description

本発明は、レーザー光により内燃機関の着火を行うレーザー着火装置に関する。   The present invention relates to a laser ignition device that ignites an internal combustion engine with laser light.

内燃機関の効率のよい運転方法として、希薄混合気を使うリーンな燃焼が注目されている。しかし、リーンな運転においては失火やノッキングが起こりやすいので、着火位置や着火タイミングを選択して燃焼を比較的自由に制御できるレーザ着火装置の開発が進んでいる。   As an efficient operation method of an internal combustion engine, lean combustion using a lean air-fuel mixture has attracted attention. However, since misfire and knocking are likely to occur during lean operation, development of a laser ignition device that can control combustion relatively freely by selecting an ignition position and an ignition timing is in progress.

内燃機関のシリンダ内の混合気にレーザ光を照射して着火させるレーザ着火装置は、シリンダ内における激しい圧力変化の影響を受けないようにするため、石英ガラスやサファイヤの透明保護板でシリンダ内の燃焼室と仕切っている。この透明保護板で形成された光学窓は運転を繰り返す間に燃焼残滓やすすが次第に付着して汚れ、光学窓を透過するレーザ光が減衰してやがてレーザ着火が行えなくなる。   A laser ignition device that ignites an air-fuel mixture in a cylinder of an internal combustion engine by irradiating it with a laser beam, so that it is not affected by severe pressure changes in the cylinder, with a transparent protective plate of quartz glass or sapphire. Separated from the combustion chamber. The optical window formed by the transparent protective plate gradually adheres and becomes dirty while the operation is repeated, but the laser light passing through the optical window is attenuated, and laser ignition cannot be performed.

特許文献1には、有機溶剤でもある液体燃料を噴射ノズルから噴射して霧状にし、光学窓を透過したレーザ光を照射して着火するようにしたレーザ着火式内燃機関において、液体燃料の一部を分岐して各サイクル毎に圧縮行程開始直後に液体燃料を光学窓に直接吹き付けて洗浄し、光学窓のレーザ透過率を維持するようにした技術が開示されている。   In Patent Document 1, a liquid fuel that is also an organic solvent is sprayed from an injection nozzle to form a mist, and a laser ignition internal combustion engine that is ignited by irradiating it with laser light that has passed through an optical window. A technique is disclosed in which a liquid fuel is directly sprayed onto an optical window and cleaned immediately after the compression stroke starts at each cycle after branching to maintain the laser transmittance of the optical window.

文献開示の方法は、液体燃料を溶剤として使用して光学窓を洗浄するうえ、蒸発後は噴霧された燃料に同化するので、燃焼に悪い影響を与えない。なお、圧縮行程が始まる時点で光学窓に噴射するようにしたので、燃焼室内が低圧のため噴射しやすく、またレーザ光を照射するまでの時間が長いため窓ガラスに付着した燃料は完全に蒸発して光学窓を透過するレーザ光に悪い影響を与えることがない。   The method disclosed in the literature uses liquid fuel as a solvent to clean the optical window and assimilate to the sprayed fuel after evaporation, so it does not adversely affect combustion. In addition, since it was made to inject into the optical window at the time of starting the compression stroke, it is easy to inject due to the low pressure in the combustion chamber, and the time to irradiate the laser light is long, so the fuel adhering to the window glass is completely evaporated. Thus, the laser beam transmitted through the optical window is not adversely affected.

しかし、開示の方法は、燃料を溶剤として利用するので、ガス燃料を使うガスエンジン等には適用できない。また液体燃料を光学窓で蒸発させる方法を希薄混合ガスに対して適用すると、ガス濃度に影響を及ぼすため正常なリーン燃焼をさせることができない。
特開平6−249123号公報
However, since the disclosed method uses fuel as a solvent, it cannot be applied to a gas engine that uses gas fuel. If the method of evaporating liquid fuel with an optical window is applied to a lean mixed gas, the gas concentration is affected and normal lean combustion cannot be performed.
JP-A-6-249123

そこで、本発明が解決しようとする課題は、光学窓が容易に洗浄できて、ガスエンジンにも適用できるようなレーザ着火装置を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a laser ignition device in which an optical window can be easily cleaned and applied to a gas engine.

上記課題を解決するため、本発明のレーザ着火装置は、内燃機関の燃焼室内に光学窓を介してレーザ光を照射することにより着火させるものであって、燃焼室に2個以上のレーザ照射孔を備え、各レーザ照射孔に開閉可能なシャッタを設け、光学窓と収束光学系を備えるレーザ収束ユニットを2個以上のシャッタそれぞれに着脱可能に装着し、レーザ収束ユニットに着脱可能に連結される光ファイバーケーブルがレーザ伝送手段に接続されたレーザ切替素子に連結されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a laser ignition device of the present invention ignites a laser beam by irradiating a combustion chamber of an internal combustion engine through an optical window, and the combustion chamber has two or more laser irradiation holes. Each of the laser irradiation holes is provided with a shutter that can be opened and closed, and a laser focusing unit including an optical window and a focusing optical system is detachably attached to each of the two or more shutters, and is detachably connected to the laser focusing unit. An optical fiber cable is connected to a laser switching element connected to the laser transmission means.

レーザ収束ユニットは、光ファイバで供給されるレーザを収束光学系により収束光に変え光学窓を介して照射する機能を備えた筒状ユニットである。光学窓側の端側にはシャッタに着脱可能に装着するためたとえばネジなどのジョイント機構を備え、他端にはレーザを供給する光ファイバケーブルをジョイントする機構を備える。   The laser converging unit is a cylindrical unit having a function of irradiating a laser supplied by an optical fiber into a converging light by a converging optical system through an optical window. A joint mechanism such as a screw is provided on the end side of the optical window side so as to be detachably attached to the shutter, and a mechanism for jointing an optical fiber cable for supplying a laser is provided on the other end.

レーザ切替素子は、反射面の向きを変化させることにより光路を切り替える可動鏡や、電気光学素子などを利用して構成することができる。電気光学素子は、切替時間が短く電気信号で制御できるので、自動的な操作を採用する場合にも利用しやすい。
シャッタは、ボールバルブであることが好ましい。ガスエンジンでは、シリンダ内最高圧力が高いが、ボール型弁ならば構造的に耐圧性能が高く、容易にこの程度の圧力振動に耐えるようにできるからである。
The laser switching element can be configured using a movable mirror that switches the optical path by changing the direction of the reflecting surface, an electro-optical element, or the like. Since the electro-optic element has a short switching time and can be controlled by an electric signal, it is easy to use even when an automatic operation is employed.
The shutter is preferably a ball valve. This is because a gas engine has a high maximum pressure in a cylinder, but a ball type valve has a structurally high pressure resistance and can easily withstand this level of pressure vibration.

内燃機関を運転するときには、レーザ光源から伝送されたレーザは、レーザ切替素子を通って、選択された第1のレーザ収束ユニットに供給され、ユニット内部の光学系で収束光となって光学窓を透過し、開いたシャッタの開口を通りレーザ照射孔を通って燃焼室に入射し、焦点付近にエネルギーを集中して混合気に点火する。
なお通常は、レーザが供給されないレーザ照射孔のシャッタは閉止されている。
When operating the internal combustion engine, the laser transmitted from the laser light source passes through the laser switching element and is supplied to the selected first laser converging unit. The light is transmitted, passes through the opening of the opened shutter, enters the combustion chamber through the laser irradiation hole, concentrates energy near the focal point, and ignites the mixture.
Normally, the shutter of the laser irradiation hole to which no laser is supplied is closed.

光学窓が汚れてレーザの透過率が低下したときには、閉止していたシャッタを開けてから、適当なタイミングを選んでレーザ切替素子を切り替えて、レーザ供給先を汚れた第1レーザ収束ユニットから新しい第2レーザ収束ユニットの側に切り替えてレーザ着火をするようにする。
効率的な燃焼のため、着火点の位置は燃料の濃度分布などに合わせて慎重に特定されるため、第1レーザ収束ユニットによる着火点と、第2レーザ収束ユニットによる着火点は同じ位置であることが好ましい。
When the optical window is dirty and the laser transmittance is reduced, the closed shutter is opened, the laser switching element is switched at an appropriate timing, and the laser supply destination is changed from the dirty first laser focusing unit. The laser is ignited by switching to the second laser focusing unit.
For the sake of efficient combustion, the position of the ignition point is carefully specified in accordance with the fuel concentration distribution and the like. Therefore, the ignition point by the first laser focusing unit and the ignition point by the second laser focusing unit are preferably the same position. .

切替が終わったら、第1レーザ収束ユニットが設けられた方のシャッタを閉止し第1レーザ収束ユニットから光ファイバケーブルを取り外してから、汚れた第1レーザ収束ユニットを取り外し、光学窓の汚れを適宜除去してから、元の位置に戻しておく。   When switching is completed, the shutter on which the first laser focusing unit is provided is closed, the optical fiber cable is disconnected from the first laser focusing unit, the dirty first laser focusing unit is then removed, and the optical window is appropriately cleaned. After removing, return to the original position.

レーザ収束ユニットを切り替えるときは、切替によって失火しないようにする。
失火が起こると、次の着火時における燃料濃度が過剰になって燃焼室内の圧力が極めて高くなるので、たとえば、切替を燃焼サイクルの排気行程で行うなど、レーザの切替が着火のタイミングと重ならないようにする。このために、レーザの切替が常に排気弁の開弁動作と同期するようにインターロックを組んでもよい。
また、レーザ切替が着火のタイミングと重ならないようにするため、切替時間を十分短くする。エンジンサイクルは短いので、レーザ切替素子をたとえばポッケルス・セルを使った電気光学素子で構成する。
When switching the laser focusing unit, avoid misfire by switching.
If a misfire occurs, the fuel concentration at the next ignition becomes excessive and the pressure in the combustion chamber becomes extremely high. For example, the switching of the laser does not overlap with the timing of ignition, for example, switching is performed in the exhaust stroke of the combustion cycle. Like that. For this reason, an interlock may be set so that the switching of the laser is always synchronized with the opening operation of the exhaust valve.
In addition, the switching time is sufficiently shortened so that the laser switching does not overlap with the ignition timing. Since the engine cycle is short, the laser switching element is composed of, for example, an electro-optical element using a Pockels cell.

本発明のレーザ着火装置では、代替のレーザ収束ユニットに切り替え、シャッタを操作して燃焼室と遮断すれば、内燃機関の運転中でも簡単にレーザ収束ユニットを着脱することができ、取り外したレーザ収束ユニットの光学窓を任意の方法で清浄化することができる。   In the laser ignition device of the present invention, the laser focusing unit can be easily attached / detached even during operation of the internal combustion engine by switching to an alternative laser focusing unit and operating the shutter to shut off the combustion chamber. The optical window can be cleaned by any method.

以下、図面を用いて、本発明の光学窓洗浄容易なレーザ着火装置を詳細に説明する。
図1は本発明の1実施例におけるレーザ着火装置の概略断面図、図2は本実施例の作動方法を説明する構成図、図3は本実施例の作動手順を説明する工程図である。
Hereinafter, a laser ignition device with easy optical window cleaning according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laser ignition device in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram illustrating an operation method of the present embodiment, and FIG. 3 is a process diagram illustrating an operation procedure of the present embodiment.

本実施例におけるレーザ着火装置は、燃焼室1の壁2に2個以上のレーザ照射孔3,3’を備え、このレーザ照射孔3,3’のそれぞれにボール弁11などで形成されたシャッタ10,10’を取り付けて、このシャッタ10,10’にレーザ収束ユニット20,20’をネジなどのジョイント24を用いて着脱可能に装着して、このレーザ収束ユニット20,20’に光ファイバケーブル30,30’を繋ぎ、光ファイバケーブル30,30’の他端はレーザ切替素子40に繋ぐ。レーザ切替素子40にはレーザ発生装置50と繋がれた光ファイバケーブル41によってレーザが供給される。   The laser ignition device in the present embodiment is provided with two or more laser irradiation holes 3 and 3 ′ in the wall 2 of the combustion chamber 1, and a shutter formed by a ball valve 11 or the like in each of the laser irradiation holes 3 and 3 ′. 10 and 10 ′ are attached, and laser focusing units 20 and 20 ′ are detachably attached to the shutters 10 and 10 ′ using joints 24 such as screws, and optical fiber cables are attached to the laser focusing units 20 and 20 ′. 30 and 30 ′ are connected, and the other ends of the optical fiber cables 30 and 30 ′ are connected to the laser switching element 40. A laser is supplied to the laser switching element 40 by an optical fiber cable 41 connected to the laser generator 50.

レーザ発生装置50は、レーザ着火を行うタイミングでレーザを供給する。
レーザ発生装置50から供給されたレーザは、レーザ切替素子40により、稼働中のレーザ収束ユニット20に分配される。
レーザ切替素子40は、電気光学素子で構成したもので、入射したレーザを2個以上の経路に振り分ける機能を有する。電気光学素子は、切替時間が短く電気信号で制御できるので、自動的な操作を採用する場合にも利用しやすい。
なお、レーザ切替素子40は、可動鏡で構成してもよい。可動鏡でも、反射面の向きを機械的に変えることにより光路を切り替えることができる。
The laser generator 50 supplies a laser at the timing of performing laser ignition.
The laser supplied from the laser generator 50 is distributed by the laser switching element 40 to the operating laser focusing unit 20.
The laser switching element 40 is composed of an electro-optical element and has a function of distributing an incident laser to two or more paths. Since the electro-optic element has a short switching time and can be controlled by an electric signal, it is easy to use even when an automatic operation is employed.
The laser switching element 40 may be configured with a movable mirror. Even with a movable mirror, the optical path can be switched by mechanically changing the direction of the reflecting surface.

レーザ収束ユニット20,20’は、光ファイバケーブル30,30’をレーザ収束ユニットに固定するストッパ31を備えて、光ファイバケーブルを着脱できるようにすると共に、光ファイバケーブルから放出される光の位置を再現性よく確定する。
レーザ収束ユニット20,20’は、内部に拡大光学系21と収束光学系22を備え、端部に設けた石英ガラスやサファイアガラスでできた厚い光学窓23で内部の機器が燃焼室の高圧を遮断して影響を受けないようにする。
The laser focusing units 20 and 20 ′ are provided with a stopper 31 for fixing the optical fiber cables 30 and 30 ′ to the laser focusing unit so that the optical fiber cable can be attached and detached, and the position of the light emitted from the optical fiber cable. Confirm with good reproducibility.
The laser converging units 20 and 20 ′ are provided with a magnifying optical system 21 and a converging optical system 22 inside, and a thick optical window 23 made of quartz glass or sapphire glass provided at the end portion causes the internal equipment to control the high pressure of the combustion chamber. Block it so that it is not affected.

拡大光学系21は、光ファイバ30,30’から放出されるレーザ光を一旦平行光線にするもので、集光レンズとコリメートレンズで形成してもよい。
また、収束光学系22は、凸レンズで構成し、レーザ光4を収束させて焦点5に集める作用を有する。
レーザ収束ユニット20,20’とシャッタ10,10’はジョイント機構24により着脱可能に固定できるようになっている。
The magnifying optical system 21 converts the laser light emitted from the optical fibers 30 and 30 ′ into parallel rays once, and may be formed by a condensing lens and a collimating lens.
The converging optical system 22 is composed of a convex lens, and has a function of converging the laser light 4 and collecting it at the focal point 5.
The laser focusing units 20 and 20 ′ and the shutters 10 and 10 ′ can be detachably fixed by a joint mechanism 24.

ジョイント機構24は、レーザ収束ユニット20,20’のシャッタ10,10’側の端部外側に設けた雄ネジと、シャッタ10,10’に設けた雌ネジで構成され、互いに嵌合して着脱可能に固定できるものであってもよい。また、燃焼室内圧力が低い場合は、セージロックなどの着脱が容易な機構を用いることも可能である。   The joint mechanism 24 includes a male screw provided outside the end of the laser focusing units 20 and 20 ′ on the shutter 10 and 10 ′ side and a female screw provided on the shutter 10 and 10 ′, and is fitted to and detached from each other. It may be possible to fix it. In addition, when the pressure in the combustion chamber is low, it is possible to use a mechanism that can be easily attached and detached, such as a sage lock.

シャッタ10,10’は、ボール弁11,11’とボール弁を駆動するソレノイド12を備えている。ボール弁11,11’は、シャッタ10,10’の開口と同じ径の孔が貫通した球形の弁体で、回転軸にソレノイド12により進退するステム13が係合している。
ソレノイド12を駆動することによりステム13が伸び縮みして、ボール弁11が90度回転し、ボール弁11の貫通孔がシャッタ10の開口軸と平行な開状態と垂直方向を向いた閉状態を選択できるようになっている。
The shutters 10 and 10 'include ball valves 11 and 11' and a solenoid 12 that drives the ball valves. The ball valves 11 and 11 ′ are spherical valve bodies through which holes having the same diameter as the openings of the shutters 10 and 10 ′ pass, and a stem 13 that is advanced and retracted by a solenoid 12 is engaged with a rotating shaft.
When the solenoid 12 is driven, the stem 13 expands and contracts, the ball valve 11 rotates 90 degrees, and the through hole of the ball valve 11 is in an open state parallel to the opening axis of the shutter 10 and a closed state in which it is oriented in the vertical direction. It can be selected.

図中右側に表した閉状態のときは、シャッタ10’のボール弁11’は貫通孔を開口軸に対して垂直の方向に倒して球体の表面壁で開口をふさいで、レーザ収束ユニット20’をエンジンの燃焼室1から絶縁する。
また、図中左側に示した開状態では、シャッタ10のボール弁11は、その貫通孔の中心軸が開口軸と一致する方向に立つようにして、レーザ収束ユニット20から放射される収束レーザ光4がシャッタ10の開口を通過して燃焼室1内の焦点5に集光して室内の燃料ガスに着火するようにする。
In the closed state shown on the right side of the figure, the ball valve 11 'of the shutter 10' tilts the through hole in a direction perpendicular to the opening axis to block the opening with the surface wall of the sphere, and the laser focusing unit 20 ' Is insulated from the combustion chamber 1 of the engine.
Further, in the open state shown on the left side in the figure, the ball valve 11 of the shutter 10 is focused laser light emitted from the laser focusing unit 20 so that the central axis of the through hole stands in a direction that coincides with the opening axis. 4 passes through the opening of the shutter 10 and is focused on the focal point 5 in the combustion chamber 1 to ignite the fuel gas in the chamber.

本実施例のレーザ着火装置は、使用している第1のレーザ収束ユニット20の光学窓23にすすなどが付いて表面が汚れレーザの透過率が低下したときには、たとえば図3に表した手順で光学窓23の浄化を行うことができる。   In the laser ignition device of this embodiment, when the optical window 23 of the first laser focusing unit 20 being used is attached with soot or the like and the surface is contaminated and the transmittance of the laser is lowered, the procedure shown in FIG. The optical window 23 can be cleaned.

すなわち、閉止していた第2のシャッタ10’に整備済みの第2のレーザ収束ユニット20’が装着されていることを確認し、第2シャッタ10’を開けて第2レーザ収束ユニット20’が稼働できるようにしてから(S01)、適当なタイミングを待って(S02)、レーザ切替素子40を駆動しレーザ供給先を第1レーザ収束ユニット20から第2レーザ収束ユニット20’の側に切り替え(S03)、第2レーザ収束ユニット20’でレーザ着火をさせる。   That is, it is confirmed that the second laser focusing unit 20 ′ that has been serviced is attached to the second shutter 10 ′ that has been closed, and the second laser focusing unit 20 ′ is opened by opening the second shutter 10 ′. After being able to operate (S01), after waiting for an appropriate timing (S02), the laser switching element 40 is driven to switch the laser supply destination from the first laser focusing unit 20 to the second laser focusing unit 20 ′ ( S03), the second laser focusing unit 20 ′ performs laser ignition.

レーザ収束ユニットを切り替えるときは、切替によって失火しないようにしなければならない。
失火が起こると、燃焼し残った燃料ガスが通常の燃料に加わるため、次の着火時における燃料濃度が過剰になって燃焼室1内の圧力が極めて大きくなることがある。
When switching the laser focusing unit, it is necessary to prevent misfire by switching.
When misfire occurs, the fuel gas remaining after combustion is added to normal fuel, so that the fuel concentration at the next ignition becomes excessive and the pressure in the combustion chamber 1 may become extremely large.

したがって、エンジンや着火装置を保護するため、レーザの切替が着火のタイミングと重ならないようにする必要がある。そこで、レーザの切替が常に、着火時期と重ならないようにするインターロックを組んでもよい。たとえば、切替を燃焼サイクルの排気行程で行えば、着火タイミングと重なることがないのでレーザ切替を原因とする失火の心配がない。   Therefore, in order to protect the engine and the ignition device, it is necessary to prevent the laser switching from overlapping the timing of ignition. Therefore, an interlock may be provided so that laser switching does not always overlap with the ignition timing. For example, if switching is performed in the exhaust stroke of the combustion cycle, there is no risk of misfire due to laser switching because there is no overlap with the ignition timing.

また、レーザ切替が着火のタイミングと重ならないようにするためには、切替の所要時間が着火の継続時間に対して十分短い必要がある。
エンジンの回転数は高いため、機械的に反射鏡を駆動して光路を切り替える機構を手動で駆動する場合は、切替時間が超過するおそれがある。したがって、機械的機構を利用する場合にも、電気信号で自動的に駆動するようにすることが好ましい。
さらに、たとえばポッケルス効果を使った電気光学素子は数nsで作動するので、電気光学素子でレーザ切り替え装置を構成し、電気的な起動信号で駆動すれば、切替時間が問題にならない。
このため、本実施例では、レーザ切替素子40を電気光学素子で構成する。
Further, in order to prevent the laser switching from overlapping with the ignition timing, the time required for the switching needs to be sufficiently short with respect to the duration of the ignition.
Since the rotational speed of the engine is high, when the mechanism for mechanically driving the reflecting mirror and switching the optical path is driven manually, the switching time may be exceeded. Therefore, even when a mechanical mechanism is used, it is preferable to automatically drive with an electric signal.
Further, for example, an electro-optical element using the Pockels effect operates in a few ns. Therefore, if a laser switching device is configured with the electro-optical element and driven by an electrical activation signal, the switching time does not become a problem.
For this reason, in this embodiment, the laser switching element 40 is constituted by an electro-optical element.

第2レーザ収束ユニット20’による着火点の位置は、第1レーザ収束ユニット20による着火点5と、同じ位置になるように調整されている。
レーザ着火を切り替えが済んだ後に、第1レーザ収束ユニット20が設けられた第1シャッタ10を閉止し、第1レーザ収束ユニット20から光ファイバケーブル30を取り外す(S04)。その後、第1レーザ収束ユニットを第1シャッタ10から取り外す(S05)。
The position of the ignition point by the second laser focusing unit 20 ′ is adjusted to be the same position as the ignition point 5 by the first laser focusing unit 20.
After switching the laser ignition, the first shutter 10 provided with the first laser focusing unit 20 is closed, and the optical fiber cable 30 is removed from the first laser focusing unit 20 (S04). Thereafter, the first laser focusing unit is removed from the first shutter 10 (S05).

取り外した第1レーザ収束ユニット20の光学窓23は、溶剤を使用したり柔らかい布でぬぐい取ったり、適宜の方法で汚れを除去する(S06)。光学窓23を洗浄した第1レーザ収束ユニット20は、再び第1シャッタ10に取り付け光ファイバケーブル30を取り付けて、いつでも稼働できるようにしておく(S07)。   The removed optical window 23 of the first laser focusing unit 20 uses a solvent or is wiped with a soft cloth, or removes dirt by an appropriate method (S06). The first laser focusing unit 20 that has cleaned the optical window 23 is attached again to the first shutter 10 and the optical fiber cable 30 is attached so that it can be operated at any time (S07).

なお、第1レーザ収束ユニット20を取り外したあとに、別に準備された清浄なレーザ収束ユニットを装着してもよい。
エンジン作動が続いて、今度は第2レーザ収束ユニット20’の光学窓23’が汚れたときには、同様の手順で第1レーザ収束ユニット20と切り替えた上で第2収束ユニット20’を取り外して、光学窓23’を洗浄すればよい。
In addition, after removing the 1st laser focusing unit 20, you may mount | wear with the clean laser focusing unit prepared separately.
When the engine operation continues and this time the optical window 23 ′ of the second laser focusing unit 20 ′ is soiled, the second focusing unit 20 ′ is removed after switching to the first laser focusing unit 20 in the same procedure, What is necessary is just to wash | clean optical window 23 '.

本発明のレーザ着火装置では、上記説明した通り、レーザ収束ユニットの切替を円滑に行うため、レーザ収束ユニットが切り替わったときにも、レーザの焦点位置が変動しないようにすることが好ましい。また、切替動作がレーザ着火のタイミングと重なるのを防止するため、高速切替ができるレーザ切替素子を採用し、またレーザ着火と重なることがないエンジンサイクル中の排気行程で切替を行う制御回路を装備することが好ましい。   In the laser ignition device of the present invention, as described above, in order to smoothly switch the laser focusing unit, it is preferable that the focal position of the laser does not change even when the laser focusing unit is switched. In addition, in order to prevent the switching operation from overlapping with the timing of laser ignition, a laser switching element that can be switched at high speed is adopted, and a control circuit that switches in the exhaust stroke during the engine cycle that does not overlap with laser ignition is equipped. It is preferable to do.

本発明のレーザ着火装置は、エンジンに複数のレーザ収束ユニットを装着して運転し、稼働中でも運転を休止することなくレーザ収束ユニットを着脱することができるので、光学窓を洗浄するときにはユニットを外して、任意の方法で容易に処理することができる。   The laser ignition device of the present invention is operated by mounting a plurality of laser focusing units on the engine, and the laser focusing unit can be attached and detached without stopping the operation even during operation. And can be easily processed by any method.

本発明の1実施例におけるレーザ着火装置の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the laser ignition device in one Example of this invention. 本実施例のレーザ着火装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser ignition device of a present Example. 本実施例における切替手順を示した流れ図である。It is the flowchart which showed the switching procedure in a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃焼室
2 燃焼室の壁
3,3’ レーザ照射孔
4 レーザ光
5 焦点
10,10’ シャッタ
11,11’ ボール弁
12 ソレノイド
13 ステム
20,20’ レーザ収束ユニット
21 拡大光学系
22 収束光学系
23,23’ 光学窓
24 ジョイント機構
30,30’ 光ファイバケーブル
31 ストッパ
40 レーザ切替素子
41 光ファイバケーブル
50 レーザ発生装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Combustion chamber wall 3, 3 'Laser irradiation hole 4 Laser light 5 Focus 10, 10' Shutter 11, 11 'Ball valve 12 Solenoid 13 Stem 20, 20' Laser converging unit 21 Enlarging optical system 22 Converging optical system 23, 23 'Optical window 24 Joint mechanism 30, 30' Optical fiber cable 31 Stopper 40 Laser switching element 41 Optical fiber cable 50 Laser generator

Claims (5)

内燃機関の燃焼室内に光学窓を介してレーザ光を照射することにより着火させるものであって、該燃焼室に2個以上のレーザ照射孔を備え、該レーザ照射孔のおのおのに開閉可能なシャッタを設け、光学窓と収束光学系を備えて収束するレーザ光を該光学窓を介して前記燃焼室内に照射するレーザ収束ユニットを前記シャッタそれぞれに着脱可能に装着し、該レーザ収束ユニットに着脱可能に光ファイバーケーブルを連結し、該光ファイバーケーブルがレーザ切替素子に連結され、該レーザ切替素子レーザ伝送手段に接続されているレーザ着火装置。 A combustion chamber of an internal combustion engine is ignited by irradiating a laser beam through an optical window, the shutter having two or more laser irradiation holes in the combustion chamber and capable of opening and closing each of the laser irradiation holes A laser converging unit that irradiates the combustion chamber with the optical window and the converging optical system through the optical window is detachably attached to the shutter, and can be attached to and detached from the laser converging unit. A laser ignition device in which an optical fiber cable is connected to the optical fiber cable, the optical fiber cable is connected to a laser switching element, and the laser switching element is connected to laser transmission means. 前記シャッタは、ボールバルブであることを特徴とする請求項1記載のレーザ着火装置。   The laser ignition device according to claim 1, wherein the shutter is a ball valve. 前記2個以上のレーザ照射孔を通って前記燃焼室内に照射するレーザは同じ位置に焦点を有することを特徴とする請求項1または2記載のレーザ着火装置。   3. The laser ignition device according to claim 1, wherein the laser irradiated into the combustion chamber through the two or more laser irradiation holes has a focal point at the same position. 4. 前記レーザ切替素子は、電気光学素子を用いて構成された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着火装置。   4. The laser ignition device according to claim 1, wherein the laser switching element is configured using an electro-optic element. 5. 前記レーザの切替が着火時期に重ならないように組まれたインターロック回路を備え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着火装置。
The laser ignition device according to any one of claims 1 to 4, further comprising an interlock circuit assembled so that the switching of the laser does not overlap with the ignition timing.
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