(57)【要約】【課題】  レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーへの照射方向を自在に制御可能として、各光ファイバーのレーザ光入光部にレーザ光の発射タイミングに正確に一致させてレーザ光を入光せしめ得る光ファイバーをそなえたレーザ着火式エンジンを提供する。【解決手段】  レーザ着火式エンジンにおいて、光ファイバーをその入光部が予め設定された設定位置になるように複数個配設するとともに、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、レーザ発振装置からのレーザ光の反射面が前記ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜して形成され前記ミラー回転装置により回転駆動される回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が複数の光ファイバーの入光部に該回転ミラーの回転に従い順次入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置とをそなえたことを特徴とする。【選択図】    図１
2006132491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通して燃焼室に装着されたレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から、燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記光ファイバーをその入光部が予め設定された設定位置になるように複数個配設するとともに、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、前記レーザ発振装置からのレーザ光の反射面が前記ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜して形成され前記ミラー回転装置により回転駆動される回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該回転ミラーの回転に従い順次入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置とをそなえたことを特徴とする光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項２】
前記回転ミラーの回転軸心を前記レーザ発振装置からのレーザ光の光線中心に一致させたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項３】
前記回転ミラーの回転軸心を前記レーザ発振装置からのレーザ光の光線中心から半径方向に一定量ずらして設置したことを特徴とする請求項１記載の光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項４】
前記ミラー回転装置の回転軸に、回転軸心方向の移動に従い回転可能に嵌合されたスライダーを設けて、該スライダーの外周に前記回転ミラーを前記回転軸心に対して所定角度傾斜して取付け、該スライダーを前記回転軸心方向に移動させるとともに前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に順次入光するように前記スライダーの移動を制御するスライダー制御装置をそなえたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項５】
レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通して燃焼室に装着されたレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から、燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記光ファイバーをその入光部が予め設定された設定位置になるように複数個配設するとともに、異なる半径の円弧状面が外周に形成された複数のレーザ分配ミラーを円周方向に沿って設け、さらに、エンジンの回転に連動してレーザ分配ミラーを回転せしめるレーザ分配ミラー回転装置と、前記レーザ分配ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該レーザ分配ミラーの回転に従い順次入光するように前記レーザ分配ミラー回転装置の回転を制御する分配ミラー制御装置とをそなえたことを特徴とする光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項６】
レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通して燃焼室に装着されたレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から、燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、該ミラー回転装置により回転駆動されるとともに該ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜されたレーザ光の反射面を有する回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置と、前記光ファイバーを円周方向に沿って複数個回動可能に支持するファイバー回動手段と、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該回転ミラーの回転に従い順次入光するようにファイバー回動手段の回動を制御するファイバー移動制御装置とをそなえたことを特徴とする光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項７】
前記回転ミラーを反射面に平行な方向に移動せしめるミラー移動装置をそなえ、前記ミラー制御装置は、前記ミラー回転装置の回転を制御するとともに、前記ミラー移動装置を介して前記回転ミラーの反射面に平行方向の移動を制御するように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項８】
レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通して燃焼室に装着されたレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から、燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、該ミラー回転装置により回転駆動されるとともに該ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜されたレーザ光の反射面を有する回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置と、前記複数の光ファイバーのそれぞれを移動可能に支持するファイバー移動手段と、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に順次入光するように前記移動手段を介して前記各光ファイバーの入光部の移動を制御するファイバー移動制御装置とをそなえたことを特徴とする光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項９】
エンジンのノッキング強度を検出するノッキングセンサと、前記ノッキングセンサからのノッキング強度の検出値に従い前記レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングを制御するレーザ光制御装置とをそなえ、前記ファイバー移動制御装置は、前記レーザ光制御装置にて制御される前記レーザ光の発射タイミングに従い前記ファイバー回動手段あるいはファイバー移動手段を介して前記複数の光ファイバーの回動量を制御するように構成されてなることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかの項に記載の光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてガスエンジン等の予混合燃焼レーザ着火式エンジンに適用され、レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通してレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンであって、レーザ光と光ファイバーの入光部とを相対移動可能に構成された、光ファイバーを備えたレーザ着火式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合希薄燃焼ガスエンジンにおいては、燃焼室に装着した点火プラグによって該副室内の濃混合比ガスに点火して着火し、該着火火炎を主燃焼室内の希薄混合気中に噴出せしめて主燃焼させる点火プラグ着火方式、あるいは副室に装着したパイロット燃料噴射弁によって該副室内の混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火し、該着火火炎を主燃焼室内の希薄混合気中に噴出せしめて主燃焼させるパイロット燃料噴射着火方式に代えて、レーザ光を燃焼室に設けられたターゲットに照射してプラズマを発生させ、燃焼室内のガスを着火燃焼させるレーザ着火方式を用いて、希薄混合ガスの着火燃焼を促進するとともに、ＮＯｘの発生量を抑制する技術が提案されている。
【０００３】
かかるレーザ着火方式を備えた予混合希薄燃焼ガスエンジンとして、特許文献１（特開平８−９３６２０号公報）、及び特許文献２（特開平９−４２１３８号公報）の技術が提案されている。
特許文献１の技術においては、複数シリンダのシリンダヘッドの上方にミラーを設け、レーザ発振装置からクランク角に同期して着火順序で発射されたレーザ光を前記各ミラーに反射させて、シリンダヘッドに装着されたレーザ光ガイド内に導入し、該レーザ光ガイド内を通して燃焼室内のターゲットに照射するように構成されている。
また、特許文献２の技術においては、レーザ発振装置とピストン表面上に設けた１個のターゲットとの間のレーザ光の光路内にエンジン回転によってレーザ光を常時ターゲット上に照射できるように焦点可変装置を装備している。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−９３６２０号公報
【特許文献２】特開平９−４２１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ着火式エンジンにおいては、各シリンダの着火順序に沿ったタイミングで以って発射されたレーザ光を、複数のシリンダの集光部にレーザ光を伝送する光ファイバーのレーザ光入光部に、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに正確に一致して入光せしめることを要する。
然るに、前記特許文献１（特開平８−９３６２０号公報）に開示されているような固定ターゲットレーザ着火方式のレーザ着火式エンジンにおいては、単にレーザ発振装置からクランク角に同期して着火順序で発射されたレーザ光を、レーザ光ガイド内を通して燃焼室内のターゲットに照射するように構成されているにとどまり、また特許文献２（特開平９−４２１３８号公報）に開示されているレーザ着火式エンジンにおいては、エンジン回転によってレーザ光を常時ターゲット上に照射できる焦点可変装置をそなえているにとどまり、レーザ発振装置から発振されたレーザ光の向きを自在に制御可能にし、あるいはレーザ発振装置からのレーザ光の方向に合わせて複数の光ファイバーの位置を自在に制御可能として、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに正確に一致せしめてレーザ光を複数の光ファイバーの入光部に入光せしめる手段は提供されていない。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーへの照射方向を自在に制御可能として、各光ファイバーのレーザ光入光部にレーザ光の発射タイミングに正確に一致させてレーザ光を入光せしめ得る光ファイバーをそなえたレーザ着火式エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる目的を達成するもので、レーザ発振装置からのレーザ光を光ファイバーを通して燃焼室に装着されたレーザ光集光手段に伝送し、該レーザ光集光手段から、燃焼室内のターゲットに照射して発生させたプラズマにより該燃焼室内のガスに着火するように構成されたレーザ着火式エンジンにおいて、前記光ファイバーをその入光部が予め設定された設定位置になるように複数個配設するとともに、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、前記レーザ発振装置からのレーザ光の反射面が前記ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜して形成され前記ミラー回転装置により回転駆動される回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該回転ミラーの回転に従い順次入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置とをそなえたことを特徴とする。
【０００８】
かかる発明において、具体的には次のように構成するのがよい。
（１）前記回転ミラーの回転軸心を前記レーザ発振装置からのレーザ光の光線中心に一致させる。
（２）前記回転ミラーの回転軸心を前記レーザ発振装置からのレーザ光の光線中心から半径方向に一定量ずらして設置する。
【０００９】
かかる発明によれば、レーザ発振装置からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光が、ミラー回転装置によりエンジンの回転に連動されて回転駆動される回転ミラーの傾斜した反射面に反射することにより、該回転ミラーの時々刻々の回転角によって該回転ミラーからの反射方向が変化する。
従って、エンジンの着火順序及びエンジン回転数によって決まるレーザ光の発射タイミングに合わせて、前記回転ミラーからのレーザ光の反射方向にエンジンのシリンダ数と同数の光ファイバーの入光部を配置しておくことにより、前記回転ミラーで反射したレーザ光を該レーザ光の発射タイミングに正確に一致させて、各シリンダの光ファイバー入光部に入光させることが可能となる。
【００１０】
従って、かかる発明によれば、レーザ発振装置からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光を、ミラー回転装置によりエンジンの回転に連動されて回転せしめられる回転ミラーの傾斜した反射面に反射させて複数の光ファイバーに入光せしめることにより、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーへの照射方向を自在に制御することが可能となり、これにより、各光ファイバーのレーザ光入光部にレーザ光の発射タイミングに正確に一致させてレーザ光を入光せしめることができる。
【００１１】
また、かかる発明において好ましくは、前記ミラー回転装置の回転軸に、回転軸心方向の移動に従い回転可能に嵌合されたスライダーを設けて、該スライダーの外周に前記回転ミラーを前記回転軸心に対して所定角度傾斜して取付け、該スライダーを前記回転軸心方向に移動させるとともに、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に順次入光するように前記スライダーの移動を制御するスライダー制御装置をそなえる。この場合、スライダーと回転軸とはヘリカルスプライン結合にて構成するのが好ましい。
【００１２】
このように構成すれば、外周に回転ミラーを回転軸心に対して所定角度傾斜して取付けたスライダーを、スライダー制御装置によりレーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて軸方向移動させることにより、該回転ミラーをミラー回転装置によって回転させながら回転方向に位相せしめることができるので、レーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーに、より高精度での入光制御ができる。
【００１３】
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、前記光ファイバーをその入光部が予め設定された設定位置になるように複数個配設するとともに、半径の異なる円弧状面が外周に形成された複数のレーザ分配ミラーを円周方向に沿って設け、エンジンの回転に連動してレーザ分配ミラーを回転せしめるレーザ分配ミラー回転装置と、前記レーザ分配ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該レーザ分配ミラーの回転に従い順次入光するように前記レーザ分配ミラー回転装置の回転を制御する分配ミラー制御装置とをそなえたことを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、レーザ分配ミラーをエンジンの着火順序及び回転数に対応して回転させることにより、該レーザ分配ミラーの円周方向に沿って設けられた半径の異なる円弧状面を円周方向に移動させながら該円弧状面にレーザ光を反射させるので、円弧状面の半径によって異なるレーザ光の反射方向に複数の光ファイバーの入光部を設定することにより、レーザ光を複数の光ファイバーに該レーザ光の発射タイミングに正しく一致させて分配できる。
さらに、同一半径位置ではレーザ光の発射タイミングを変えても同一の光ファイバーに入光できるので、レーザ光の発射タイミングつまりエンジンの着火タイミングを広範囲に調整可能となる。
【００１５】
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、該ミラー回転装置により回転駆動されるとともに該ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜された前記レーザ発振装置からのレーザ光の反射面を有する回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置と、前記光ファイバーを円周方向に沿って複数個回動可能に支持するファイバー回動手段と、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に該回転ミラーの回転に従い順次入光するようにファイバー回動手段の回動を制御するファイバー移動制御装置とをそなえたことを特徴とする。
【００１６】
かかる発明によれば、レーザ発振装置からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光を、ミラー回転装置によりエンジンの回転に連動されて回転せしめられる回転ミラーの傾斜した反射面に反射させて複数の光ファイバーに入光せしめるとともに、前記複数の光ファイバーの円周方向位置をファイバー移動制御装置によって調整することにより、レーザ光の発射タイミングを変化させる毎に複数の光ファイバーの位置を該レーザ光が入光可能な位置に調整することができる。
これにより、レーザ光の発射タイミング、つまりエンジンの着火タイミングの変化に応じてレーザ光が入光可能な適正位置に光ファイバーを設定できる。
【００１７】
また、かかる発明において好ましくは、前記回転ミラーを反射面に平行な方向に移動せしめるミラー移動装置をそなえ、前記ミラー制御装置は、前記ミラー回転装置の回転を制御するとともに、前記ミラー移動装置を介して前記回転ミラーの反射面に平行方向の移動を制御するように構成される。
このように構成すれば、回転ミラー上の反射位置を変えられることにより長時間運転しても照射位置の焼き尽きなどを防止することができる。
【００１８】
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、エンジンの回転に連動して回転せしめられるミラー回転装置と、該ミラー回転装置により回転駆動されるとともに該ミラー回転装置の回転軸心に対して所定角度傾斜されたレーザ光の反射面を有する回転ミラーと、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に入光するように前記ミラー回転装置を回転制御するミラー制御装置と、前記複数の光ファイバーのそれぞれを移動可能に支持するファイバー移動手段と、前記回転ミラーの反射面に反射後のレーザ光が前記複数の光ファイバーの入光部に順次入光するように前記移動手段を介して前記各光ファイバーの入光部の移動を制御するファイバー移動制御装置とをそなえたことを特徴とする。
【００１９】
かかる発明によれば、レーザ発振装置からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光を、ミラー回転装置によりエンジンの回転に連動されて回転せしめられる回転ミラーの傾斜した反射面に反射させて複数の光ファイバーに入光せしめるとともに、前記複数の光ファイバーのそれぞれを個別に移動可能に支持して、該複数の光ファイバーの位置をファイバー移動制御装置によって調整することにより、レーザ光の発射タイミングを変化させる毎に複数の光ファイバーの位置を、個別に該レーザ光が入光可能な位置に調整することができる。
これにより、レーザ光の発射タイミング、つまりエンジンの着火タイミングの変化に応じてレーザ光が入光可能な適正位置に光ファイバーを設定できる。
【００２０】
また本発明は、エンジンのノッキング強度を検出するノッキングセンサと、前記ノッキングセンサからのノッキング強度の検出値に従い前記レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングを制御するレーザ光制御装置とをそなえ、前記ファイバー移動制御装置は、前記レーザ光制御装置にて制御される前記レーザ光の発射タイミングに従い前記ファイバー回動手段あるいはファイバー移動手段を介して前記複数の光ファイバーの回動量を制御するように構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
かかる発明によれば、ノッキングセンサによりエンジンのノッキング強度を検出し、ノッキング強度の検出値によって、レーザ光制御装置によってレーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングを変化させる、つまりエンジンの着火タイミングを変化させるとともに、ファイバー移動制御装置によって該発射タイミングに応じた最適位置に光ファイバーの入光部を移動させることにより、複数の光ファイバーをノッキング強度に応じたレーザ光の発射タイミングに適応した位置に正確に設定できる。
即ち、例えばノッキング強度の増大が検出されると、レーザ光制御装置によってレーザ光の発射タイミングつまりエンジンの着火タイミングを遅らせ、ファイバー移動制御装置によってかかるレーザ光発射タイミングの遅延分に相当する量だけ各光ファイバーの入光部を移動させることにより、複数の光ファイバーを、ノッキング強度に応じたレーザ光の発射タイミングに適応した位置に設定できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、レーザ発振装置からのレーザ光を、エンジンの回転に連動されて回転する回転ミラーの傾斜した反射面に反射させて複数の光ファイバーに入光せしめることにより、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーへの照射方向を自在に制御することが可能となり、これにより、各光ファイバーのレーザ光入光部にレーザ光の発射タイミングに正確に一致させてレーザ光を入光せしめることができる。
【００２３】
また本発明によれば、エンジンの回転に連動されて回転せしめられる回転ミラーの傾斜した反射面に反射させて複数の光ファイバーにレーザ光を入光せしめるとともに、前記複数の光ファイバーの円周方向位置をファイバー移動制御装置によって調整することにより、レーザ光の発射タイミングを変化させる毎に複数の光ファイバーの位置を該レーザ光が入光可能な位置に調整することができ、これにより、レーザ光の発射タイミング、つまりエンジンの着火タイミングの変化に応じてレーザ光が入光可能な適正位置に光ファイバーを設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２５】
図８は、本発明が適用される単室式レーザ着火式ガスエンジンの燃焼室周りの断面図である。
図８において、１２はガスエンジン（以下エンジンという）のシリンダヘッド、１０はピストン、１１はシリンダライナ、１３は該シリンダヘッド１２、ピストン１０及びシリンダライナ１１により区画形成された燃焼室、２２はコネクチングロッド、２３はクランク軸である。
また１５は吸気ポート、１４は該吸気ポート１５を開閉する吸気弁、１７は排気ポート、１６は該排気ポート１７を開閉する排気弁である。
【００２６】
１はレーザ光（レーザパルス）０２を発振するレーザ発振装置、２は前記レーザ発振装置１から発振されるレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を制御するレーザ制御装置である。６は前記シリンダヘッド１２内に設置されたレーザ光の集光レンズ、９は該集光レンズ６を支持する支持部材である。１８は前記集光レンズ６側と燃焼室１３側とを遮蔽するレーザ光導入ガラス体で、耐熱性を有する透明ガラスからなる。
５０は前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２を前記集光レンズ６側に伝送するための光ファイバーである。
【００２７】
５１はエンジンの回転数を検出する回転数検出器、５２はエンジンの負荷を検出する負荷検出器、５３はクランク角センサを構成するタイミング円板で回転軸２３ａを介して前記クランク軸２３のクランク角を検出するものである。
３はコントローラで、前記回転数検出器５１からエンジン回転数の検出値が、前記負荷検出器５２からエンジン負荷の検出値が、前記クランク角センサ（タイミング円板）５３からエンジンのクランク角の検出値が夫々入力されて、前記エンジン回転数の検出値あるいは前記エンジン負荷の検出値に基づき、該エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するレーザ光０２のパルス間隔、レーザ光エネルギー（レーザ光の強さ）等を算出するとともに、前記クランク角検出値に基づき各シリンダの着火順序に従ってレーザ光の発振タイミングを算出して、前記レーザ制御装置２に入力するものである。
【００２８】
かかる構成からなるレーザ着火式ガスエンジンの運転時において、前記回転数検出器５１からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器５２からのエンジン負荷の検出値、前記クランク角センサ５３からのクランク角の検出値は、コントローラ３に入力される。
そして該コントローラ３においては、前記エンジン回転数の検出値、エンジン負荷の検出値、及びクランク角の検出値に基づき、前記レーザ制御装置２にレーザ発振装置１からのレーザ光０２の発振タイミングの制御信号を出力する。
【００２９】
そして前記レーザ制御装置２は、前記コントローラ３から該レーザ制御装置２に出力されるレーザ光０２の発振タイミングの制御信号に基づき、前記レーザ発振装置１からレーザ光０２を発振せしめる。該レーザ光０２は前記光ファイバー５０を通して伝送され、シリンダヘッド１２内を通る先端部から集光レンズ６に入り、該集光レンズ６で集光されレーザ光導入ガラス体１８を透過して、前記燃焼室１３内のターゲット５に照射される。かかるレーザ光０２の照射により燃焼室１３内の混合ガス中に高温のプラズマを発生させ、該ガスを着火燃焼せしめる。
【実施例１】
【００３０】
本発明は、前記のようなレーザ着火式ガスエンジンにおけるレーザ光の伝送システム及び光ファイバーの移動システムに係るものである。
図１は、本発明の第１実施例に係るレーザ着火式エンジンのレーザ光伝送システムの構成図、図２は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
図１の第１実施例及び図２の第２実施例において、１はレーザ光を発振するレーザ発振装置、３３はミラー制御装置、３２はミラー回転装置、３１は該ミラー回転装置３２の出力端に連結される回転軸である。
前記ミラー回転装置３２は、図８に示されるエンジンのクランク軸２３に連動されており、前記コントローラ３（図８参照）からの制御信号を受けて制御動作を行う前記ミラー制御装置３３によって、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２の発振タイミングに従って回転数を制御される。従って前記回転軸３１は前記のようにして制御されたミラー回転装置３２の出力回転数で回転せしめられる。
【００３１】
５０はエンジンの各シリンダに接続される光ファイバーで、エンジンのシリンダ数と同数設けられている。
３０は前記回転軸３１の軸端部に固定された回転ミラーで、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２の反射面３０ａが前記ミラー回転装置３２及び回転軸３１の回転軸心３１ａに対して所定角度α傾斜して形成されている。前記回転ミラー３０における反射面３０ａの傾斜角αは、前記レーザ発振装置１からエンジンの着火順序及び回転数による発射タイミングで発射されるレーザ光０２が、前記ミラー制御装置３３によって回転制御されて回転せしめられている該回転ミラー３０の該反射面３０ａに反射後、各シリンダの光ファイバー５０の入光部５０ａに正確に入光するような角度に設定される。
【００３２】
図１の第１実施例においては、前記回転ミラー３０を回転駆動するミラー回転装置３２及び回転軸３１の回転軸心３１ａを、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２の光線中心に一致させ、該レーザ光０２が回転ミラー３０の回転軸心３１ａで反射するように構成している。
【実施例２】
【００３３】
また、図２の第２実施例においては、前記ミラー回転装置３２及び回転軸３１の回転軸心３１ａに対して、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２の光線中心を半径方向に一定量ずらして、該レーザ光０２が回転ミラー３０の外周部で反射するように構成している。
【００３４】
かかる第１実施例及び第２実施例において、前記ミラー回転装置３２は、エンジンの回転に連動され前記ミラー制御装置３３によってレーザ発振装置１からのレーザ光０２の発振タイミングに従って、回転軸３１を介して回転ミラー３０を回転駆動する。
一方、前記レーザ発振装置１からエンジンの着火順序及び回転数による発射タイミングで発射されるレーザ光０２は、前記の状態で回転駆動されている回転ミラー３０の傾斜した反射面３０ａに反射する。これにより、該回転ミラー３０の時々刻々の回転角によって該回転ミラー３０の反射面３０ａからの反射方向が変化する。
従って、エンジンの着火順序及びエンジン回転数によって決まるレーザ光０２の発射タイミングに合わせて、前記回転ミラー３０の反射面３０ａからのレーザ光０２の反射方向にエンジンのシリンダ数と同数の光ファイバー５０の入光部５０ａを配置しておくことにより、前記回転ミラー３０の反射面３０ａで反射したレーザ光０２を該レーザ光０２の発射タイミングに正確に一致させて、各シリンダの光ファイバー入光部５０に入光させることが可能となる。
【００３５】
よって、かかる第１実施例及び第２実施例によれば、レーザ発振装置１からエンジンの着火タイミング及び回転数に従って発射されるレーザ光０２を、ミラー回転装置３２によりエンジンの回転に連動されて回転せしめられる回転ミラー３０の傾斜した反射面３０ａに反射させて、複数（シリンダ数と同数）の光ファイバー５０に入光せしめることにより、レーザ発振装置１からのレーザ光０２の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバー５０への照射方向を自在に制御することが可能となり、これにより、各光ファイバー５０のレーザ光入光部５０ａにレーザ光０２の発射タイミングに正確に一致させて該レーザ光０２を入光せしめることができる。
【実施例３】
【００３６】
図３は本発明の第３実施例を示す図１対応図（一部断面図）である。
この第３実施例においては、前記第１〜第２実施例におけるミラー回転装置３２の回転軸３１ａに、ヘリカルスプライン結合４１にてスライダー４０を嵌合し、該スライダー４０の外周に前記回転ミラー３０を前記回転軸心３１ａに対して所定角度α傾斜して取付けている。
４３はスライダー駆動装置、４２は該スライダー駆動装置４３に連結されて往復動せしめられるスライダー用フォークで、該スライダー用フォーク４２の先端部に形成された爪４２ａが前記スライダー４０の外周に刻設された溝４０ａに係合している。
４４は前記コントローラ３（図８参照）からの制御信号を受けて、前記スライダー駆動装置４３の作動を制御するスライダー制御装置である。
【００３７】
かかる第３実施例において、前記スライダー制御装置４４は、前記コントローラ３（図８参照）からの制御信号を受けて、前記スライダー駆動装置４３の作動を制御する。該スライダー駆動装置４３の往復動はスライダー用フォーク４２の爪４２ａとスライダーの溝４０ａとの係合によりスライダー４０に伝達される。
これにより、前記回転ミラー３０はミラー回転装置３２によって回転されながら、該スライダー４０によって往復動せしめられることとなる。
従ってかかる第３実施例によれば、外周に回転ミラー３０を回転軸心３１ａに対して所定角度α傾斜して取付けたスライダー４０を、スライダー制御装置４４によりレーザ発振装置１からのレーザ光０２の発射タイミングに合わせて軸方向移動させるとともに、該回転ミラー３０をミラー回転装置３２によって回転させながら回転方向に位相せしめることができるので、レーザ光０２の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバー５０に、より高精度での入光制御ができる。
その他の構成は前記第１実施例（図１）と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【実施例４】
【００３８】
図４は本発明の第４実施例を示し、（Ａ）はミラー回転軸に直角な構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ矢視図である。
この第４実施例においては、分配ミラー回転装置４８により回転駆動される回転軸４７（４７ａは回転軸心）の端部に、半径Ｒの異なる円弧状面が外周に形成された複数のレーザ分配ミラー４６を円周方向に沿って連設している。
即ち、レーザ分配ミラー４６は、曲率半径Ｒ１の円弧状ミラー４６１、曲率半径Ｒ２の円弧状ミラー４６２、曲率半径Ｒ３の円弧状ミラー４６３、曲率半径Ｒ４の円弧状ミラー４６４、曲率半径Ｒ５の円弧状ミラー４６５、曲率半径Ｒ６の円弧状ミラー４６６が円周方向に連設されて構成され、該レーザ分配ミラー４６の各円弧状ミラーで反射されたレーザ光０２が、入光部５０ａを予め設定された位置になるように複数個（シリンダ数と同数）配設された光ファイバー５０の入光部５０ａに入光するようになっている。
４９は分配ミラー制御装置で、前記コントローラ３からの制御信号を受けて、前記分配ミラー回転装置４８の作動を制御する。
【００３９】
かかる第４実施例において、分配ミラー制御装置４９によって分配ミラー回転装置４８の回転を制御し、レーザ分配ミラー４６をエンジンの着火順序及び回転数に対応して回転させることにより、該レーザ分配ミラー４６の円周方向に沿って設けられた半径の異なる円弧状ミラー４６１、４６２、４６３、４６４、４６５、４６６を円周方向に移動させながら、レーザ発振装置１からのレーザ光０２を前記円弧状ミラーに順次反射させ、複数個（シリンダ数と同数）配設された光ファイバー５０の入光部５０ａに、該レーザ分配ミラー４６の回転に従い順次入光するように前記レーザ分配ミラー回転装置４８の回転を制御する。
従って、前記円弧状ミラー４６１、４６２、４６３、４６４、４６５、４６６の半径Ｒによって異なるレーザ光０２の反射方向に複数の光ファイバー５０の入光部５０ａを設定することにより、該レーザ光０２を複数の光ファイバー５０に該レーザ光０２の発射タイミングに正しく一致させて分配できる。
さらに、同一半径の円弧状ミラー（たとえば、曲率半径Ｒ１の円弧状ミラー４６１）ではレーザ光０２の発射タイミングを変えても同一の光ファイバー５０に入光できるので、該レーザ光０２の発射タイミングつまりエンジンの着火タイミングを広範囲に調整可能となる。
【実施例５】
【００４０】
図５は本発明の第５実施例を示す図１対応図である。
この第５実施例においては、前記第１〜第３実施例と同様な、ミラー回転装置３２と、該ミラー回転装置３２により回転駆動されるとともに、該ミラー回転装置３２及び回転軸３１の回転軸心３１ａに対して所定角度α傾斜されたレーザ光０２の反射面３０ａを有する回転ミラー３０と、前記回転ミラーの反射面３０ａに反射後のレーザ光０２が複数（シリンダ数と同数）の光ファイバー５０の入光部５０ａに入光するように前記ミラー回転装置３２を回転制御するミラー制御装置３３を備え、さらに次のような光ファイバー５０の移動手段を追設している。
【００４１】
即ち、５１ａは前記各光ファイバー５０の先端部を支持するファイバーホルダで、該ファイバーホルダ５１ａは光ファイバー回動装置５３ａによって微少量回動されるファイバー回動軸５２ａの外周端部に円周方向に沿って前記光ファイバー５０と同数取付けられている。
５４は前記コントローラ３からの制御信号を受けて、前記光ファイバー回動装置５３ａの作動を制御するファイバー移動制御装置である。
また、３ａはエンジンのノッキング強度を検出するノッキングセンサであり、該ノッキングセンサ３ａからのノッキング強度検出値は前記コントローラ３に入力される。
【００４２】
かかる第５実施例においては、レーザ発振装置１からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光０２を、ミラー回転装置３２によりエンジンの着火タイミング及び回転数に追従して回転せしめられる回転ミラー３０の傾斜した反射面３０ａに反射させて、複数（シリンダ数と同数）の光ファイバー５０の入光部５０ａに入光せしめるとともに、ファイバー移動制御装置５４によって光ファイバー回動装置５３ａを作動させ、ファイバー回動軸５２ａを図の矢印のように微少量回動させて、前記複数の光ファイバー５０の入光部５０ａの円周方向位置を、前記回転ミラー３０の反射面３０ａで反射されたレーザ光０２の方向に一致させる。
従って、前記ファイバー移動制御装置５４によって光ファイバー５０の円周方向位置を調整することにより、レーザ光０２の発射タイミングを変化させる毎に複数の光ファイバー５０の入光部５０ａの位置を該レーザ光０２が入光可能な位置に調整することができる。
【００４３】
また、かかる第５実施例において、ノッキングセンサ３ａによりエンジンのノッキング度を検出してコントローラ３に入力し、該コントローラ３にて、ノッキング強度の検出値によってレーザ光制御装置２を介してレーザ発振装置１からのレーザ光０２の発射タイミングを変化させエンジンの着火タイミングを変化させるとともに、該コントローラ３で制御されるファイバー移動制御装置５４によって前記のレーザ光０２の発射タイミングに応じた最適位置に光ファイバー５０の入光部５０ａを移動させる。
これにより、複数の光ファイバー５０の入光部５０ａをノッキング強度に応じたレーザ光０２の発射タイミングに適応した位置に正確に設定できる。
【００４４】
即ち、例えばノッキングセンサ３ａによってノッキング強度の増大が検出されると、レーザ光制御装置２によってレーザ発振装置１からレーザ光の発射タイミングつまりエンジンの着火タイミングを遅らせる一方、前記ファイバー移動制御装置５４によってかかるレーザ光発射タイミングの遅延分に相当する量だけ各光ファイバー５０の入光部５０ａを移動させることにより、複数の光ファイバー５０を、ノッキング強度に応じたレーザ光０２の発射タイミングに適応した位置に設定できる。
その他の構成は前記第１実施例（図１）と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【実施例６】
【００４５】
図６は本発明の第６実施例を示す図１対応図である。
この第６実施例においては、前記第５実施例に加えて、前記回転ミラー３０を反射面３０ａに平行な方向に移動せしめるミラー移動装置６０を設け、前記ミラー制御装置６０を、前記ミラー回転装置３２の回転を制御するとともに、前記ミラー移動装置６０を介して、図Ｓ矢印のように前記回転ミラー３０の反射面３０ａに平行方向の移動を制御するように構成している。
かかる第６実施例によれば、傾斜した反射面を有する回転ミラー３０を、回転方向に加えて反射面３０ａに平行な方向に移動せしめることにより、該回転ミラー３０におけるレーザ光０２の反射方向の調整可能範囲が広くなり、該レーザ光０２の光ファイバー５０への入光精度が上昇し、より正確にレーザ光０２の発射タイミングに光ファイバー５０入光部５０を一致させることができる。
その他の構成は前記第５実施例（図５）と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【実施例７】
【００４６】
図７は本発明の第７実施例を示す図１対応図である。
この第７実施例においては、前記第１〜第３実施例及び第５〜第６実施例と同様な、ミラー回転装置３２と、該ミラー回転装置３２により回転駆動されるとともに該ミラー回転装置３２及び回転軸３１の回転軸心３１ａに対して所定角度α傾斜されたレーザ光０２の反射面３０ａを有する回転ミラー３０と、前記回転ミラーの反射面３０ａに反射後のレーザ光０２が複数（シリンダ数と同数）の光ファイバー５０の入光部５０ａに入光するように前記ミラー回転装置３２を回転制御するミラー制御装置３３を備え、さらに次のような光ファイバー５０の移動手段を追設している。
即ち、５５は前記複数の光ファイバー５０の先端部に個別に設けられて各先端部を移動可能に支持するファイバー移動装置、５６は前記コントローラ３からの制御信号を受けて前記ファイバー移動装置５５を介して各光ファイバー５０の入光部５０ａの移動を制御するファイバー移動制御装置である。
【００４７】
かかる第７実施例においては、レーザ発振装置１からエンジンの着火タイミングに従って発射されるレーザ光０２を、ミラー回転装置３２によりエンジンの着火タイミング及び回転数に追従して回転せしめられる回転ミラー３０の傾斜した反射面３０ａに反射させて、複数（シリンダ数と同数）の光ファイバー５０に入光せしめるとともに、ファイバー移動制御装置５６によって各光ファイバー５０に取付けられたファイバー移動装置５５を作動させ、各光ファイバー５０を個別に微少量移動させて、前記複数の光ファイバー５０の入光部５０ａを、前記回転ミラー３０の反射面３０ａで反射されたレーザ光０２の方向に一致させる。
従って、前記ファイバー移動制御装置５６によって各光ファイバー５０の位置を調整することにより、レーザ光０２の発射タイミングを変化させる毎に複数の光ファイバー５０の入光部５０ａの位置を該レーザ光０２が入光可能な位置に調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミングに合わせて複数の光ファイバーへの照射方向を自在に制御することが可能となり、各光ファイバーのレーザ光入光部にレーザ光の発射タイミングに正確に一致させてレーザ光を入光せしめることを可能とした光ファイバーをそなえたレーザ着火式エンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施例に係るレーザ着火式エンジンのレーザ光伝送システムの構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す図１対応図（一部断面図）である。
【図４】本発明の第４実施例を示し、（Ａ）はミラー回転軸に直角な構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ矢視図である。
【図５】本発明の第５実施例を示す図１対応図である。
【図６】本発明の第６実施例を示す図１対応図である。
【図７】本発明の第７実施例を示す図１対応図である。
【図８】本発明が適用される単室式レーザ着火式エンジンの燃焼室周りの断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    レーザ発振装置
２    レーザ制御装置
０２    レーザ光
３    コントローラ
３ａ    ノッキングセンサ
５    ターゲット
１０    ピストン
１２    シリンダヘッド
１３    燃焼室
１４    吸気弁
１６    排気弁
３０    回転ミラー
３０ａ、３５ａ    反射面
３１、３６    回転軸
３１ａ、３６ａ    回転軸心
３２    ミラー回転装置
３３    ミラー制御装置
４０    スライダー
４２    スライダー用フォーク
４３    スライダー駆動装置
４４    スライダー制御装置
４６    レーザ分配ミラー
４６１〜４６６    円弧状ミラー
４８    分配ミラー回転装置
４９    分配ミラー制御装置
５０    光ファイバー
５０ａ    入光部
５１ａ    ファイバーホルダ
５１    回転数検出器
５２    負荷検出器
５３    クランク角センサ
５３ａ    光ファイバー回動装置
５４、５６    ファイバー移動制御装置
５５    ファイバー移動装置
【図１】
2006132491.tif 000003
【図２】
2006132491.tif 000004
【図３】
2006132491.tif 000005
【図４】
2006132491.tif 000006
【図５】
2006132491.tif 000007
【図６】
2006132491.tif 000008
【図７】
2006132491.tif 000009
【図８】
2006132491.tif 000010