(57)【要約】【課題】  ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置を広範囲に選択可能とするとともに、ターゲット自体も広範囲の部材を使用可能として、良好なレーザ着火性能を得るのに最適なレーザ光とターゲットとの関係を設定可能としたレーザ着火式エンジンを提供する。【解決手段】  レーザ発振装置からのレーザ光を、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、前記エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着したことを特徴とする。【選択図】    図１
2006132492.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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、前記エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着したことを特徴とするレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項２】
前記ターゲットを前記エンジンの排気弁または吸気弁のいずれか一方の前記燃焼室内に臨む部位に設け、前記レーザ光が前記プリズムで屈折されて前記燃焼室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項３】
前記エンジンが副室式ガスエンジンであって、前記ターゲットを前記エンジンの副室ガス供給弁の副室内に臨む部位に設け、前記レーザ光がシリンダヘッドに設けられた前記プリズムで屈折されて前記副室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項４】
レーザ発振装置からのレーザ光を、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、前記プリズムを前記燃焼室の外側に設置するとともに、該プリズムの出光面と前記燃焼室との間に、該プリズムで屈折されたレーザ光が透過可能な材料からなり前記燃焼室内と該プリズムとの間のガスシールを行うレーザ光導入ガラスを設けたことを特徴とするレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項５】
前記プリズムの出光面を円形状に形成し、該プリズムを前記出光面と前記燃焼室内とを流体蜜に保持し取付部材により前記エンジンに装着したことを特徴とする請求項４記載のレーザ光透過プリズム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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、前記エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着するとともに、前記燃焼室内のガス内に火花放電して該ガスを着火燃焼せしめる点火プラグを設け、さらに前記レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミング及び前記点火プラグによる火花点火タイミングを制御するコントローラをそなえたことを特徴とするレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジン。
【請求項７】
前記コントローラは、前記エンジンの始動時には前記点火プラグによる火花点火と前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火とを併用し、一定負荷を超える中、高負荷運転域では前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火燃焼を行うように構成されてなることを特徴とする請求項６記載のレーザ光透過プリズム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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、レーザ光を屈折させて燃焼室内に照射するレーザ光透過プリズム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、副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着火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７−２１７５２１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、レーザ光の光路内に複数のウェッジ基板を設置し、該ウェッジ基板を通したレーザ光を、集光レンズを介してピストン表面上に設けたターゲットに照射している。
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７−２１７５２１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】
かかるレーザ着火式エンジンにおいては、通常は、特許文献１（特開平７−２１７５２１号公報）、あるいは特許文献２（特開平９−４２１３８号公報）に開示されている技術のように、レーザ発振装置から光ファイバー等のレーザ光伝送手段を介して伝送されたレーザ光を、シリンダヘッドの上方から垂直方向に入射して、該シリンダヘッド内に設置された集光レンズを通し、ピストン表面上に設けた固体ターゲットに照射している。
【０００６】
このため、かかる従来技術にあっては、ターゲットとして固体ターゲットを用いる場合には、レーザ光を垂直方向（シリンダ軸心方向）に燃焼室内に入射せしめることから、ターゲットは必然的にピストン上面等に設置せざるを得ない。
従って、かかる従来技術にあっては、ターゲットの設置位置が垂直方向のレーザ光を受け得るピストン上面に制限され、またターゲット自体もピストン上面に設置し得る部材に限定されることとなって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体に選択の余地がなく、良好なレーザ着火性能が得られるレーザ光とターゲットとの最適関係が得られ難い。
等の問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置を広範囲に選択可能とするとともに、ターゲット自体も広範囲の部材を使用可能として、良好なレーザ着火性能を得るのに最適なレーザ光とターゲットとの関係を設定可能とし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】
【０００８】
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、光ファイバー等のレーザ光伝送手段を通して燃焼室内に設けられたターゲットに照射し、該照射により発生したプラズマによって前記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、前記エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着したことを特徴とする。
【０００９】
かかる発明において好ましくは、次の２つの態様をとるのがよい。
（１）前記ターゲットを前記エンジンの排気弁または吸気弁のいずれか一方の前記燃焼室内に臨む部位に設け、前記レーザ光が前記プリズムで屈折されて前記燃焼室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成する。
（２）前記エンジンが副室式ガスエンジンの場合には、前記ターゲットを前記エンジンの副室ガス供給弁の副室内に臨む部位に設け、前記レーザ光がシリンダヘッドに設けられた前記プリズムで屈折されて前記副室内を透過し前記ターゲットに照射されるように構成する。
【００１０】
かかる発明によれば、レーザ発振装置からのレーザ光を、シリンダヘッドに装着されたプリズムによってほぼ直角方向に屈折させてターゲットに照射するので、該プリズムを通して燃焼室内に入射したレーザ光を、該燃焼室内をほぼ水平方向に透過して、排気弁または吸気弁に設けられたターゲットに容易に照射でき、また副室式ガスエンジンの場合にはシリンダヘッドに設けられたプリズムによってほぼ直角方向に屈折させて副室ガス供給弁の副室内に臨む部位に設けたターゲットに容易に照射でき、さらにはプリズムの取付け方向及び屈折角を該プリズムから出光後のレーザ光がピストン上面に向かうように調整することにより、ピストン上面に設けられたターゲットに容易に照射できることとなる。
【００１１】
従ってかかる発明によれば、プリズムの取付け方向及び屈折角を調整することにより、レーザ光をシリンダヘッド上方から垂直方向に投入するというレーザ光の最も簡単な投入手段を用いた状態で以って、ターゲットを燃焼室内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット自体についても、排気弁の側部、吸気弁の側部、ピストンの上面、副室式ガスエンジンの場合には副室ガス供給弁の側部のあらゆる部位をターゲットとして用いることが可能となる。
これにより、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も燃焼室内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。
【００１２】
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、前記プリズムを前記燃焼室の外側に設置するとともに、該プリズムの出光面と前記燃焼室との間に、該プリズムで屈折されたレーザ光が透過するとともに前記燃焼室内と該プリズムとの間のガスシールを行うレーザ光導入ガラスを設けたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記プリズムの出光面を円形状に形成し、該プリズムを前記出光面と前記燃焼室内とを流体蜜に保持し取付部材により前記エンジンに装着する。
【００１３】
かかる発明によれば、プリズムを前記燃焼室の外側に設置して該プリズムの出光面と燃焼室との間に燃焼室内とプリズムとの間のガスシールを行うレーザ光が透過可能な材料からなるレーザ光導入ガラスを設置したので、プリズムが燃焼室内の燃焼ガスに晒されるのを回避でき、該プリズムの耐久性が向上する。
また、プリズムの出光面を円形状に形成して該出光面と燃焼室内とを流体蜜に保持して、取付部材によりエンジンに装着する構造とすれば、プリズムの出光面が円形状面であるので、燃焼室側とのガスシールが簡単な構造でかつ確実にできる。
【００１４】
また本発明は、前記レーザ着火式エンジンにおいて、該エンジンのシリンダヘッドに前記レーザ光を前記ターゲットの方向に屈折させて該ターゲットに照射せしめるプリズムを装着するとともに、前記燃焼室内のガス内に火花放電して該ガスを着火燃焼せしめる点火プラグを設け、さらに前記レーザ発振装置からのレーザ光の発射タイミング及び前記点火プラグによる火花点火タイミングを制御するコントローラをそなえたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記コントローラは、前記エンジンの始動時には前記点火プラグによる火花点火と前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火とを併用し、一定負荷を超える中、高負荷運転域では前記レーザ発振装置からのレーザ光によるプラズマ着火燃焼を行うように構成されてなる。
【００１５】
かかる発明によれば、レーザ光を屈折させるプリズムを通してターゲットに照射するレーザ光による着火手段と、点火プラグの火花点火による着火手段とを併設して、レーザ光による着火手段のレーザ光発射タイミングと、点火プラグによる着火手段の点火タイミングとをコントローラによって制御するので、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグによる着火手段の使用に容易に切り換えることができて、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、大きな着火エネルギーを必要とするエンジンの始動時には、前記レーザ光による着火手段と点火プラグによる着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリンダヘッド、シリンダライナ等の燃焼室周りの構成部材に装着されたプリズムの取付け方向及び屈折角を調整することにより、ターゲットを燃焼室内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット自体についても、排気弁、吸気弁、ピストンの上面、副室式ガスエンジンの場合における副室ガス供給弁等の、あらゆる部位をターゲットとして用いることが可能となり、これによりターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も燃焼室内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲットの設置位置及びターゲット自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。
【００１７】
また本発明によれば、プリズムを用いたレーザ光による着火手段と、点火プラグの火花点火による着火手段とを併設して、コントローラによってレーザ光発射タイミングと点火タイミングとを制御するように構成したので、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグによる着火手段の使用に容易に切り換えることにより、レーザ光による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、エンジンの始動時には、前記レーザ光による着火手段と点火プラグによる着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図６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におけるレーザ光伝送システムの全体構成図である。
図６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主燃焼室、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。
【００２０】
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。３５は前記集光レンズ６側と主燃焼室１３側とを遮蔽するレーザ光導入ガラスで、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。
【００２１】
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の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。
【００２２】
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。
【００２３】
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３５を透過して、前記主燃焼室１３内のターゲット５に照射される。かかるレーザ光０２の照射により主燃焼室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】
【００２４】
本発明は、かかるレーザ着火式ガスエンジンを含むレーザ着火式エンジンにおける、燃焼室へのレーザ光投入部にレーザ光透過プリズムを備えたレーザ着火式エンジンに係るものである。
図１は本発明の第１実施例に係る単室レーザ着火式ガスエンジンに係るレーザ光伝送システムの構成図である。
図１において、１０はエンジンのピストン、１３はシリンダヘッド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主燃焼室である。
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。
【００２５】
２０は前記シリンダヘッド１２に固定され約９０°の屈折面２０ａを有するプリズムで、先端部を前記主燃焼室１３内に突出して設けられている。５は前記シリンダヘッド１２から前記主燃焼室１３内に突設された耐熱金属からなるターゲットである。前記ターゲット５は、前記プリズム２０の屈折面２０ａで屈折されたレーザ光０２がほぼ水平方向に透過して該ターゲット５に照射するような位置であって、該ターゲット５へのレーザ光０２の照射による着火火炎が主燃焼室１３内全体に均一に伝播されるような場所に設置される。
６は前記プリズム２０のレーザ光入口側に設置されたレーザ光の集光レンズで、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に伝送する光ファイバーである。
【００２６】
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の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。
以上に示される回転数検出器５１、負荷検出器５２、クランク角センサ５３、及びコントローラの構成、作用は、図６に示される単室レーザ着火式ガスエンジンと同様である。
【００２７】
かかる第１実施例において、エンジンの運転中には、前記レーザ発振装置１から、エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応するパルス間隔、レーザ光エネルギー、照射タイミングで以って発振されたレーザ光０２は、光ファイバー５０を通って集光レンズ６に入光し、該集光レンズ６で集光されてプリズム２０に入り、該プリズム２０の屈折面２０ａで約９０°に偏向されて主燃焼室１３内に投射される。
そして、該レーザ光０２は、主燃焼室１３内をほぼ水平方向に透過してターゲット５に照射される。かかるレーザ光０２のターゲット５への照射により、主燃焼室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２】
【００２８】
図２（Ａ）は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
この第２実施例においては、前記排気弁１６の下面から主燃焼室１３内に突出したターゲット５を設け、前記プリズム２０の屈折面２０ａで約９０°に偏向されて主燃焼室１３内に投射されたレーザ光０２が、主燃焼室１３内をほぼ水平方向に透過して前記排気弁１６に設けたターゲット５に照射されるように構成されている。
また、前記吸気弁１４（図６参照）に、図２（Ａ）の排気弁１６と同様に、該吸気弁１４の下面から主燃焼室１３内に突出したターゲット５を設けることもできる。
この場合、前記排気弁１６あるいは吸気弁１４を、図示しない公知の排気弁回転装置あるいは吸気弁回転装置によって微小速度で回転させながら、ターゲット５にレーザ光０２を照射すれば、強いレーザ光０２が時々刻々該ターゲット５の異なる箇所を照射することになるので、該ターゲット５の寿命を延長できる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【実施例３】
【００２９】
図２（Ｂ）は本発明の第３実施例を示す燃焼室周りの構成図である。
この第３実施例は本発明を副室式ガスエンジンに適用したものであり、２６は前記主燃焼室１３に副室噴口２５ａを介して連通される副室２５への燃料ガス入口を開閉する副室ガス供給弁で、該副室ガス供給弁２６の下面から副室２５内に突出したターゲット５を設けている。
かかる第３実施例において、前記副室２５に臨んで設けられたプリズム２０の屈折面２０ａで約９０°に偏向されて主燃焼室１３内に投射されたレーザ光０２は、副室２５内をほぼ水平方向に透過して前記副室ガス供給弁２６に設けたターゲット５に照射される。
かかる第３実施例において、前記副室ガス供給弁２６を、図示しない公知の副室ガス供給弁回転装置によって微小速度で回転させながら、ターゲット５にレーザ光０２を照射すれば、強いレーザ光０２が該ターゲット５の異なる箇所を照射することになるので、該ターゲット５の寿命を延長できる。
その他の構成は前記第１実施例と同様（第１実施例に対して図示を省略した分も含む）であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００３０】
以上のような、図１に示される第１実施例、図２（Ａ）に示される第２実施例、及び図２（Ｂ）に示される第３実施例によれば、レーザ発振装置１からのレーザ光０２を、シリンダヘッド１２に装着されたプリズム２０によってほぼ直角方向に屈折させて、第１〜第２実施例の場合には主燃焼室１３内に設置されたターゲット５に照射するので、該プリズム２０を通して主燃焼室１３内に入射したレーザ光０２を、該主燃焼室１３内をほぼ水平方向に透過して、
第１実施例のような主燃焼室１３内に突設されたターゲット５、あるいは第２実施例のような排気弁１６または吸気弁１４の下面に突設されたターゲット５に容易に照射でき、
また前記プリズム２０の取付け方向及び屈折面２０ａの屈折角を該プリズム２０から出光後のレーザ光０２がピストン１０の上面に向かうように調整することにより、ピストン１０の上面に設けられたターゲット５に容易に照射でき、
さらには第３実施例の場合には副室式ガスエンジンのシリンダヘッド１２に設けられたプリズム２０によって前記レーザ光０２をほぼ直角方向に屈折させて副室ガス供給弁２６の副室内に臨む部位に設けたターゲット５に容易に照射できることとなる。
【００３１】
従ってかかる第１〜第３実施例発明によれば、プリズム２０の取付け方向及び屈折角を調整することにより、レーザ光０２をシリンダヘッド１２上方から垂直方向に投入するという該レーザ光０２の最も簡単な投入手段を用いた状態で以って、ターゲット５を主燃焼室１３内あるいは副室２５内のあらゆる場所に設置することが可能となり、ターゲット５自体についても、排気弁１６の側部、吸気弁１４の側部、ピストン１０の上面、副室式ガスエンジンの場合には副室ガス供給弁２６の側部のあらゆる部位をターゲット５として用いることが可能となる。
これにより、ターゲット５として固体ターゲットを用いる際において、該ターゲット５の設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット５自体も主燃焼室１３内あるいは副室２５内の広範囲の部材を使用可能となって、ターゲット５の設置位置及びターゲット５自体について、エンジンの良好なレーザ着火性能を得るのに最適なものを選択できる。
【実施例４】
【００３２】
図３は本発明の第４実施例を示す図１対応図である。
この第４実施例においては、単室式レーザ着火式エンジンにおいて、前記第１ないし第３実施例と同様なプリズム２０に加えて、前記主燃焼室１３内のガス内に火花放電して該ガスを着火燃焼せしめる点火プラグ１８をシリンダヘッド１２に装着するとともに、前記コントローラ３は、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２の発射タイミング及び前記点火プラグ１８による火花点火タイミングを制御するように構成されている。
【００３３】
そして、かかる第４実施例において、前記コントローラ３は、着火条件の悪いエンジンの始動時あるいは低負荷時には、前記点火プラグ１８による火花点火と前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２によるプラズマ着火とを併用し、エンジンの一定負荷を超える中、高負荷運転域では前記点火プラグ１８による火花点火を停止して、前記レーザ発振装置１からのレーザ光０２によるプラズマ着火燃焼を行うように構成されている。
【００３４】
かかる第４実施例によれば、レーザ光０２を屈折させるプリズム２０を通してターゲット５に照射する、レーザ光０２による着火手段と、点火プラグ１８の火花点火による着火手段とを併設して、レーザ光０２による着火手段のレーザ光発射タイミングと点火プラグ１８による着火手段の点火タイミングとをコントローラ３によって制御するので、レーザ光０２による着火手段に故障等の性能不良が生じた際には、点火プラグ１８による着火手段の使用に容易に応急的に切り換えることができて、レーザ光０２による着火手段に故障等の性能不良が発生してもエンジンを支障なく運転できる。
また、大きな着火エネルギーを必要とするエンジンの始動時には、前記レーザ光０２による着火手段と点火プラグ１８による着火手段とを併用することにより、始動時の着火燃焼性を向上できる。
その他の構成、作用効果は前記第１ないし第3実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
【実施例５】
【００３５】
図４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、単室式レーザ着火式エンジンにおいて、前記プリズム２０をシリンダライナ１１の前記主燃焼室１３の外側部位に設置するとともに、該プリズム２０の出光面２０ｃと前記主前記燃焼室との間に、該プリズム２０で屈折されたレーザ光０２が透過する材料からなるレーザ光導入ガラス２０ｂを設け、該レーザ光導入ガラス２０ｂにより前記主燃焼室１３内と該プリズム２０との間のガスシールを行うように構成している。
【００３６】
かかる第５実施例において、前記主燃焼室１３の外側に設置されたプリズム２０で水平方向に偏向されたレーザ光０２は、主燃焼室１３内を透過してターゲット５に照射される。従ってかかる第５実施例によれば、プリズム２０を前記主燃焼室１３の外側に設置して、該プリズム２０の出光面２０ｃと主燃焼室１３との間に、該主燃焼室１３内とプリズム２０との間のガスシールを行うレーザ光導入ガラス２０ｂを設置したので、プリズム２０が主燃焼室１３内の燃焼ガスに晒されるのを回避でき、該プリズム２０の耐久性が向上する。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
【実施例６】
【００３７】
図５は本発明の第６実施例を示す図１対応図である。
図５において、前記プリズム２０は、取付部材２１及び押えねじ２１ａにより前記シリンダライナ１１に固定されている。そして、プリズム２０は、レーザ光０２が上方から該プリズム２０に入光するとともに、該プリズム２０の出光面２０ｃからのレーザ光０２が主燃焼室１３内をほぼ水平方向に透過してターゲット５に照射されるような態様で、前記押えねじ２１ａを前記シリンダライナ１１にねじ込むことにより、前記第５実施例と同様なレーザ光導入ガラス２０ｂを介して、該シリンダライナ１１に固定されている。
また、前記プリズム２０の出光面２０ｃは円形状に形成されており、該出光面２０ｃをレーザ光導入ガラス２０ｂに圧接させ、円形状の出光面２０ｃにより主燃焼室１３内とのガスシールを行うので、主燃焼室１３側とのガスシールが簡単な構造でかつ確実にできる。
その他の構成は前記第５実施例と同様であり、これらと同一の部材、要素は同一の符号で示す。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、ターゲットとして固体ターゲットを用いる際において、ターゲットの設置位置が広範囲に選択可能となるとともに、ターゲット自体も広範囲の部材を使用可能となり、良好なレーザ着火性能を得るのに最適なレーザ光とターゲットとの関係を設定できるレーザ着火式エンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例に係る単室レーザ着火式ガスエンジンに係るレーザ光伝送システムの構成図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施例を示す図１対応図、（Ｂ）は本発明の第３実施例を示す燃焼室周りの構成図である。
【図３】本発明の第４実施例を示す図１対応図である。
【図４】本発明の第５実施例を示す図１対応図である。
【図５】本発明の第６実施例を示す図４対応図である。
【図６】本発明が適用される単室式レーザ着火式ガスエンジンにおけるレーザ光伝送システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
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
５    ターゲット
６    集光レンズ
１０    ピストン
１１    シリンダライナ
１２    シリンダヘッド
１３    主燃焼室
１４    吸気弁
１６    排気弁
２０    プリズム
２０ａ    屈折面
２０ｂ    レーザ光導入ガラス
２０ｃ    出光面
２５    副室
２６    副室ガス弁
５０    光ファイバー
５１    回転数検出器
５２    負荷検出器
５３    クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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