(57)【要約】【課題】  エンジンのトータルとしての熱効率の向上を図ることができるレーザ点火装置を提供する。【解決手段】  まず、スロットルセンサにおいて、エンジン負荷を算出する（Ｓ２００）。具体的には、スロットルセンサの信号をエンジンＥＣＵに出力し、このスロットルセンサの開閉レベルをエンジン負荷とする。そして、エンジンＥＣＵは、スロットルセンサで検出したスロットルセンサの開閉レベルが高いか、すなわちエンジン負荷が高負荷であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。エンジンが高負荷でない場合には、点火数を変更しないことで、点火に必要なエネルギーを押さえて燃費を向上させる。一方、エンジン負荷が高い場合には、第１および第２レーザを照射することで燃焼室における点火数を増やし、火炎伝播速度を向上させる（Ｓ２２０）。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで前記燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、
前記レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、
前記レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、前記入射されたレーザ光を前記燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、
前記エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、
前記検出手段にて検出された前記エンジン条件に基づき、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動することで前記燃焼室における点火数を変更する制御手段（４０）と、を有することを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記エンジン条件としてエンジン負荷を検出するようになっており、
前記制御手段は、前記エンジン負荷が高い場合には、前記エンジン負荷が低い場合よりも点火数を増やすように、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ点火装置。
【請求項３】
前記レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、
前記レーザ光照射ユニットにおいては、前記第１レーザまたは前記第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、
前記制御手段は、前記エンジン負荷が高い場合には、前記第１レーザおよび前記第２レーザからそれぞれレーザ光を照射し、前記エンジン負荷が低い場合には、前記第１レーザおよび前記第２レーザのうちいずれか一方からレーザ光を照射するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ点火装置。
【請求項４】
レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで前記燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、
前記レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、
前記レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、前記入射されたレーザ光を前記燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、
前記エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、
前記検出手段にて検出された前記エンジン条件に基づき、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動する制御手段（４０）と、を有し、
前記検出手段は、前記エンジン条件に基づき前記燃焼室内における着火性を検出するようになっており、
前記制御手段は、前記着火性が高い場合には、前記着火性が低い場合よりも点火エネルギーを低く、もしくは点火数を減らす、もしくはその両方の制御を実施するように、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項５】
前記レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、
前記レーザ光照射ユニットにおいては、前記第１レーザまたは前記第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、
前記検出手段は、前記エンジンの失火を検出する失火検出手段を備え、この失火検出手段は、前記エンジンのエンジン回転数、前記エンジンの排気管（１６２）内の排気温度、前記エンジンの吸気管（１５２）内の圧力のうち少なくともいずれか１つを検出し、検出した前記エンジン回転数、前記排気管内の排気温度、前記吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ出力するようになっており、
前記制御手段は、前記エンジン回転数、前記排気管内の排気温度、前記吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき、前記エンジン回転数、前記排気管内の排気温度、前記吸気管内の圧力のうち少なくともいずれか１つの値を求め、求めた値と前記失火を判定するためのしきい値とを比較し、求めた値が前記しきい値を超える場合には、前記エンジンに失火が起こっていると判定し、前記第１レーザおよび前記第２レーザを照射することで、前記エンジンに失火が起こっていると判定した時よりも前記燃焼室における点火数を増やすようになっていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ点火装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記エンジンに失火が起こっていると判定すると、前記第１レーザおよび前記第２レーザのいずれか一方、または両方のレーザ光強度を上げて照射するように、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ点火装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段と、前記エンジンの前記吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、を備え、これら水温検出手段および吸気管圧力検出手段にてそれぞれ検出した前記水温および前記吸気管内の圧力に応じた信号を出力するようになっており、
前記制御手段は、前記水温および前記吸気管内の圧力に応じて点火に必要な点火エネルギーを導く三次元マップを有しており、前記水温および前記吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき前記水温および前記吸気管内の圧力の値を求め、求めた水温および吸気管内の圧力のそれぞれの値を前記三次元マップに代入して点火エネルギーを導き、前記燃焼室内における点火点の点火エネルギーが求めた点火エネルギーとなるように、前記第１レーザおよび前記第２レーザを照射するようになっていることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ点火装置。
【請求項８】
レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで前記燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、
前記レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、
前記レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、前記入射されたレーザ光を前記燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、
前記エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、
前記検出手段にて検出された前記エンジン条件に基づき、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動する制御手段（４０）と、を有し、
前記制御手段は、前記エンジンの始動時には、前記エンジンを通常運転させる場合よりも点火エネルギーを高く、もしくは点火数を増やす、もしくはその両方の制御を実施するように、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項９】
前記レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、
前記レーザ光照射ユニットにおいては、前記第１レーザまたは前記第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、
前記検出手段は、前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、イグニッションスイッチのオン状態検出するイグニッションオン検出手段と、前記イグニッションスイッチのスタート状態を検出するイグニッションスタート検出手段と、を備え、
前記エンジン回転数検出手段は、前記エンジンのエンジン回転数に応じた信号を出力し、前記イグニッションオン検出手段は、前記イグニッションスイッチのオン状態に応じた信号を出力し、前記イグニッションスタート検出手段は前記イグニッションスイッチのスタート状態に応じた信号を出力するようになっており、
前記制御手段は、前記イグニッションオン検出手段から前記オン状態に応じた信号を入力すると共に前記第１レーザおよび前記第２レーザをスタンバイし、前記イグニッションスタート検出手段から前記スタート状態に応じた信号を入力すると前記第１レーザおよび前記第２レーザからそれぞれレーザ光を照射して前記エンジンを始動させ、この後、前記エンジン回転数検出手段にて検出された前記エンジン回転数に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づきエンジン回転数を求め、求めたエンジン回転数が所定エンジン回転数を超えた場合には前記エンジンの始動が完了したと判定し、前記第１レーザおよび前記第２レーザのうちいずれか一方を照射停止するようになっていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ点火装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記エンジンの始動が完了しないと判定すると、前記エンジンの始動が終了したと推定される所定時間が経過したか否かを判定し、前記所定時間が経過したと判定すると、前記第１レーザおよび前記第２レーザの両方またはいずれか一方のレーザ光強度を上げて照射するようになっていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ点火装置。
【請求項１１】
前記レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、
前記レーザ光照射ユニットにおいては、前記第１レーザまたは前記第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、
前記検出手段は、前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、イグニッションスイッチのオン状態検出するイグニッションオン検出手段と、前記イグニッションスイッチのスタート状態を検出するイグニッションスタート検出手段と、を備え、
前記エンジン回転数検出手段は、前記エンジンのエンジン回転数に応じた信号を出力し、前記イグニッションオン検出手段は、前記イグニッションスイッチのオン状態に応じた信号を出力し、前記イグニッションスタート検出手段は前記イグニッションスイッチのスタート状態に応じた信号を出力するようになっており、
前記レーザ光照射ユニットは、前記第１レーザから照射されるレーザ光を複数のレンズにて前記燃焼室に導く第１複眼レンズ（１８）を有すると共に、
前記第１レーザから照射されるレーザ光の光路を変更する光路変更ミラー（６１〜６３）と、前記光路変更ミラーを介して導かれる前記レーザ光を前記燃焼室に一つの焦点として導く単眼レンズ（６７）と、を有し、
前記制御手段は、前記イグニッションオン検出手段から前記オン状態に応じた信号を入力すると前記第１レーザをスタンバイし、前記レーザ光照射ユニットを駆動して前記第１レーザのレーザ光の光路上に前記光路変更ミラーを配置して前記第１レーザから照射されるレーザ光を前記単眼レンズに導くようにした後、前記エンジン始動検出手段から前記スタート信号を入力すると前記第１レーザからレーザ光を照射し、前記光路変更ミラーを介して前記単眼レンズから前記レーザ光を集光することで点火すると共に前記エンジンを始動させ、この後、前記エンジン回転数検出手段にて検出された前記エンジン回転数に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づきエンジン回転数を求め、求めたエンジン回転数が所定エンジン回転数を超えた場合には前記エンジンの始動が完了したと判定し、前記レーザ光照射ユニットを駆動して前記光路変更ミラーを前記第１レーザのレーザ光の光路から外し、前記第１レーザから照射されるレーザ光を前記第１複眼レンズに導くようになっていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ点火装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記エンジンの始動が完了しないと判定すると、前記エンジンの始動が終了したと推定される所定時間が経過したか否かを判定し、前記所定時間が経過したと判定すると、前記レーザ光照射ユニットを駆動して前記光路変更ミラーを前記第１レーザのレーザ光の光路上に配置し前記レーザ光を前記単眼レンズに導くか、または、前記第１レーザおよび前記第２レーザの両方またはいずれか一方のレーザ光強度を上げて照射するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ点火装置。
【請求項１３】
レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで前記燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、
前記レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、
前記レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、前記入射されたレーザ光を前記燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、
前記エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、
前記検出手段にて検出された前記エンジン条件に基づき、前記レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動することで前記燃焼室における点火数を変更する制御手段（４０）と、を有し、
前記検出手段は、前記エンジンのノッキングを検出するようになっており、
前記制御手段は、前記エンジンのノッキングが検出された場合、前記ノッキングが検出される前よりも点火数を増やすように、レーザ光照射手段および前記レーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項１４】
前記レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、
前記レーザ光照射ユニットにおいては、前記第１レーザまたは前記第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、
前記検出手段は、前記エンジンのノッキングを検出するノッキング検出手段を備えており、このノッキング検出手段は、前記エンジンの振動を検出し、この振動に応じた信号を出力するようになっており、
前記制御手段は、前記エンジンのノッキングを示すノッキング周波数帯を有しており、前記振動に応じた信号を入力すると共に、この振動に応じた信号に基づき前記エンジンの振動の周波数を求め、求めた周波数が前記ノッキング周波数帯に含まれる場合には、前記エンジンにノッキングが起こっていると判定し、前記第１レーザおよび前記第２レーザを照射することで、前記エンジンにノッキングが起こっていると判定した時よりも前記燃焼室における点火数を増やすようになっていることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンにおいてエンジンの燃焼室に導入される可燃混合気の点火をレーザによって行うレーザ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両のエンジンの点火装置として、レーザを用いたレーザ点火装置が考えられている。このようなレーザ点火装置においては、レーザから照射されたレーザ光をレンズにてエンジンの燃焼室内に集光し、点火および燃焼させる。このとき、燃焼室内におけるレーザ光の焦点の数、すなわち着火源の数が多いほど、着火性が向上すると共に着火後の火炎伝播速度が向上する。これにより、エンジンの効率を高めることができると考えられる。
【０００３】
そこで、複数のレーザ光を燃焼室内に照射し、複数の着火点にて点火する点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この点火装置においては、エンジンの気筒ごとに複数のレーザを設置し、それぞれのレーザからレーザ光を燃焼室内に照射して集光することにより、点火数を増やしている。
【特許文献１】特開昭５５−８１２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、エンジンの気筒ごとに複数のレーザを設置することで点火数を増やしているが、エンジン条件に応じた点火数や点火エネルギーは制御されていない。ここで、エンジン条件とは、エンジンの回転数やスロットル開閉レベル等のエンジン状態を示すパラメータを指す。
【０００５】
このため、例えばエンジンに対する負荷が比較的低い状態、すなわち吸入空気量が少ない場合や吸気管圧力が低い場合において、燃焼室内における点火数を増加させると、火炎伝播速度向上により熱効率は向上するが、点火に必要な点火エネルギーも増大してしまう。したがって、無駄な点火エネルギーを消費することとなり、エンジンのトータルの熱効率が低下する可能性がある。
【０００６】
逆に、エンジンに対する負荷が高い状態、すなわち吸入空気量が多い状態や吸気管圧力が高い状態において点火数が少ない場合や１点当たりの点火エネルギーが低い場合には、点火しない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、車両のエンジンの燃焼室内にレーザ光を導くと共に集光することで点火を行うにあたり、エンジン条件に応じてエンジンを点火させることができ、エンジンのトータルの熱効率向上を図ることができるレーザ点火装置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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、入射されたレーザ光を燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、検出手段にて検出されたエンジン条件に基づき、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動することで燃焼室における点火数を変更する制御手段（４０）と、を有することを特徴としている。
【０００９】
このように、エンジン条件を検出し、このエンジン条件に基づき点火数を変更する。これにより、エンジン条件に合った点火数を変更することができる。具体的には、エンジンが駆動しやすい状態にある時には、点火数を減らすことで無駄なエネルギーを削減することができる。逆に、エンジンが駆動しにくい状態にある時には、点火数を増やすことでエンジンを駆動させやすくし、スムーズなエンジン駆動を実現することができる。このように、エンジン条件に応じた点火数制御を行うことで、エンジンのトータルの熱効率、ひいてはエンジンの燃費を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、検出手段は、エンジン条件としてエンジン負荷を検出するようになっており、制御手段は、エンジン負荷が高い場合には、エンジン負荷が低い場合よりも点火数を増やすように、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
このように、エンジン負荷に応じて点火数を増減させる。すなわち、エンジン高負荷時にはエンジン低負荷時よりも点火数を増加させることで、火炎伝播速度を向上させることができ、ひいてはノッキングを回避することができる。また、エンジン低負荷時には、点火数を減らすことで、火炎伝播速度を確保しつつ、最低限の点火エネルギーにて点火することができる。したがって、エンジン負荷に応じて点火数を増減させることで、トータルの熱効率を控除させることができ、ひいては燃費を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、レーザ光照射ユニットにおいては、第１レーザまたは第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、制御手段は、エンジン負荷が高い場合には、第１レーザおよび第２レーザからそれぞれレーザ光を照射し、エンジン負荷が低い場合には、第１レーザおよび第２レーザのうちいずれか一方からレーザ光を照射するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
このように、検出手段にて検出されるエンジンのエンジン負荷（例えば、エンジンにおけるスロットルバルブの開閉レベル、吸入空気量、吸気管内の圧力）に基づき、第１レーザおよび第２レーザの照射を制御する。このとき、エンジンが高負荷の場合には、第１および第２レーザを照射して燃焼室における点火数を増やす。これにより、燃焼室内における火炎伝播速度を向上させることができる。一方、エンジンが低負荷の場合には、第１レーザ、第２レーザのうちいずれか一方を照射することで点火数を減らす。これにより、少ない点火数にて点火を行うので燃費を向上させることができる。
【００１４】
以上のように、エンジンのエンジン負荷を検出し、このエンジン負荷のレベルに応じて点火数を増減させることにより、エンジンのトータルの熱効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、入射されたレーザ光を燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、検出手段にて検出されたエンジン条件に基づき、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動する制御手段（４０）と、を有し、検出手段は、エンジン条件に基づき燃焼室内における着火性を検出するようになっており、制御手段は、着火性が高い場合には、着火性が低い場合よりも点火エネルギーを低く、もしくは点火数を減らす、もしくはその両方の制御を実施するように、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴としている。
【００１６】
このように、エンジンの燃焼室内における着火性に応じて、点火エネルギー、点火数を制御する。これにより、着火性が高い時には点火エネルギーを低くすることや点火数を減らすことで、最小限のエネルギーで点火することができる。一方、着火性が低い時には点火エネルギーを高くすることや点火数を増やすことで着火性を向上させることができ、スムーズな点火を行うことができる。このような着火性に応じた点火エネルギー制御を行うことで、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、レーザ光照射ユニットにおいては、第１レーザまたは第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、検出手段は、エンジンの失火を検出する失火検出手段を備え、この失火検出手段は、エンジンのエンジン回転数、エンジンの排気管（１６２）内の排気温度、エンジンの吸気管（１５２）内の圧力のうち少なくともいずれか１つを検出し、検出したエンジン回転数、排気管内の排気温度、吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ出力するようになっており、制御手段は、エンジン回転数、排気管内の排気温度、吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき、エンジン回転数、排気管内の排気温度、吸気管内の圧力のうち少なくともいずれか１つの値を求め、求めた値と失火を判定するためのしきい値とを比較し、求めた値がしきい値を超える場合には、エンジンに失火が起こっていると判定し、第１レーザおよび第２レーザを照射することで、エンジンに失火が起こっていると判定した時よりも燃焼室における点火数を増やすようになっていることを特徴としている。
【００１８】
このように、エンジンの失火が起こる際に生じる物理量の変化、すなわち、エンジン回転数、排気管内の排気温度、吸気管内の圧力のうち少なくともいずれか１つに基づき、エンジンの失火を判定し、失火が起こったときには失火が検出されたときよりも点火数を増加させる。これにより、燃焼室内における着火点数を増やし、着火しやすくさせる。したがって、エンジンの失火を回避することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段は、エンジンに失火が起こっていると判定すると、第１レーザおよび第２レーザのいずれか一方、または両方のレーザ光強度を上げて照射するように、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴としている。
【００２０】
このように、エンジンに失火が起こった場合、第１レーザおよび第２レーザのいずれか一方、または両方のレーザ強度を上げる。これにより、点火点における点火エネルギーを増大させることができ、着火性を向上させることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、検出手段は、エンジンの冷却水の水温を検出する水温検出手段と、エンジンの吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、を備え、これら水温検出手段および吸気管圧力検出手段にてそれぞれ検出した水温および吸気管内の圧力に応じた信号を出力するようになっており、制御手段は、水温および吸気管内の圧力に応じて点火に必要な点火エネルギーを導く三次元マップを有しており、水温および吸気管内の圧力に応じた信号をそれぞれ入力すると共に、これらの信号に基づき水温および吸気管内の圧力の値を求め、求めた水温および吸気管内の圧力のそれぞれの値を三次元マップに代入して点火エネルギーを導き、燃焼室内における点火点の点火エネルギーが求めた点火エネルギーとなるように、第１レーザおよび第２レーザを照射するようになっていることを特徴としている。
【００２２】
このように、エンジンの状態、すなわちエンジンの冷却水の水温および吸気管内の圧力の値を三次元マップに代入して点火に必要な点火エネルギーを求める。この三次元マップは、エンジンの冷却水の水温および吸気管内の圧力が高いほど点火エネルギーが低く、エンジンの冷却水の水温および吸気管内の圧力が低いほど点火エネルギーが高くなるように設定されている。したがって、水温および吸気管内の圧力が高いほど、燃焼室内における着火性が向上するため、点火に必要な点火エネルギーを低減することができる。同様に、水温および吸気管内の圧力が低いほど、燃焼室内における着火性が悪くなるため、点火に必要な点火エネルギーを上げて着火性を向上させることができる。
【００２３】
このようにして、エンジンの状態に応じた点火エネルギー制御を行うことにより、エンジンの燃費を向上させることができる。なお、エンジンの冷却水の水温に替えて、吸気管内の吸気温度としても良い。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、入射されたレーザ光を燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、検出手段にて検出されたエンジン条件に基づき、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動する制御手段（４０）と、を有し、制御手段は、エンジンの始動時には、エンジンを通常運転させる場合よりも点火エネルギーを高く、もしくは点火数を増やす、もしくはその両方の制御を実施するように、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴としている。
【００２５】
このように、エンジン始動時には、点火エネルギーを高くする。これにより、エンジン始動時の着火性を向上させることができ、スムーズなエンジン始動を実現することができる。したがって、エンジン始動時にエネルギーを無駄にすることなくエンジンを始動させることができ、燃費を向上させることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、レーザ光照射ユニットにおいては、第１レーザまたは第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、検出手段は、エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、イグニッションスイッチのオン状態検出するイグニッションオン検出手段と、イグニッションスイッチのスタート状態を検出するイグニッションスタート検出手段と、を備え、エンジン回転数検出手段は、エンジンのエンジン回転数に応じた信号を出力し、イグニッションオン検出手段は、イグニッションスイッチのオン状態に応じた信号を出力し、イグニッションスタート検出手段はイグニッションスイッチのスタート状態に応じた信号を出力するようになっており、制御手段は、イグニッションオン検出手段からオン状態に応じた信号を入力すると共に第１レーザおよび第２レーザをスタンバイし、イグニッションスタート検出手段からスタート状態に応じた信号を入力すると第１レーザおよび第２レーザからそれぞれレーザ光を照射してエンジンを始動させ、この後、エンジン回転数検出手段にて検出されたエンジン回転数に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づきエンジン回転数を求め、求めたエンジン回転数が所定エンジン回転数を超えた場合にはエンジンの始動が完了したと判定し、第１レーザおよび第２レーザのうちいずれか一方を照射停止するようになっていることを特徴としている。
【００２７】
このように、エンジンの始動時において、第１レーザおよび第２レーザをスタンバイしておき、エンジン始動後に第１レーザまたは第２レーザを照射停止する。これにより、エンジン始動の際には、第１および第２レーザを照射することで点火数、すなわち着火点数を増やして着火させやすくすることができる。したがって、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００２８】
また、上述のように、エンジン始動後においては、第１および第２レーザのうち一方を照射停止する。これにより、エンジン始動時よりも点火数を減らしているので、燃費を向上させることができる。なお、エンジン始動後、所定時間が経過したか否かを判定することにより、エンジンが始動完了したか否かを判定するようにしても良い。
【００２９】
請求項１０に記載の発明では、制御手段は、エンジンの始動が完了しないと判定すると、エンジンの始動が終了したと推定される所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過したと判定すると、第１レーザおよび第２レーザの両方またはいずれか一方のレーザ光強度を上げて照射するようになっていることを特徴としている。
【００３０】
このように、エンジン始動後において、エンジンの始動が完了したと推定される所定時間が経過してもエンジンの始動が完了しないと判定されると、燃焼室における点火数の数が増加されて点火される。これにより、着火性を向上させることができ、エンジンを始動させやすくすることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明では、レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、レーザ光照射ユニットにおいては、第１レーザまたは第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、検出手段は、エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、イグニッションスイッチのオン状態検出するイグニッションオン検出手段と、イグニッションスイッチのスタート状態を検出するイグニッションスタート検出手段と、を備え、エンジン回転数検出手段は、エンジンのエンジン回転数に応じた信号を出力し、イグニッションオン検出手段は、イグニッションスイッチのオン状態に応じた信号を出力し、イグニッションスタート検出手段はイグニッションスイッチのスタート状態に応じた信号を出力するようになっており、レーザ光照射ユニットは、第１レーザから照射されるレーザ光を複数のレンズにて燃焼室に導く第１複眼レンズ（１８）を有すると共に、第１レーザから照射されるレーザ光の光路を変更する光路変更ミラー（６１〜６３）と、光路変更ミラーを介して導かれるレーザ光を燃焼室に一つの焦点として導く単眼レンズ（６７）と、を有し、制御手段は、イグニッションオン検出手段からオン状態に応じた信号を入力すると第１レーザをスタンバイし、レーザ光照射ユニットを駆動して第１レーザのレーザ光の光路上に光路変更ミラーを配置して第１レーザから照射されるレーザ光を単眼レンズに導くようにした後、エンジン始動検出手段からスタート信号を入力すると第１レーザからレーザ光を照射し、光路変更ミラーを介して単眼レンズからレーザ光を集光することで点火すると共にエンジンを始動させ、この後、エンジン回転数検出手段にて検出されたエンジン回転数に応じた信号を入力すると共に、この信号に基づきエンジン回転数を求め、求めたエンジン回転数が所定エンジン回転数を超えた場合にはエンジンの始動が完了したと判定し、レーザ光照射ユニットを駆動して光路変更ミラーを第１レーザのレーザ光の光路から外し、第１レーザから照射されるレーザ光を第１複眼レンズに導くようになっていることを特徴としている。
【００３２】
このように、第１レーザから照射されるレーザ光が第１複眼レンズにて複数の焦点として燃焼室に導かれる場合であって、エンジンを始動させる際には、レーザ光を光路変更ミラーにて単眼レンズに導く。そして、エンジンの負荷の大きさに関係なく、レーザ光の焦点を１つ、すなわち着火点を１つとすることで、着火点における点火エネルギーを増大させる。これにより、エンジン始動の際に、着火性を向上させることができ、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００３３】
なお、第２レーザから照射されるレーザ光を燃焼室に導くレンズを複眼レンズとし、エンジン始動時には第２レーザのレーザ光を光路変更ミラーにて単眼レンズに導くようにしても良い。
【００３４】
エンジン始動後においては、第１レーザ２１から照射されるレーザ光を第１複眼レンズに導くことで点火数を増加させ、点火に必要なエネルギーを押さえつつ、火炎伝搬速度を向上させ、ひいてはエンジンのトータルの熱効率を向上させることができる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明では、制御手段は、エンジンの始動が完了しないと判定すると、エンジンの始動が終了したと推定される所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過したと判定すると、レーザ光照射ユニットを駆動して光路変更ミラーを第１レーザのレーザ光の光路上に配置しレーザ光を単眼レンズに導くか、または、第１レーザおよび第２レーザの両方またはいずれか一方のレーザ光強度を上げて照射するようになっていることを特徴としている。
【００３６】
このように、エンジン始動後において、エンジンの始動が完了したと推定される所定時間が経過してもエンジンの始動が完了しないと判定されると、燃焼室における点火数の数が増加されて点火されるか、１点火点で点火される。これにより、着火性を向上させることができ、エンジンを始動させやすくすることができる。
【００３７】
請求項１３に記載の発明では、レーザ光をエンジン（１００）の燃焼室（１２０）に導くと共に集光することで燃焼室に導入される可燃混合気に点火するレーザ点火装置であって、レーザ光を発するレーザ光照射手段（２１、３１、２２、３２、２３）と、レーザ光照射手段にて照射されるレーザ光が入射されると共に、入射されたレーザ光を燃焼室に一点ないし多点にて集光するレーザ光照射ユニット（１０）と、エンジンのエンジン条件を検出する検出手段（５０）と、検出手段にて検出されたエンジン条件に基づき、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動することで燃焼室における点火数を変更する制御手段（４０）と、を有し、検出手段は、エンジンのノッキングを検出するようになっており、制御手段は、エンジンのノッキングが検出された場合、ノッキングが検出される前よりも点火数を増やすように、レーザ光照射手段およびレーザ光照射ユニットを駆動するようになっていることを特徴としている。
【００３８】
このように、エンジンのノッキングに応じて点火数を変更する。これにより、エンジンのノッキングが生じた際には点火数を増やすことでノッキングを回避することができる。このような制御により、エンジンの燃費向上を図ることができる。
【００３９】
請求項１４に記載の発明では、レーザ光照射手段として第１レーザ（２１、３１）および第２レーザ（２２、３２）を有し、レーザ光照射ユニットにおいては、第１レーザまたは第２レーザから照射されるレーザ光がそれぞれ入射されるようになっており、検出手段は、エンジンのノッキングを検出するノッキング検出手段を備えており、このノッキング検出手段は、エンジンの振動を検出し、この振動に応じた信号を出力するようになっており、制御手段は、エンジンのノッキングを示すノッキング周波数帯を有しており、振動に応じた信号を入力すると共に、この振動に応じた信号に基づきエンジンの振動の周波数を求め、求めた周波数がノッキング周波数帯に含まれる場合には、エンジンにノッキングが起こっていると判定し、第１レーザおよび第２レーザを照射することで、エンジンにノッキングが起こっていると判定した時よりも燃焼室における点火数を増やすようになっていることを特徴としている。
【００４０】
このように、エンジンのノッキングを検出し、エンジンがノッキングを起こしていると判定したときには、ノッキングが検出されたときよりも点火数を増加させる。これにより、火炎伝播速度を向上させることができる。このため、ノッキングが起こる際に生じる燃焼室内における異常な圧力上昇を回避でき、ひいてはノッキングを回避することができる。
【００４１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。限定するものではないが、本実施形態に係るレーザ点火装置は、例えばポート噴射エンジンや筒内直接エンジンに適用される。
【００４３】
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ点火装置の概略ブロック図である。図１に示されるように、レーザ点火装置は、レーザ照射ユニット１０と、第１レーザ２１と、第２レーザ２２と、第１ドライバ３１と、第２ドライバ３２と、エンジンＥＣＵ４０と、センサ部５０と、を備えて構成されている。
【００４４】
レーザ照射ユニット１０は、エンジン１００のシリンダヘッド１１０に設置され、後述する第１および第２レーザ２１、２２から照射されるレーザ光をエンジン１００の燃焼室１２０に導くものである。このようなレーザ照射ユニット１０は、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、ケース１３と、第１両凹レンズ１４と、第２両凹レンズ１５と、第１平凸レンズ１６と、第２平凸レンズ１７と、第１複眼レンズ１８と、第２複眼レンズ１９と、を備えて構成されている。
【００４５】
第１および第２ミラー１１、１２は、第１および第２レーザ２１、２２から照射されるレーザ光をケース１３内に導くものである。このケース１３は筒形状であり、ケース１３の一端側に第１および第２両凹レンズ１４、１５が備えられ、ケース１３の内部に第１および第２平凸レンズ１６、１７が収納され、ケース１３の他端側に第１および第２複眼レンズ１８、１９が備えられている。
【００４６】
第１および第２両凹レンズ１４、１５は、入射する光を発散させて射出するレンズである。第１および第２平凸レンズ１６、１７は、入射する光を集光して平行波として射出するレンズである。第１および第２複眼レンズ１８、１９は、焦点位置の異なる複数のレンズをそれぞれ備えており、入射する光をそれぞれ異なる焦点位置に導くものである。この焦点が、燃焼室１２０内における点火点（着火点）となる。
【００４７】
上記のように第１および第２複眼レンズ１８、１９にて第１および第２レーザ２１、２２から照射されるレーザ光が分割され集光される様子を図２に示す。図２は、エンジン１００のシリンダ１３０内にて往復運動するピストン１４０側からシリンダヘッド１１０側を見た図である。なお、図２では、吸気用バルブ１５１および排気用バルブ１６１を省略してある。
【００４８】
図２に示されるように、第１および第２複眼レンズ１８、１９には、それぞれ４つのレンズが形成されており、それぞれのレンズの焦点位置が燃焼室１２０の任意の位置に配置されるようになっている。具体的には、それらの焦点は、所定の径を有する円ＣＩの周上に位置する。したがって、例えば第１レーザ２１からのレーザ光のみが燃焼室１２０に導かれるようになっている場合にも、第１複眼レンズ１８の４つの焦点が上記円ＣＩの周上に配置されることとなり、点火点が偏らないようになっている。第２レーザ２２の場合も同様である。以上が、レーザ照射ユニット１０の構成である。
【００４９】
このような構成を有するレーザ照射ユニット１０においては、図１に示されるように、ケース１３の他端側がエンジン１００のシリンダヘッド１１０に一体とされている。
【００５０】
そして、第１レーザ２１から照射されたレーザ光は、第１ミラー１１にて反射してケース１３の一端側に導かれ、第１両凹レンズ１４に入射した後、発散されると共に第１平凸レンズ１６にて再び平行波とされ、第１複眼レンズ１８に入射されると共に燃焼室１２０のそれぞれ異なる４箇所に分割されて集光される。
【００５１】
同様に、第２レーザ２２から照射されたレーザ光は、第２ミラー１２にて反射してケース１３の一端側に導かれ、第２両凹レンズ１５に入射した後、発散されると共に第２平凸レンズ１７にて再び平行波とされ、第２複眼レンズ１９に入射されると共に燃焼室１２０のそれぞれ異なる４箇所、詳しくは第１複眼レンズ１８の焦点位置以外の位置に分割されて集光される。このようにして、レーザ光が燃焼室１２０に照射される。
【００５２】
第１および第２レーザ２１、２２は、レーザ光を発する周知のレーザ光源である。これら第１および第２レーザ２１、２２から照射されたレーザ光は、それぞれ上記レーザ照射ユニット１０の第１および第２ミラー１１、１２に導かれる。
【００５３】
第１および第２ドライバ３１、３２は、第１および第２レーザ２１、２２を照射できるようにスタンバイさせ、それぞれのレーザ２１、２２からレーザ光を照射させるものである。具体的には、第１および第２ドライバ３１、３２は、エンジンＥＣＵ４０から入力されるレーザ光照射信号を受けると、そのレーザ光照射信号に基づくレーザ光照射タイミング（すなわち点火タイミング）にてレーザ光が照射されるように各レーザ２１、２２からレーザ光を照射させる。
【００５４】
なお、第１レーザ２１および第１ドライバ３１を組み合わせて第１レーザ２１としても良い。言い換えると、第１レーザ２１に第１ドライバ３１を内蔵しても良い。同様に、第２レーザ２２および第２ドライバ３２を組み合わせて第２レーザ２２としても良い。また、第１レーザ２１、第１ドライバ３１、第２レーザ２２、第２ドライバ３２は、本発明のレーザ光照射手段に相当する。
【００５５】
エンジンＥＣＵ４０は、エンジン１００の状態によって燃焼室１２０における点火数や点火エネルギーを制御するものであり、ＣＰＵやメモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータである。このようなエンジンＥＣＵ４０は、車両の始動時における点火数の制御、エンジン負荷に応じた点火数の制御、燃焼室１２０の失火に応じた点火数の制御、ノッキングに対する点火数の制御、エンジン状態に応じた点火エネルギーの制御を行う。これら制御については、後で詳しく説明する。なお、エンジンＥＣＵ４０は本発明の制御手段に相当する。
【００５６】
センサ部５０は、エンジン状態を検出するセンサ群である。このようなセンサ部５０は、イグニッションセンサと、吸気管圧力センサと、エンジン回転数センサと、スロットルセンサと、吸入吸気量センサと、ノックセンサと、水温センサと、油温センサと、吸気管温度センサと、排気管温度センサと、を備えて構成されている。なお、これらセンサ群は、それぞれが所望の位置に設置され、それぞれのセンサにて検出された信号がそれぞれエンジンＥＣＵ４０に出力される。なお、センサ部５０は本発明の検出手段に相当する。
【００５７】
イグニッションセンサは、車両のイグニッションスイッチのオンまたはオフを監視するセンサである。キーがキーシリンダに差し込まれ、キーが回されることによってイグニッションスイッチがオンにされると、オン信号がエンジンＥＣＵ４０に出力される。同様に、イグニッションスイッチがスタートにされると、スタート信号がエンジンＥＣＵ４０に出力される。
【００５８】
このように、イグニッションセンサは、イグニッションスイッチのオン状態を検出するイグニッションオン検出手段と、イグニッションスイッチのスタート状態を検出するイグニッションスタート検出手段とを備えていると言える。
【００５９】
吸気管圧力センサは、エンジン１００の吸気管１５２の内部圧力を検出する周知の圧力センサである。このような圧力センサにおいては、圧力検出部としての肉薄のダイヤフラムを有するセンサチップにて圧力媒体（吸入空気）の圧力を検出し、その圧力に応じたレベルの電気信号をエンジンＥＣＵ４０に出力する。エンジンＥＣＵ４０は、吸気管圧力センサから入力される電気信号を圧力値に換算することで、吸気管１５２の内部の圧力を得る。なお、吸気管圧力センサは、本発明の吸気管圧力検出手段に相当する。
【００６０】
エンジン回転数センサは、エンジン１００のエンジン回転数を検出する周知のものである。このようなエンジン回転数センサは、例えばリングギア（またはロータ等）の回転に応じたパルス信号を発生し、エンジンＥＣＵ４０に出力する。そして、エンジンＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサから入力されたパルス信号をエンジン回転数に換算することで、エンジン回転数を得る。なお、エンジン回転数センサは、本発明のエンジン回転数検出手段に相当する。
【００６１】
スロットルセンサは、吸気管１５２の内部に備えられ、燃焼室１２０に送り込む空気（混合気）の量を調整するスロットルバルブの開閉レベルを検出するものである。このスロットルセンサにて検出されたスロットルバルブの開閉レベルを示す信号がエンジンＥＣＵ４０に出力される。
【００６２】
吸入吸気量センサは、吸気管１５２内に吸入する空気量を検出するセンサであり、吸気管１５２内に設置されている。この吸入吸気量センサにおいては、吸気管１５２内部を流れる空気の流量に基づき、吸入空気量が検出され、エンジンＥＣＵ４０に出力される。
【００６３】
ノックセンサは、エンジン１００のノッキング（過早着火）を検出するセンサであり、振動体および振動体の振動を電気信号に変換するピエゾ素子を備えて構成されている。エンジン１００が稼動した状態でノッキングが発生すると、ノックセンサの振動体がノッキングに応じた特徴的な周波数で振動する。
【００６４】
つまり、ノックセンサはエンジン１００の振動を検出し、振動に応じた電気信号をエンジンＥＣＵ４０に出力する。そして、エンジンＥＣＵ４０は、上記ノックセンサから電気信号を入力して周波数に変換する。エンジンＥＣＵ４０には、あらかじめノッキングをあらわすノッキング周波数帯が記憶されており、ノックセンサにて得られた周波数があらかじめ記憶されたノッキング周波数帯に含まれるか否かをモニタする。なお、ノックセンサは、本発明のノッキング検出手段に相当する。
【００６５】
水温センサは、エンジン１００を冷却する冷却水の温度を測定する温度センサであり、冷却水経路の所望の位置に設置されている。油温センサは、エンジン１００の内部において各部品を潤滑するための油の温度を検出するものである。これら水温センサおよび油温センサにて検出された信号はエンジンＥＣＵ４０に出力され、エンジンＥＣＵ４０にて水温、油温に変換される。これら水温および油温センサは、例えばサーミスタにて構成される。なお、水温センサは、本発明の水温検出手段に相当する。
【００６６】
排気管温度センサは、エンジン１００の排気管１６２内の温度を測定するものであり、例えばサーミスタにて構成される周知の温度センサである。これら排気管温度センサにおいては、その温度検出部がエンジン１００の排気管１６２内に露出するように排気管１６２に設置される。排気管温度センサにて検出された信号はエンジンＥＣＵ４０に出力され、エンジンＥＣＵ４０にて温度に変換される。なお、この排気管温度センサと、上記したエンジン回転数センサ、そして吸気管圧力センサは、本発明の失火検出手段に相当する。
【００６７】
以上が、本実施形態に係るレーザ点火装置の構成である。なお、上記構成は、エンジンＥＣＵ４０やノックセンサ、水温センサ等、１つのエンジン１００に対して共通とすることができる構成要素を除いてそれぞれ気筒ごとに用意される。続いて、上記レーザ点火装置のエンジンＥＣＵ４０が行う点火数の制御、点火エネルギーの制御について説明する。
【００６８】
まず、エンジン１００の始動時における点火数の制御について説明する。エンジン１００を始動させる際には、燃焼室１２０における点火数を増やすことで着火性を向上させ、エンジン１００をスムーズに始動させる。このことについて図３を参照して説明する。図３は、エンジン１００の始動時における点火数の制御内容を示したフローチャートである。このフローチャートは、エンジンＥＣＵ４０に電源が供給されると開始される。
【００６９】
ステップＳ１００では、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧと記す。）がオンとされたか否かが判定される。すなわち、搭乗者によってキーがキーシリンダに差し込まれ、キーが回されることによりＩＧがオンとされたか否かが判定される。これは、イグニッションスイッチから出力されるオン信号がエンジンＥＣＵ４０に入力されたか否かを判定することによりなされる。
【００７０】
そして、ＩＧのオン信号がエンジンＥＣＵ４０に入力され、ＩＧがオンとされたと判定されると、ステップＳ１１０に進む。ＩＧのオン信号が入力されない場合にはステップＳ１００に戻り、再びＩＧのオン信号が入力されたか否かを判定する。
【００７１】
ステップＳ１１０では、第１レーザ２１および第２レーザ２２の照射準備がなされる。つまり、第１および第２ドライバ３１、３２が稼動され、第１および第２レーザ２１、２２からレーザ光を照射できるようにする。
【００７２】
ステップＳ１２０では、ＩＧがスタートとされたか否かが判定される。すなわち、キーが回されてＩＧが「ＳＴＡＲＴ（ＳＴ）」とされたか否かが判定される。これは、ＩＧからエンジンＥＣＵ４０にスタート信号が入力されたか否かを判定することによりなされる。
【００７３】
そして、ＩＧのスタート信号がエンジンＥＣＵ４０に入力されたと判定されるとステップＳ１３０に進む。一方、ＩＧのスタート信号がエンジンＥＣＵ４０に入力されない場合にはステップＳ１２０に戻り、再びＩＧがスタートとされたか否かが判定される。
【００７４】
ステップＳ１３０では、エンジン１００が始動される。具体的には、第１および第２レーザ２１、２２からレーザ光を照射するためのレーザ光照射信号がエンジンＥＣＵ４０から第１および第２ドライバ３１、３２に出力される。そして、レーザ光照射信号が入力された第１および第２ドライバ３１、３２によって第１および第２レーザ２１、２２からレーザ光が照射される。
【００７５】
このように、第１および第２レーザ２１、２２からそれぞれレーザ光を照射し、燃焼室１２０内における点火数を増やしてエンジンを始動させやすくする。
【００７６】
ステップＳ１４０では、エンジン始動完了したか否かが判定される。つまり、本ステップにおいては、ステップＳ１３０にてエンジン１００が始動された後、エンジン回転数が所定回転数に達したか否かが判定される。つまり、エンジン１００が始動され、しばらくするとエンジン回転数が一定となってエンジン１００が安定して稼動するため、エンジン回転数センサにて検出したエンジン回転数をモニタすることにより、エンジン１００の始動が完了したか否かを判定できる。したがって、エンジン回転数が所定回転数に達した場合には、エンジン１００の始動は完了したと判定され、ステップＳ１５０に進む。一方、エンジン回転数が所定回転数に達しない場合には、再びステップＳ１３０に戻り、エンジン１００を始動する。
【００７７】
なお、本ステップにおいては、エンジン回転数をモニタすることによりエンジン１００の始動が完了したか否かを判定しているが、ステップＳ１３０にてエンジン１００を始動した後、所定時間後にエンジン１００の始動が完了したと判定してもよい。
【００７８】
ステップＳ１５０では、第２レーザ２２の照射が停止される。上記ステップＳ１４０にてエンジン１００の始動が完了したと判定されたので、エンジン１００を始動させるための多くの点火数は必要なくなる。したがって、第１および第２レーザ２１、２２のうち、第２レーザ２２のレーザ光照射を停止する。これは、エンジンＥＣＵ４０から第２ドライバ３２に第２レーザ２２を停止する旨の信号が出力され、この信号が入力された第２ドライバ３２にて第２レーザ２２のレーザ光照射が停止されることによりなされる。なお、第１レーザ２１を照射停止としても良い。
【００７９】
以上のようにして、エンジン１００の始動時における点火数、すなわち着火点数を増加させる。このようにして、エンジン１００の始動性を向上させる。
【００８０】
続いて、エンジン１００の始動後における点火数または点火エネルギーの制御について説明する。
【００８１】
まず、エンジン１００にかかる負荷によって点火数を変更し、エンジン１００の出力を上げる作動について説明する。そこで、エンジン１００にかかる負荷について説明しておく。エンジン１００では、吸気された空気が吸気管１５２から吸気用バルブ１５１を介して燃焼室１２０に送り込まれる。このとき、吸気管１５２内の圧力や吸入吸気量が多いほど、エンジン１００にかかる負荷が大きくなる。
【００８２】
ここで、点火数と火炎伝播速度との関係、点火数と必要点火エネルギーとの関係を図４に示す。なお、必要点火エネルギーとは、点火に必要なエネルギーを指す。
【００８３】
点火数と火炎伝播速度との関係においては、点火数が１〜４の場合、火炎伝播速度は急激に増加し、点火数が４を超えるとほぼ一定となる。一方、点火数と必要点火エネルギーとの関係においては、点火数が増えるほど点火に必要なエネルギーは増大する。すなわち、エンジン１００の負荷が低いかまたは中程度の場合には、必要点火エネルギーが低くても火炎伝播速度が高い点火数（３〜５点）とすることで燃費向上を図る。一方、エンジン１００の負荷が高い場合には、点火に必要なエネルギーは高くなるが、高い火炎伝播速度を確保して熱効率を上げ、ひいてはノッキングの回避を図る。
【００８４】
以下、図５を参照して、点火数の制御について説明する。図５は、エンジン１００の負荷による点火数制御の内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、上記図３に示されるフローチャートが終了した後、実行される。
【００８５】
ステップＳ２００では、エンジン１００の負荷が算出される。具体的には、センサ部５０のスロットルセンサの信号がエンジンＥＣＵ４０に入力される。本実施形態では、このスロットルセンサの開閉レベルをエンジン１００の負荷のレベルとみなし、スロットルセンサの値が最大の場合（スロットルバルブが全開の状態）をエンジン１００の負荷が最大になっているとする。そして、スロットルセンサにより、スロットルバルブの開閉レベルが検出され、その信号がエンジンＥＣＵ４０に入力される。
【００８６】
なお、このエンジン１００の負荷は、吸入空気量センサによって検出される吸入空気量や、吸気管圧力センサによって検出される吸気管１５２内の圧力値に基づき、エンジン１００にかかる負荷を算出するようにしても良い。
【００８７】
ステップＳ２１０では、エンジン１００が高負荷になっているか否かが判定される。これは、上記ステップＳ２００にて検出されたスロットルセンサの値に基づき判定される。すなわち、スロットルバルブが全開になっている状態を１００％としたとき、スロットルバルブが５０％開いている場合の値をしきい値とする。そして、スロットルセンサにて検出された値がこのしきい値を超える（スロットルバルブが５０％以上開いている）場合にはステップＳ２２０に進む。一方、スロットルセンサにて検出された値がこのしきい値を超えない場合にはステップＳ２００に戻り、再びエンジン１００の負荷が算出される。
【００８８】
ステップＳ２２０では、点火数が増加される。すなわち、第１レーザ２１のみで点火されていた状態に、第２レーザ２２による点火を加えることで、点火数が増やされる。これは、エンジンＥＣＵ４０から第２ドライバ３２にレーザ光照射信号が出力され、第２ドライバにて第２レーザ２２からレーザ光が照射されることによりなされる。
【００８９】
ステップＳ２２０にて点火数が増加されると、再びステップＳ２００に戻り、図５に示されるフローチャートが繰り返される。本実施形態では、ステップＳ２２０において例えば所定時間だけ点火数を増やし、再び第１レーザ２１のみの点火に戻している。
【００９０】
こうして、エンジン１００の負荷状態に応じて点火数を変更し、エンジン１００の負荷に合った点火数にてエンジン１００を稼動させている。すなわち、エンジン負荷が高負荷時には、低負荷時よりも点火数を増加させ、火炎伝播速度を向上させている。
【００９１】
次に、燃焼室１２０内にて失火が生じた場合における点火数の制御について図６および図７を参照して説明する。図６は、燃焼室１２０内における失火に応じた点火数制御の内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、上記図３に示されるフローチャートが終了した後実行され、図５に示されるフローチャートと並行して実行される。
【００９２】
ステップＳ３００では、エンジン失火が検出される。つまり、エンジン１００が稼動している場合において、エンジン１００の稼動状態を表すパラメータを検出する。具体的には、センサ部５０のエンジン回転数センサ、排気管温度センサ、吸気管圧力センサにてそれぞれエンジン回転数、排気管１６２内の排気温度、吸気管１５２内の圧力を示す信号が検出され、それぞれエンジンＥＣＵ４０にて数値に変換される。
【００９３】
ステップＳ３１０では、失火が発生したか否かが判定される。すなわち、上記ステップＳ３００にて検出されたエンジン１００のエンジン回転数、排気管１６２内の排気温度、吸気管１５２内の圧力値に基づき、失火が発生したか否かが判定される。図７は、エンジン回転数、排気管１６２内の排気温度、吸気管１５２内の圧力をそれぞれ時間に対してプロットした図である。図７（ａ）は時間に対するエンジン回転数、図７（ｂ）は時間に対する排気管１６２内の排気温度、図７（ｃ）は時間に対する吸気管１５２内の圧力を示している。
【００９４】
失火は、次のように判定される。図７（ａ）に示されるように、安定して出力されていたエンジン回転数が失火により一時的に減少し、再び元の安定値に戻るようになっている。したがって、エンジン回転数にしきい値を設け、エンジン回転数がこのしきい値を超えた場合に失火が起こったと判定する。
【００９５】
同様に、図７（ｂ）に示されるように、排気管１６２内の排気温度が所定周期で振動しているが、失火が起こるとその周期が崩れる。したがって、排気管１６２内の排気温度に所望のしきい値を設け、排気温度がこのしきい値を超えるタイミングを計測し、そのタイミングが狂った場合には失火が起こったと判定する。
【００９６】
さらには、図７（ｃ）に示されるように、安定していた吸気管１５２内の圧力が、失火により一時的に高くなる。したがって、吸気管１５２内の圧力に対してしきい値を設け、吸気管１５２内の圧力がこのしきい値を超える場合には失火が起こったと判定する。
【００９７】
このような失火の判定は、上記図７（ａ）〜（ｃ）に示されるいずれか１つに基づき判定される。本実施形態では、エンジン回転数をモニタすることにより、失火が判定される。なお、図７（ａ）〜（ｃ）に示されるすべてのパラメータに基づき失火を判定するようにしても良い。この場合、より確実に失火を判定することができる。
【００９８】
以上のようにして失火が起こったと判定された場合にはステップＳ３２０に進む。一方、失火は起こっていないと判定されると、再びステップＳ３００に戻り、エンジン失火が検出される。
【００９９】
ステップＳ３２０では、点火数が増やされる。本ステップは、図５に示されるステップＳ２２０と同様の処理がなされる。こうして、エンジン１００の失火に伴う点火数の制御がなされると、再びステップＳ３００に戻り、エンジン状態が検出され、失火がモニタされる。
【０１００】
以上のようにして、エンジン１００において失火が生じた場合に、点火数を増やして燃焼室１２０内における燃焼を促進し、失火を回避する。
【０１０１】
次に、エンジン１００のノッキングに対する点火数制御について、図８を参照して説明する。図８は、エンジン１００のノッキングに対する点火数制御の内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、上記図３に示されるフローチャートが終了した後実行され、図５および図６に示されるフローチャートと並行して実行される。
【０１０２】
ステップＳ４００では、エンジン１００のノッキング状態が検出される。具体的には、センサ部５０のノックセンサにて検出された信号がエンジンＥＣＵ４０に入力され、ノックセンサにて検出されたエンジン１００の振動の周波数が得られる。
【０１０３】
ステップＳ４１０では、ノッキングが発生したか否かが判定される。すなわち、上記ステップＳ４００にて得られたエンジン１００の振動の周波数が、エンジンＥＣＵ４０にあらかじめ記憶されているノッキングをあらわすノッキング周波数帯に含まれるか否かが判定される。そして、ノックセンサにて得られたエンジン１００の振動がノッキングの振動であると判定されるとステップＳ４２０に進む。一方、ノックセンサにて得られたエンジン１００の振動はノッキングの振動に該当しないと判定されるとステップＳ４００に戻り、再びノッキング状態が検出される。
【０１０４】
ステップＳ４２０では、点火数が増やされる。本ステップは、図５に示されるステップＳ２２０と同様の処理がなされる。こうして、エンジン１００のノッキングに伴う点火数の制御がなされると、再びステップＳ４００に戻り、ノッキング状態が検出される。
【０１０５】
以上のようにして、エンジン１００のノッキングに応じた点火数制御を行うことにより、エンジン１００のノッキングを回避する。
【０１０６】
続いて、エンジン１００の状態に応じた点火エネルギーの制御について説明する。上記のように、点火数を制御してエンジン１００を稼動させる際、点火に必要な点火エネルギーを算出し、点火エネルギーに無駄のない点火を行う。
【０１０７】
ここで、エンジン１００の状態とは、エンジン１００の温度（エンジン１００の冷却水の水温または吸気管１５２内の温度）やエンジン１００内の圧力（吸気管１５２内の圧力）を指す。つまり、エンジン１００の水温、吸気温度、吸気管１５２内の圧力が高いほど、燃焼室１２０内における着火性が向上するため、点火に必要な点火エネルギーを低減することができる。本実施形態では、エンジン１００の状態をエンジン冷却水の温度および吸気管１５２内の圧力によってモニタする。
【０１０８】
この点火エネルギーの算出について図９および図１０を参照して説明する。図９は、エンジン１００の状態に応じた点火エネルギーの制御内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、上記図３に示されるフローチャートが終了した後に実行され、図５、図６、図８に示されるフローチャートと並行して実行され、本フローチャートによって算出された点火エネルギーがそれぞれの点火数制御の際に採用される。
【０１０９】
ステップＳ５００では、エンジン１００の状態が検出される。すなわち、水温センサによってエンジン１００を冷却する冷却水の水温に応じた信号が検出される。また、吸気管圧力センサによって吸気管１５２内の圧力に応じた信号が検出される。これらの信号はエンジンＥＣＵ４０にそれぞれ出力され、それぞれ冷却水の水温および吸気管１５２内の圧力に変換される。
【０１１０】
ステップＳ５１０では、ステップＳ５００にて得られた冷却水の水温および吸気管１５２内の圧力に基づき、点火に必要な点火エネルギーが算出される。このことについて、図１０を参照して説明する。図１０は、必要点火エネルギーの三次元マップを示した図である。上述のように、エンジン１００の水温、吸気管１５２内の圧力が高いほど、着火性が上がり、点火に必要な点火エネルギーは低く済む。したがって、図１０の三次元マップに示されるように、エンジン１００の冷却水の水温（Ｔ）の上昇および吸気管１５２内の圧力（Ｐ）の上昇に伴い、必要な点火エネルギーが低くなる。逆に、エンジン１００の水温（Ｔ）および吸気管１５２内の圧力（Ｐ）が低いほど、エンジン１００における着火性が悪化するので必要な点火エネルギーは上昇する。
【０１１１】
このように、あらかじめ、エンジン１００の水温（Ｔ）および吸気管１５２内の圧力（Ｐ）に応じた必要点火エネルギーを算出しておき、図１０に示される三次元マップとしてエンジンＥＣＵ４０に記憶させておく。そして、本ステップにおいて、ステップＳ５００にて得られたエンジン１００の冷却水の水温（Ｔ）および吸気管１５２内の圧力（Ｐ）の値を用いて図１０に示される三次元マップから必要な点火エネルギー（Ｅ）を求める。
【０１１２】
ステップＳ５２０では、点火エネルギーが変更される。具体的には、エンジンＥＣＵ４０が第１または第２ドライバ３１、３２に対して、第１および第２レーザ２１、２２のレーザ光の強度を変更させる。このようにして、最適な点火エネルギーとする。
【０１１３】
なお、点火エネルギーを変更する場合、例えば第１レーザ２１のみ、または、第２レーザ２２のみ、というように、いずれか一方のレーザ光の強度を変更することで、点火エネルギーを変えても良い。
【０１１４】
点火エネルギーを変更した後、再びステップＳ５００に戻り、エンジン１００の状態が測定され、随時エンジン１００の状態に応じた点火エネルギーに変更される。以上のようにして、エンジン１００の状態に応じた点火エネルギー制御を行うことにより、エンジン１００の燃費向上を図る。
【０１１５】
なお、上記図３、図５、図６、図８、図９に示される点火数制御、点火エネルギー制御は、それぞれを組み合わせて実施しても良いし、いずれか１つを実施するようにしても良い。
【０１１６】
以上説明したように、本実施形態では、エンジンの状態、すなわちエンジン１００にかかる負荷やエンジン１００の始動時に応じて点火数や点火エネルギーを制御している。
【０１１７】
このように、エンジン１００の負荷（エンジン１００におけるスロットルバルブの開閉レベル、吸入空気量、吸気管内の圧力）が高負荷の場合には、第１および第２レーザ２１、２２を照射して燃焼室１２０における点火数を増やすことで燃焼室１２０内における火炎伝播速度を向上させることができる。これにより、ノッキングも防止できる。一方、エンジン１００の負荷が低負荷の場合には、第１および第２レーザ２１、２２のうちいずれか一方を照射して点火数を減らすことより、燃費を向上させることができる。以上のように、エンジン１００にかかる負荷に応じて点火数を変更することでエンジン１００のトータルの熱効率を向上させることができる。
【０１１８】
また、エンジン１００の失火が起こったときには点火数を増加させる。これにより、燃焼室１２０内における着火点数を増やして着火させやすくさせる。これにより、エンジン１００の失火を回避することができる。同様に、エンジン１００がノッキングを起こしていると判定したときには、点火数を増やすことにより、火炎伝播速度を向上させることができる。これにより、エンジン１００のノッキングを防止することができる。
【０１１９】
さらに、本実施形態では、点火エネルギーを制御している。すなわちエンジン１００の冷却水の水温および吸気管１５２内の圧力の値を図１０に示される三次元マップに代入することで点火に必要な点火エネルギーを得ることができる。これにより、水温および吸気管１５２内の圧力が高いときには、燃焼室１２０内における着火性が向上するため、点火に必要な点火エネルギーを低減することができる。同様に、水温および吸気管内の圧力が低いときには、燃焼室１２０内における着火性が悪くなるため、点火に必要な点火エネルギーを上げて着火性を向上させることができる。このようにして、エンジン１００の状態に応じた点火エネルギー制御を行うことにより、エンジン１００の熱効率を上げ、燃費を向上させることができる。
【０１２０】
また、エンジン１００の始動時に点火数を制御する。つまり、エンジン１００の始動の際には、第１および第２レーザ２１、２２を照射することで点火数、すなわち着火点数を増やして着火させやすくすることができる。このようにして、エンジン１００の始動性を向上させることができる。そして、エンジン１００の始動後においては、第２レーザ２２を照射停止することで燃焼室１２０内における点火数を減らすことで燃費を向上させることができる。
【０１２１】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、エンジン１００の始動時において、エンジンの負荷の大きさに関係なくエンジンを作動させる。すなわち、着火点を１点に集中させて着火点１点当たりの点火エネルギーを増大させる。
【０１２２】
図１１は、第２実施形態に係るレーザ点火装置の概略ブロック図である。図１１に示されるように、レーザ点火装置は第１実施形態における構成に加えて、始動時点火用ミラー６１〜６３と、第３平凸レンズ６５と、第４平凸レンズ６７と、を備えて構成されている。これら、始動時点火用ミラー６１〜６３、第３および第４平凸レンズ６５、６７は、エンジン１００の始動時のみに用いられる。なお、図１１において、第２レーザ２２、第１および第２ミラー１１、１２は省略してある。
【０１２３】
始動時点火用ミラー６１〜６３は、エンジン１００の始動時において、第１レーザ２１のレーザ光をケース１３内の第３平凸レンズ６５に導くためのミラーである。これら始動時点火用ミラー６１〜６３は、レーザ照射ユニット１０に備えられ、図示しないモータ等の駆動手段が備えられている。この駆動手段はエンジンＥＣＵ４０によって駆動される。これにより、始動時点火用ミラー６１〜６３の配置位置が変更される。なお、始動時点火用ミラー６１〜６３は、本発明の光路変更ミラーに相当する。
【０１２４】
すなわち、始動時点火用ミラー６１〜６３は、エンジン１００の始動時において第１レーザ２１と第１ミラー１１との間に挿入されることにより、第１レーザ２１から照射されるレーザ光をケース１３内の第３平凸レンズ６５に導く。
【０１２５】
なお、第２レーザ２２から照射されるレーザ光を始動時点火用ミラー６１〜６３にて第３および第４平凸レンズ６５、６７に導くようにしても良い。
【０１２６】
第３および第４平凸レンズ６５、６７は、レーザ照射ユニット１０のケース１３内に配置され、上記始動時点火用ミラー６１〜６３から導かれる第１レーザ２１のレーザ光を燃焼室１２０に導くレンズである。ここで、第３平凸レンズ６５はケース１３の一端側、第４平凸レンズ６７はケース１３の他端側に配置される。
【０１２７】
図１２は、エンジン１００のシリンダ１３０内にて往復運動するピストン１４０側からシリンダヘッド１１０側を見た図である。なお、図１２では、吸気用バルブ１５１および排気用バルブ１６１を省略してある。図１２に示されるように、第１および第２複眼レンズ１８、１９に加えて、第４平凸レンズ６７がケース１３の他端側に設置されている。第４平凸レンズ６７は１つの焦点をもつ単眼レンズであるので、第１レーザ２１から照射されるレーザ光がこの第４平凸レンズ６７にて１点に集光されることとなる。
【０１２８】
上記のような構成を有するレーザ点火装置において、エンジン１００の始動時における点火エネルギー制御について、図１３を参照して説明する。図１３は、エンジン１００の始動時における点火エネルギー制御の内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、エンジンＥＣＵ４０に電源が供給されると開始される。
【０１２９】
ステップＳ６００では、ＩＧがオンとされたか否かが判定される。本ステップにおいては、図３に示されるステップＳ１００と同様の処理がなされる。
【０１３０】
ステップＳ６１０では、第１レーザ２１の照射準備がなされる。つまり、第１ドライバ３１がスタンバイされ、第１レーザ２１からレーザ光を照射できるようにする。
【０１３１】
ステップＳ６２０では、始動時点火用ミラー６１〜６３が配置される。具体的には、レーザ照射ユニット１０において、始動時点火用ミラー６１〜６３に備えられた駆動手段にて始動時点火用ミラー６１〜６３を移動させ、第１レーザ２１から照射されるレーザ光を第３平凸レンズ６５に導くようにする。
【０１３２】
ここで、エンジン状態からエンジン１００の始動時における点火エネルギーを求める。このことについて、図１４を参照して説明する。図１４は、エンジン１００の冷却水の水温と始動時点火エネルギーとの関係を示した図である。上述のように、エンジン１００が冷えている状態では、点火の際の着火性は悪く、点火エネルギーも必要となる。したがって、エンジンＥＣＵ４０にて、エンジン１００の冷却水の水温からエンジン１００の始動に必要な点火エネルギーを算出し、算出した点火エネルギーにて点火できるようにする。
【０１３３】
ステップＳ６３０では、エンジン１００が始動されたか否かが判定される。本ステップにおいては、図３に示されるステップＳ１２０と同様の処理がなされる。
【０１３４】
ステップＳ６４０では、エンジン１００が始動される。具体的には、エンジンＥＣＵ４０から第１ドライバ３１にレーザ光照射信号が出力され、第１ドライバ３１にて第１レーザ２１からレーザ光が照射される。このとき、第１レーザ２１から照射されたレーザ光は、始動時点火用ミラー６１〜６３、第３および第４平凸レンズ６５、６７を介して燃焼室１２０内に照射される。そして、レーザ光は第４平凸レンズ６７によって１点に集光し、レーザ光を１点に集中させる。これにより、第４平凸レンズ６７の焦点における点火エネルギーを上げて、着火性を向上させる。
【０１３５】
なお、本ステップにおいて照射されるレーザ光の強度は、ステップＳ６２０にて求められた点火エネルギーに対応した値となっている。
【０１３６】
ステップＳ６５０では、エンジン始動完了したか否かが判定される。本ステップにおいては、図３に示されるステップＳ１４０と同様の処理がなされる。
【０１３７】
ステップＳ６６０では、始動時点火用ミラー６１〜６３が移動させられる。すなわち、エンジン１００の始動時における点火が終了したため、点火の際に高い点火エネルギーを必要としない。したがって、エンジンＥＣＵ４０によって始動時点火用ミラー６１〜６３に備えられた駆動手段が駆動され、始動時点火用ミラー６１〜６３が第１レーザ２１のレーザ光の光路から外される。これにより、第１レーザ２１のレーザ光は第１ミラー１１に照射され、通常の点火がなされることとなる。
【０１３８】
以上のようにして、エンジン１００の始動時における点火エネルギー、すなわち着火点１点当たりの点火エネルギーを増加させ、エンジン１００を始動させやすくする。このようにして、エンジン１００の始動時における着火性を向上させる。
【０１３９】
つまり、エンジン１００の始動時においては、エンジン１００の負荷に関係なく、１点火点当たりの点火エネルギーを増大させて着火しやすいようにしている。こうして、エンジン１００の始動性を向上させている。
【０１４０】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン１００の始動時において、第１レーザ２１から照射されるレーザ光を始動時点火用ミラー６１〜６３にて第４平凸レンズ６７に導いている。これにより、燃焼室１２０内における点火点、すなわち着火点を１つとし、一着火点における点火エネルギーを増大させることができる。したがって、エンジン１００の始動の際に、点火点における着火性を向上させることができ、エンジン１００の始動性を向上させることができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１および第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、エンジン１００の始動時において、始動時間が一定時間を超える場合の点火エネルギーを制御する。すなわち、エンジン１００を始動させるために燃焼室１２０内にて点火を行っているが、点火していない場合に対応するための点火エネルギー制御である。なお、本実施形態にかかるレーザ点火装置は、上記第１および第２実施形態に係るレーザ点火装置の構成と同様である。
【０１４２】
図１５は、エンジン１００の始動時間が一定時間を超える場合の点火エネルギー制御の内容を表したフローチャートである。このフローチャートは、エンジンＥＣＵ４０に電源が供給されると開始される。
【０１４３】
ステップＳ７００、Ｓ７１０、Ｓ７２０では、上記したステップＳ１００、Ｓ６１０、Ｓ１２０と同様の処理がなされる。
【０１４４】
ステップＳ７３０では、エンジン１００が始動される。本実施形態では、第１レーザ２１のみでエンジン１００を始動させる。すなわち、エンジンＥＣＵ４０からレーザ光照射信号が第１ドライバ３１に出力され、レーザ光照射信号が入力された第１ドライバ３１によって第１レーザ２１からレーザ光が照射される。これにより、燃焼室１２０にて点火されることで燃焼が開始される。
【０１４５】
ステップＳ７４０では、エンジン始動完了したか否かが判定される。本ステップでは、図３に示されるステップＳ１４０と同様の処理がなされる。そして、本ステップにおいて、エンジン始動完了したと判定されるとエンジン１００は正常に始動したと判定され、フローチャートは終了する。一方、エンジン始動完了しないと判定されると、ステップＳ７５０に進む。
【０１４６】
ステップＳ７５０では、エンジン始動後、所定時間が経過したか否かが判定される。ここで、所定時間とは、エンジン１００の始動が終了したと推定される時間に相当し、例えば１秒である。そして、エンジン始動後、所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ７６０に進む。一方、エンジン始動後、所定時間が経過していないと判定されると、再びステップＳ７３０に戻りエンジン１００の始動がなされる。
【０１４７】
ステップＳ７６０では、点火エネルギーが上げられる。具体的には、ステップＳ６２０の処理がなされ、燃焼室１２０に照射されるレーザ光の焦点の数を１つとし、点火点１点当たりの点火エネルギーを増大させる。こうして、着火性を向上させてエンジン１００を始動させやすくする。
【０１４８】
ステップＳ７７０では、エンジン始動完了したか否かが判定される。本ステップでは、ステップＳ７４０と同様の処理がなされる。そして、本ステップにおいて、エンジン始動完了しないと判定されると、ステップＳ７６０に戻り、さらに点火エネルギーが上げられる。なお、さらなる点火エネルギーの増大として、例えば、第１レーザ２１から照射されるレーザ光の強度を上げることや、第２レーザ２２が照射されること等がある。これらの方法によって点火エネルギーを上げてエンジン１００を始動させやすくする。
【０１４９】
一方、エンジン始動完了したと判定されるとエンジン１００は正常に始動したと判定され、フローチャートは終了する。
【０１５０】
以上のように、エンジン１００を始動させてからのエンジン回転数および経過時間によって、エンジン１００が正常に始動したかを判定し、エンジン１００が正常に始動しない場合には点火エネルギーを増大させて着火性を向上させ、エンジン１００の始動性を向上させる。
【０１５１】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン１００の始動後に、エンジン１００が始動したと推定される時間が経過してもエンジン１００が始動しないと判定されたとき、点火エネルギーを増大させる制御がなされている。このように、燃焼室１２０における点火点の点火エネルギーを上げることにより、着火性を向上させることができる。したがって、エンジン１００を始動させやすくすることができる。
【０１５２】
（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態に示されるレーザ点火装置の構成は、一例を示すものであり、上記構成に限定されるものではない。例えば、１本のみのレーザで制御することも可能であり、３本以上のレーザを制御するようにしても良い。同様に、上記第１〜第３実施形態に示される点火数制御および点火エネルギー制御の各フローチャートは一例を示すものであり、各制御が上記フローチャートに限定されることはない。
【０１５３】
上記第１〜第３実施形態において、第１および第２複眼レンズ１８、１９の各焦点が図２に示されるように、円ＣＩの周上に位置するように配置されているが、各焦点の位置は、円ＣＩの周上に限るものではない。
【０１５４】
上記第１実施形態では、点火エネルギーを変更するために、第１レーザ２１、第２レーザ２２のそれぞれのレーザ光の強度を変更していた。しかしながら、例えば点火エネルギーを変更する際、図１１に示されるように、第１レーザ２１から照射されるレーザ光を１点に集光することで、１点火点当たりの点火エネルギーを上げるようにしても良い。
【０１５５】
上記第１実施形態のステップＳ２２０（図５）、ステップＳ３２０（図６）、ステップＳ４２０（図８）において、吸気管１５２内の圧力、吸気管１５２内の温度、エンジン１００の油温または水温、エンジン回転数に基づき点火数を変更するようにしても良い。図１６は、点火数の変更マップを示した図である。図１６（ａ）は吸気管１５２内の吸気温度と吸気管１５２内の圧力との関係、図１６（ｂ）はエンジン１００の油温または水温と吸気管１５２内の圧力との関係、図１６（ｃ）はエンジン回転数と吸気管１５２内の圧力との関係との関係をそれぞれ示した図である。
【０１５６】
このように、あらかじめエンジンＥＣＵ４０に上記図１６に示される点火数変更マップを記憶させておき、エンジンの状態（図１６においては、吸気管１５２内の圧力、吸気管１５２内の吸気温度、エンジン１００の油温または水温、エンジン回転数）をそれぞれセンサにて測定し、それぞれの測定値に基づき点火数を変更するようにしても良い。
【０１５７】
上記第１実施形態のステップＳ１１０（図３）では、第１および第２レーザ２１、２２からそれぞれレーザ光を照射する照射準備を行っている。ここで、図示しないが、２枚のミラー（一方はハーフミラー）を用意し、第２レーザ２２から照射されるレーザ光を２枚のミラーを介して、第１レーザ２１から照射されるレーザ光に重ね合わせるようにすることで、１点当たりの点火エネルギーを上げるようにしても良い。エンジン１００の始動後においては、ステップＳ１５０（図３）にて２枚のミラーを外す。
【０１５８】
上記第１〜第３実施形態では、第１および第２レーザ２１、２２の２本のレーザを用いているが、１本のレーザにて点火数を制御することもできる。図１７は、レーザ光照射手段である第３レーザ２３にて点火数を制御する様子を示した概略ブロック図である。図１７に示されるように、第３レーザ２３から照射されるレーザ光を、ハーフミラー７１にて第２および第３ミラー１２、７２に導き、第３ミラー７２にて反射したレーザ光を第１ミラー１１に導くようにする。そして、ハーフミラー７１を例えばモータ等により移動させることにより、燃焼室１２０内における点火数を変更することができる。
【０１５９】
上記第１〜第３実施形態で採用される第１および第２複眼レンズ１８、１９には、それぞれ４つずつレンズが形成されているが、レンズの数はこれに限るものではない。例えば、レンズが３つ形成された第１複眼レンズ１８、レンズが５つ形成された第２複眼レンズ１９を用いてもよい。図１８は、レンズの数がそれぞれ異なる第１および第２複眼レンズ１８、１９をケース１３に設置した場合に、ピストン１４０側からシリンダヘッド１１０側を見た図である。この図に示されるように、レンズの数が異なっていても、それぞれの焦点位置が重ならないようになっている。このように、第１および第２複眼レンズ１８、１９にそれぞれ形成されるレンズの数を任意に変更しても良い。もちろん、レンズの焦点を所定の径を有する円の周上に位置させなくても良い。
【０１６０】
なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ点火装置の概略ブロック図である。
【図２】図１においてピストン側からシリンダヘッド側を見た図である。
【図３】エンジンの始動時における点火数の制御内容を示したフローチャートである。
【図４】点火数と火炎伝播速度との関係、点火数と必要点火エネルギーとの関係を示した図である。
【図５】エンジンの負荷による点火数制御の内容を表したフローチャートである。
【図６】燃焼室内における失火に応じた点火数制御の内容を表したフローチャートである。
【図７】エンジン回転数、排気管内の排気温度、吸気管内の圧力をそれぞれ時間に対してプロットした図である。
【図８】エンジンのノッキングに対する点火数制御の内容を表したフローチャートである。
【図９】エンジン状態に応じた点火エネルギーの制御内容を表したフローチャートである。
【図１０】必要点火エネルギーの三次元マップを示した図である。
【図１１】第２実施形態に係るレーザ点火装置の概略ブロック図である。
【図１２】図１１において、エンジンのシリンダ内にて往復運動するピストン側からシリンダヘッド側を見た図である。
【図１３】エンジンの始動時における点火エネルギー制御の内容を表したフローチャートである。
【図１４】エンジンの冷却水の水温と始動時点火エネルギーとの関係を示した図である。
【図１５】エンジンの始動時間が一定時間を超える場合の点火エネルギー制御の内容を表したフローチャートである。
【図１６】点火数の変更マップを示した図である。
【図１７】第３レーザにて点火数を制御する様子を示した概略ブロック図である。
【図１８】レンズの数がそれぞれ異なる第１および第２複眼レンズをケースに設置した場合に、ピストン側からシリンダヘッド側を見た図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１０…レーザ照射ユニット、１１…第１ミラー、１２…第２ミラー、１３…ケース、
１４…第１両凹レンズ、１５…第２両凹レンズ、１６…第１平凸レンズ、
１７…第２平凸レンズ、１８…第１複眼レンズ、１９…第２複眼レンズ、
２１…第１レーザ、２２…第２レーザ、２３…第３レーザ、
３１…第１ドライバ、３２…第２ドライバ、４０…エンジンＥＣＵ、５０…センサ部、
６１〜６３…始動時点火用ミラー、６５…第３平凸レンズ、６７…第４平凸レンズ、
７１…ハーフミラー、７２…第３ミラー、
１００…エンジン、１１０…シリンダヘッド、１２０…燃焼室、１３０…シリンダ、
１４０…ピストン、ＣＩ…円。
【図１】
2006063829.tif 000003
【図２】
2006063829.tif 000004
【図３】
2006063829.tif 000005
【図４】
2006063829.tif 000006
【図５】
2006063829.tif 000007
【図６】
2006063829.tif 000008
【図７】
2006063829.tif 000009
【図８】
2006063829.tif 000010
【図９】
2006063829.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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