激光點(diǎn)火裝置制造方法
【專利摘要】激光點(diǎn)火裝置（1）是用于對(duì)副燃燒室（85）內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的裝置，具備配置在副燃燒室（85）內(nèi)的靶部（20）、以及配置在燃燒室（85）外且出射用于照射到靶部（20）的激光（L）的激光光源（11）。激光光源（11）是微片激光器。
【專利說(shuō)明】激光點(diǎn)火裝査
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的激光點(diǎn)火裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為提高氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的效率的裝置，使用激光對(duì)燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的激光點(diǎn)火裝置受人注目。例如，在專利文獻(xiàn)I中，記載了使激光聚光于設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞上表面的固體祀(target)來(lái)產(chǎn)生等離子體，并對(duì)燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的祀擊穿(targetbreakdown)方式的激光點(diǎn)火裝置。另外,在專利文獻(xiàn)2中，記載了使激光聚光于混合氣體來(lái)進(jìn)行點(diǎn)火的氣體擊穿(gas breakdown)方式的激光點(diǎn)火裝置。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-220091號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-329186號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0008]然而，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的激光點(diǎn)火裝置中，若未將激光的聚光點(diǎn)位置高精度地定位于固體靶，則有不能夠產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火的擔(dān)憂。另外，在專利文獻(xiàn)2所記載的激光點(diǎn)火裝置中，為了對(duì)混合氣體點(diǎn)火，要求大的激光功率。
[0009]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火，并且能夠降低點(diǎn)火所需要的激光的能量的激光點(diǎn)火裝置。
[0010]解決問(wèn)題的技術(shù)手段
[0011]本發(fā)明的ー個(gè)角度的激光點(diǎn)火裝置是用于對(duì)燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的激光點(diǎn)火裝置，具備配置在燃燒室內(nèi)的靶部、以及配置在燃燒室外且出射用于照射到靶部的激光的激光光源，激光光源是微片激光器(microchip laser)。
[0012]在該激光點(diǎn)火裝置中，對(duì)于激光光源而言使用微片激光器。從微片激光器出射的激光由于每單位面積的能量大，因此可以較寬地確保能夠在靶部產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的激光的強(qiáng)度范圍。因此，即使激光的聚光點(diǎn)位置從靶部偏離，也能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。另外，在該激光點(diǎn)火裝置中，具備配置在燃燒室內(nèi)的靶部、以及配置在燃燒室外且出射用于照射到靶部的激光的激光光源。在該激光點(diǎn)火裝置中，通過(guò)將激光照射到配置在燃燒室內(nèi)的靶部而產(chǎn)生等離子來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。根據(jù)靶擊穿方式，能夠由比氣體擊穿方式小的能量的激光來(lái)進(jìn)行點(diǎn)火。因此，能夠降低點(diǎn)火所需要的激光的能量。
[0013]在上述激光點(diǎn)火裝置中，也可以還具備調(diào)整能夠在靶部產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的激光的強(qiáng)度范圍、以及激光的聚光點(diǎn)位置的光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒓す獾膹?qiáng)度范圍和聚光點(diǎn)位置相對(duì)于靶部調(diào)整至所期望的位置。[0014]在上述激光點(diǎn)火裝置中，光學(xué)系統(tǒng)也可以調(diào)整強(qiáng)度范圍和聚光點(diǎn)位置，以使強(qiáng)度范圍包含靶部并且聚光點(diǎn)位置位于靶部的跟前。通過(guò)這樣調(diào)節(jié)強(qiáng)度范圍，從而由于靶部包含于強(qiáng)度范圍，因此能夠產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。此外，通過(guò)這樣調(diào)節(jié)聚光點(diǎn)位置，能夠在聚光點(diǎn)位置直接對(duì)混合氣體點(diǎn)火。因此，能夠產(chǎn)生靶擊穿和氣體擊穿，因而能夠更可靠地對(duì)混合氣體點(diǎn)火。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火，并且能夠降低點(diǎn)火所需要的激光的能量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是用于說(shuō)明具備本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0018]圖2是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的作用的圖。
[0019]圖3是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的效果的圖。
[0020]圖4是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的第I實(shí)施例的圖。
[0021]圖5是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的第I實(shí)施例的圖。
[0022]圖6是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的第2實(shí)施例的圖。
[0023]圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的第3實(shí)施例的圖。
[0024]圖8是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置的第4實(shí)施例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，ー邊參照附圖ー邊詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的激光點(diǎn)火裝置的實(shí)施方式。再有，在附圖的說(shuō)明中，對(duì)相同的要素標(biāo)記相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0026]圖1是用于說(shuō)明具備本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。發(fā)動(dòng)機(jī)裝置100具備燃燒部50和激光點(diǎn)火裝置I。
[0027]對(duì)激光點(diǎn)火裝置I進(jìn)行說(shuō)明。激光點(diǎn)火裝置I具備激光生成部10和靶部20。激光生成部10具備激光光源11、準(zhǔn)直器(collimator) 12、鏡13、透鏡14、透鏡驅(qū)動(dòng)部16、靶部20、以及激光控制部15。
[0028]激光光源11配置在燃燒部50外。激光光源11具有出射用于照射到靶部20的激光L的功能。對(duì)于激光光源11而言，使用微片激光器(microchip laser)。微片激光器是在激勵(lì)光源中使用半導(dǎo)體激光器(LD)的固體激光器。激光光源11具備激勵(lì)光源11a、激光共振器lib、以及脈沖化機(jī)構(gòu)11c。對(duì)于激勵(lì)光源Ila而言,例如使用半導(dǎo)體激光器。對(duì)于激光共振器Ilb而言，使用例如Nd:YAG。該激光共振器Ilb的長(zhǎng)度為20mm以下。脈沖化機(jī)構(gòu)Ilc使用例如從外部強(qiáng)制地進(jìn)行調(diào)制的外部調(diào)制器、或者通過(guò)元件自身的特性進(jìn)行調(diào)制的可飽和吸收體中的任意ー個(gè)。對(duì)于外部調(diào)制器而言，例如可以使用電光調(diào)制器(E0M)、聲光調(diào)制器(AOM)等。對(duì)于可飽和吸收體而言，例如可以使用Cr:YAG、SESAM等。
[0029]準(zhǔn)直器12設(shè)置在激光L的光路上。準(zhǔn)直器12為了形成作為平行光線的激光L而使用。
[0030]鏡13設(shè)置在激光L的光路上。具有控制激光L的光路，并經(jīng)由激光導(dǎo)入部84而將激光L導(dǎo)光到靶部20的功能。
[0031]透鏡14設(shè)置在激光L的光路上。透鏡14是調(diào)整激光L的強(qiáng)度范圍、以及激光L的聚光點(diǎn)位置P的位置的光學(xué)系統(tǒng)。所謂激光L的強(qiáng)度范圍，是指能夠在靶部20產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的范圍。對(duì)于透鏡14而言，優(yōu)選使用焦點(diǎn)距離長(zhǎng)的透鏡。對(duì)于透鏡14而言,可以使用例如焦點(diǎn)距離為IOOmm的透鏡或者焦點(diǎn)距離為150mm的透鏡。
[0032]靶部20設(shè)置在副燃燒室85內(nèi)。在本實(shí)施方式中，在設(shè)置有激光導(dǎo)入部84的壁面的相反側(cè)的壁面，設(shè)置有靶部20。靶部20具有通過(guò)照射激光L而產(chǎn)生等離子體的功能。
[0033]激光控制部15連接于控制透鏡14的位置的透鏡驅(qū)動(dòng)部16。通過(guò)激光控制部15控制透鏡驅(qū)動(dòng)部16而使透鏡14在沿著激光L的光路的方向上移動(dòng)，從而調(diào)整激光L的強(qiáng)度范圍和聚光點(diǎn)位置P。激光L的聚光點(diǎn)位置P被調(diào)整至副燃燒室85內(nèi)。聚光點(diǎn)位置P也可以在副燃燒室85內(nèi)被調(diào)整至靶部20的表面上，也可以被調(diào)整至靶部20的跟前，或者也可以被調(diào)整至激光L的光路上的所期望的地方。另外，調(diào)整激光L的強(qiáng)度范圍，以使強(qiáng)度范圍包含靶部20。此外，激光控制部15連接于激光光源11。激光控制部15控制從激光光源11照射的激光L的、例如重復(fù)周期、能量、脈沖寬度、以及波長(zhǎng)。
[0034]接著，對(duì)燃燒部50進(jìn)行說(shuō)明。燃燒部50具備主燃燒部60、副燃燒部80和壓カ控制部91、以及氣體導(dǎo)入控制部92。主燃燒部60具有燃燒室主體61、活塞62、蓋部63、主壓力調(diào)整部64、主壓カ計(jì)65、以及主氣體導(dǎo)入部66。燃燒室主體61具有圓柱狀的主燃燒室67。
[0035]在燃燒室主體61的一個(gè)端部6Ia固定有蓋部63，從另ー個(gè)端部6Ib側(cè)插入有活塞62?；钊?2構(gòu)成為能夠在沿著主燃燒室67的中心軸61c的方向上移動(dòng)。通過(guò)使該活塞62在沿著中心軸61c的方向上移動(dòng)，從而使主燃燒室67內(nèi)的混合氣體壓縮或者膨脹。主壓カ計(jì)65設(shè)置在主燃燒室67的內(nèi)壁面。主壓カ調(diào)整部64和主氣體導(dǎo)入部66設(shè)置在燃燒室主體61的外側(cè)面。主壓カ調(diào)整部64經(jīng)由從燃燒室主體61的外壁面貫通至主燃燒室67的貫通孔64a而與主燃燒室67連接。主氣體導(dǎo)入部66經(jīng)由從燃燒室主體61的外壁面貫通至主燃燒室67的貫通孔66a而與主燃燒室67連接。
[0036]副燃燒部80設(shè)置在燃燒室主體61的外側(cè)的側(cè)面。副燃燒部80具備副燃燒室主體81、副壓カ調(diào)整部82、副氣體導(dǎo)入部83、以及激光導(dǎo)入部84。副燃燒室主體81具有長(zhǎng)方體狀的副燃燒室85。
[0037]副燃燒室主體81具有貫通孔86。貫通孔86的一個(gè)端部設(shè)置在副燃燒室85的壁面，另ー個(gè)端部設(shè)置在主燃燒室67的壁面。在與設(shè)置有貫通孔86的壁面相互相對(duì)的別的壁面，設(shè)置有激光導(dǎo)入部84。激光導(dǎo)入部84例如由石英玻璃構(gòu)成。在與激光導(dǎo)入部84相互正交的ー個(gè)壁面，設(shè)置有副氣體導(dǎo)入部83，在另ー個(gè)壁面設(shè)置有副壓カ調(diào)整部82。
[0038]壓カ控制部91連接于主壓カ調(diào)整部64。壓カ控制部91通過(guò)調(diào)整主壓カ調(diào)整部64所具備的閥來(lái)控制主燃燒室67的內(nèi)部壓力。另外，壓カ控制部91連接于副壓カ調(diào)整部82。壓カ控制部91通過(guò)調(diào)整副壓カ調(diào)整部82所具備的閥來(lái)控制副燃燒室85的內(nèi)部壓カ。
[0039]氣體導(dǎo)入控制部92連接于主氣體導(dǎo)入部66。氣體導(dǎo)入控制部92經(jīng)由主氣體導(dǎo)入部66而將所期望的混合氣體導(dǎo)入到主燃燒室67內(nèi)。另外，氣體導(dǎo)入控制部92連接于副氣體導(dǎo)入部83。氣體導(dǎo)入控制部92經(jīng)由副氣體導(dǎo)入部83而將所期望的混合氣體導(dǎo)入到副燃燒室85內(nèi)。[0040]在具備如以上所述構(gòu)成的激光點(diǎn)火裝置I的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置100中，首先，激光L從激光光源11出射。從激光光源11出射的激光L通過(guò)準(zhǔn)直器12而到達(dá)鏡13。到達(dá)鏡13的激光L被鏡13轉(zhuǎn)換光路的方向以照射到靶部20。光路的方向被轉(zhuǎn)換了的激光L到達(dá)透鏡14。激光L在通過(guò)透鏡14時(shí)以聚光于聚光點(diǎn)位置P的方式被折射。通過(guò)了透鏡14的激光L通過(guò)激光導(dǎo)入部84而被聚光到例如靶部20的表面。
[0041]此時(shí)，具有所期望的混合比的混合氣體被氣體導(dǎo)入控制部92導(dǎo)入到主燃燒室67內(nèi)和副燃燒室85內(nèi)。另外，主燃燒室67內(nèi)和副燃燒室85內(nèi)被壓カ控制部91調(diào)整到所期望的壓力。在激光L被聚光了的靶部20的表面產(chǎn)生等離子體。通過(guò)該等離子體，導(dǎo)入到副燃燒室85的混合氣體被點(diǎn)火，生成燃燒氣體。燃燒氣體經(jīng)由貫通孔86向主燃燒室67噴出。通過(guò)該噴出的燃燒氣體，被導(dǎo)入到主燃燒室67內(nèi)的稀薄預(yù)混合氣體被點(diǎn)火而急速地燃燒。
[0042]圖2是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的作用的圖，表示主燃燒室67和副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。主燃燒室67的內(nèi)部壓カ由主壓カ計(jì)65測(cè)量，副燃燒室85的內(nèi)部壓カ由壓カ計(jì)87測(cè)量。圖2中曲線Gl表示主燃燒室67的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化，曲線G2表示副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。激光L在時(shí)間Tl被照射。參照曲線G1，則可知在時(shí)間Tl之后內(nèi)部壓カ急劇地升高，對(duì)主燃燒室67內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火。另外，可以預(yù)料主燃燒室67的內(nèi)部壓カ與副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的壓カ差A(yù) P越大則越容易燃燒，燃燒效率越高。
[0043]如以上說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I中，對(duì)于激光光源11而言使用微片激光器。參照?qǐng)D3，說(shuō)明微片激光器所起的作用效果。圖3是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的作用效果的圖。圖3的(a)部表示從現(xiàn)有的激光光源出射的激光LH所具有的強(qiáng)度范圍II，圖3的(b)部表示從本實(shí)施方式所涉及的激光光源11出射的激光L所具有的強(qiáng)度范圍12。激光LH所具有的能量與激光L所具有的能量相同。參照?qǐng)D3的(a)部與圖3的(b)部，則即使是具有與激光LH相同的能量的激光L，也能夠使激光L的表示激光品質(zhì)的M2值為1.2以下，因此能夠?qū)⒓す釲的光徑設(shè)定為例如數(shù)mm。因此，能夠提高激光L的每單位面積的能量。因此，可以較寬地確保能夠在靶部20產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的激光L的強(qiáng)度范圍12。因此，即使激光的聚光點(diǎn)位置P從靶部20偏離，也能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。
[0044]另外，由于可以較寬地確保激光L的強(qiáng)度范圍12，因此，即使將靶部20配置于在沿著中心軸61c的方向上移動(dòng)的活塞62的上表面62a，只要上表面62a的移動(dòng)范圍包含在激光L的強(qiáng)度范圍12，就能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。另外，具有與在多個(gè)聚光點(diǎn)位置P同時(shí)地點(diǎn)火的方法同等的效果。另外，由于微片激光器能夠使激光介質(zhì)為與半導(dǎo)體激光同等的尺寸，因此能夠容易地使激光光源11為小型。
[0045]另外，在本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I中，具備配置在副燃燒室85內(nèi)的靶部20、以及配置在副燃燒室85外且出射用于照射到靶部20的激光L的激光光源11。在激光點(diǎn)火裝置I中，對(duì)配置在副燃燒室85內(nèi)的靶部20照射激光L而產(chǎn)生等離子體，由此對(duì)混合氣體點(diǎn)火。在這樣的靶擊穿方式的點(diǎn)火方式中，與對(duì)混合氣體直接地點(diǎn)火的氣體擊穿方式相比點(diǎn)火所需要的激光L的能量更小。因此，能夠降低點(diǎn)火所需要的激光的能量。此外，由于能夠降低透過(guò)激光導(dǎo)入部84的激光L的能量，因此可以降低激光導(dǎo)入部84損傷的可能性。另外，由于能夠降低照射到靶部20的激光L的能量，因此能夠降低由于產(chǎn)生等離子體而減少的靶部20的減少量。因此，由于可以降低更換激光導(dǎo)入部84和靶部20的次數(shù)，因此能夠延長(zhǎng)激光點(diǎn)火裝置I的壽命。再有，由于激光L的能量小，因此能夠容易地使控制激光L的激光控制部15為小型。另外，能夠降低激光點(diǎn)火裝置I的制造成本。
[0046]另外，由于靶部20的損耗而使聚光點(diǎn)位置P與靶部20的位置逐漸地產(chǎn)生偏差。因此，在使用現(xiàn)有的靶擊穿方式的點(diǎn)火裝置中，需要激光的聚光點(diǎn)位置的調(diào)整、或者靶部的更換。另ー方面，在本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I中，由于能夠較寬地確保激光L的強(qiáng)度范圍12，因此不用頻繁地調(diào)整聚光點(diǎn)位置P或者更換靶部20，能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。
[0047]另外，在使用現(xiàn)有的火花塞的點(diǎn)火裝置中，若燃燒室內(nèi)的壓カ變高，則放電電壓升高，因而火花塞的壽命變短。另ー方面，本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置1，由將激光L照射到靶部20而產(chǎn)生的等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火，因而不需要使用火花塞。因此，與使用火花塞的點(diǎn)火裝置相比能夠更延長(zhǎng)激光點(diǎn)火裝置I的壽命。
[0048]另外，本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I優(yōu)選還具備調(diào)整在靶部20產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的激光L的強(qiáng)度范圍12、以及激光L的聚光點(diǎn)位置P的光學(xué)系統(tǒng)即透鏡14。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒓す釲的強(qiáng)度范圍12和聚光點(diǎn)位置P相對(duì)于靶部20調(diào)整到所期望的位置。
[0049]另外，在本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I中，優(yōu)選，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)即透鏡14，調(diào)整強(qiáng)度范圍12和聚光點(diǎn)位置P，以使強(qiáng)度范圍12包含靶部20并且聚光點(diǎn)位置P位于靶部20的跟前。通過(guò)這樣調(diào)整激光L的強(qiáng)度范圍12，從而靶部20包含于激光L的強(qiáng)度范圍12，因此能夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火。此外，通過(guò)將激光L的聚光點(diǎn)位置P調(diào)節(jié)到靶部20的跟前、即將聚光點(diǎn)位置P調(diào)節(jié)到副燃燒室85內(nèi)的混合氣體，從而能夠在聚光點(diǎn)位置P直接對(duì)混合氣體點(diǎn)火。因此，能夠一起產(chǎn)生靶擊穿和氣體擊穿，因此能夠更可靠地對(duì)混合氣體點(diǎn)火。此外，在使稀薄的預(yù)混合氣體或低發(fā)熱量的燃料燃燒時(shí)，向靶部20的熱損失成為問(wèn)題。另ー方面，本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置1，能夠同時(shí)地產(chǎn)生靶擊穿和氣體擊穿，因而能夠解決上述的問(wèn)題。特別地，在利用燃燒速度慢的沼氣(biogas)等時(shí)是有用的。
[0050]<實(shí)施例1>
[0051]使用具備本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置100，確認(rèn)本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的效果。從微片激光器即激光光源11出射的激光L，(l)使脈沖的重復(fù)頻率為數(shù)Hz以上；(2)使能量為每I脈沖0.15m J以上；(3)使脈沖寬度為Insec以下；(4)使光束品質(zhì)為1.2以下；(5)將激光波長(zhǎng)設(shè)定為混合氣體的吸收波長(zhǎng)區(qū)域即532nm。另外，主燃燒室67和副燃燒室85，(I)使副燃燒室容積為2.45cm3 ；(2)使燃燒時(shí)的主燃燒室容積為75.60cm3 ；(3)使壓縮比為7.29 ； (4)將壓縮前溫度設(shè)定為80°C。對(duì)于燃料而言使用了甲烷。表示甲烷與空氣的混合比的等量比在主燃燒室67中設(shè)定為0.6，在副燃燒室85中設(shè)定為1.25。另外，填充壓在主燃燒室67中設(shè)定為0.348MPa，在副燃燒室85中設(shè)定為 0.348MPa。
[0052]圖4和圖5是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I的效果的圖，表示主燃燒室67和副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。圖4表示將能量設(shè)定為每I脈沖0.94mJ的激光L照射到靶部20，使主燃燒室67內(nèi)的混合氣體燃燒時(shí)的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。此夕卜，圖4的曲線G3表示主燃燒室67的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化，曲線G4表示副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。如果確認(rèn)曲線G3的話，則可知由于在區(qū)間Zl中內(nèi)部壓カ急劇地升高，因此在該區(qū)間Zl中產(chǎn)生了主燃燒室67內(nèi)的混合氣體的燃燒。
[0053]圖5表示將能量設(shè)定為每I脈沖0.2ImJ的激光L照射到靶部20，使主燃燒室67內(nèi)的混合氣體燃燒時(shí)的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。此外，圖5的曲線G5表示主燃燒室67的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化，曲線G6表示副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。如果確認(rèn)曲線G5的話，則可知由于在區(qū)間Z2中內(nèi)部壓カ急劇地升高，因此在該區(qū)間Z2中產(chǎn)生了主燃燒室67內(nèi)的混合氣體的燃燒。
[0054]<實(shí)施例2>
[0055]接著，對(duì)可點(diǎn)火的激光L的能量進(jìn)行確認(rèn)。這里，將激光L的聚光點(diǎn)位置P調(diào)節(jié)到所期望的位置，使激光L的能量變化并確認(rèn)是否能夠?qū)χ魅紵?7的混合氣體點(diǎn)火。通過(guò)準(zhǔn)直器12使從激光光源11出射的激光L準(zhǔn)直，由透鏡14聚光并照射到靶部20。聚光點(diǎn)位置P從靶部20的激光L的照射面調(diào)節(jié)到2mm跟前。
[0056]圖6表示照射到靶部20的激光L的每I脈沖的能量與點(diǎn)火的成功與否的關(guān)系。點(diǎn)Dl至點(diǎn)D8的各點(diǎn)表示點(diǎn)火成功。點(diǎn)Dl至點(diǎn)D7的各點(diǎn)表示透鏡14所具有的焦點(diǎn)距離為IOOmm的情況下的結(jié)果。點(diǎn)D8表示透鏡14所具有的焦點(diǎn)距離為150mm的情況下的結(jié)果。如果確認(rèn)圖6的點(diǎn)Dl至點(diǎn)D7的話，則可知在使用焦點(diǎn)距離為IOOmm的透鏡14的情況下，每I脈沖的能量在0.2ImJ至0.94mJ的范圍內(nèi)點(diǎn)火成功。此外，如果確認(rèn)圖6的點(diǎn)D8的話，則可知在使用焦點(diǎn)距離為150mm的透鏡14的情況下，即使是在每I脈沖的能量為0.15mJ的情況下，點(diǎn)火也成功。這表示對(duì)于激光光源11而言使用微片激光器并且具備具有長(zhǎng)的焦點(diǎn)距離的透鏡14，因而即使使激光L的能量例如降低至每I脈沖0.15mJ,也可以點(diǎn)火。
[0057]<實(shí)施例3>
[0058]接著，確認(rèn)激光L的強(qiáng)度范圍12的長(zhǎng)度。這里，將激光L的每I脈沖的能量設(shè)定為所期望的量，使聚光點(diǎn)位置P變化并確認(rèn)是否能夠?qū)χ魅紵?7內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火。在本實(shí)施例中，將激光L的每I脈沖的能量設(shè)定為0.7mJ。另外，在本實(shí)施例中，關(guān)于聚光點(diǎn)位置P，將靶部20的跟前側(cè)設(shè)為正的方向，將與跟前側(cè)相反的方向設(shè)定為負(fù)的方向。再者，將聚光點(diǎn)位置P在+2mm至-1Omm之間階段性地調(diào)整。圖7表示聚光點(diǎn)位置P與點(diǎn)火的成功與否的關(guān)系。點(diǎn)Ml至MlO表示點(diǎn)火成功。參照?qǐng)D7的話，則可知在相對(duì)于靶部20在+2mm至-1Omm之間調(diào)整聚光點(diǎn)位置P時(shí)，能夠?qū)χ魅紵?7內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火。因此，確認(rèn)了在使本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I在上述的條件下動(dòng)作的情況下，能夠確保長(zhǎng)度為12mm的強(qiáng)度范圍12。
[0059]<實(shí)施例4>
[0060]接著，確認(rèn)利用氣體擊穿的點(diǎn)火的成功與否。在本實(shí)施例中，(I)使副燃燒室容積為9.6cm3 ；(2)使燃燒時(shí)的主燃燒室容積為168cm3 ；(3)使壓縮比為6.28 ； (4)將壓縮前溫度設(shè)定為100°C。此外，表示甲烷與空氣的混合比的等量比在主燃燒室67中設(shè)定為0.6，在副燃燒室85中設(shè)定為1.25。另外，填充壓在主燃燒室67中設(shè)定為0.250MPa,在副燃燒室85中設(shè)定為0.250MPa。激光L的聚光點(diǎn)位置P的位置調(diào)整到靶部20的跟前IOmm的位置。該聚光點(diǎn)位置P處于副燃燒室85的上下壁的中央。激光L的波長(zhǎng)設(shè)定為532nm。將激光L的每I脈沖的能量設(shè)定為1.02mJ。透鏡14使用焦點(diǎn)距離為150mm的透鏡。上述的設(shè)定以產(chǎn)生聚光于副燃燒室85內(nèi)的混合氣體的氣體擊穿為目標(biāo)。
[0061]圖8表示主燃燒室67和副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。曲線G7表示副燃燒室85的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化，曲線G8表示主燃燒室67的內(nèi)部壓カ的經(jīng)時(shí)變化。如果參照?qǐng)D8的曲線G7的話，則可知在區(qū)間Z3中副燃燒室85的內(nèi)部壓カ急劇地升高。確認(rèn)了通過(guò)在上述那樣的條件下使本實(shí)施方式所涉及的激光點(diǎn)火裝置I動(dòng)作，從而可以實(shí)現(xiàn)利用氣體擊穿的點(diǎn)火。
[0062]<變形例>
[0063]以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。例如，本發(fā)明所涉及的激光點(diǎn)火裝置I不僅能夠應(yīng)用于汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)，也能夠應(yīng)用于使用在熱電聯(lián)產(chǎn)(cogeneration)系統(tǒng)的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明所涉及的激光點(diǎn)火裝置I,能夠提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱效率。另外，由干與火花塞相比能夠更延長(zhǎng)壽命，因此能夠削減維護(hù)費(fèi)用。
[0064]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0065]根據(jù)本發(fā)明，能 夠可靠地產(chǎn)生等離子體來(lái)對(duì)混合氣體點(diǎn)火，并且能夠降低點(diǎn)火所需要的激光的能量。
[0066]符號(hào)的說(shuō)明
[0067]ト--激光點(diǎn)火裝置、n…激光光源、20…祀部、67--?主燃燒室、85--?副燃燒室、L…激光。
【權(quán)利要求】
1.ー種激光點(diǎn)火裝置，其特征在干， 是用于對(duì)燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的激光點(diǎn)火裝置， 具備: 配置在所述燃燒室內(nèi)的靶部；以及 配置在所述燃燒室外且出射用于照射到所述靶部的激光的激光光源， 所述激光光源是微片激光器。
2.如權(quán)利要求1所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在干， 還具備調(diào)整能夠在所述靶部產(chǎn)生用于對(duì)混合氣體點(diǎn)火的等離子體的所述激光的強(qiáng)度范圍、以及所述激光的聚光點(diǎn)位置的光學(xué)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在干， 所述光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整所述強(qiáng)度范圍和所述聚光點(diǎn)位置，以使所述強(qiáng)度范圍包含所述靶部，并且所述聚光點(diǎn)位置位于所述靶部的跟前。
【文檔編號(hào)】F02P23/04GK103459831SQ201180069855
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月5日
【發(fā)明者】古谷博秀, 曾根明弘, 酒井博 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社