[发明专利]激光点火装置

说明书

激光点火装置(1)被装配到内燃机(5)上，至少具备：激光火花塞(10)，具备保护光学元件不受燃烧室内产生的高温和高压的影响的光学窗(100)，预燃室管头(15)设有：筒状的预燃室(152)；截面积比预燃室小且有底筒状的预燃室喉管部(151)；以及在预燃室喉管部(151)的闭塞端(153)侧与燃烧室(500)连通的多个预燃室喷孔(150)，将预燃室管头(15)配置在光学窗(100)与燃烧室(500)之间，在预燃室(152)的内侧配置聚光点(FP)，将导入到预燃室(152)内的混合气点燃，从预燃室(152)向燃烧室(500)内喷出燃烧火焰而进行内燃机(5)的点火，在所述激光点火装置(1)中，使预燃室(152)的中心轴(AX_F)相对于预燃室喉管部(151)的中心轴(AX_S)在水平方向上偏心。

技术领域

本发明涉及激光点火装置，该装配在发动机上，将从激光振荡装置输出的脉冲激光聚光到与发动机的燃烧室连通的预燃室(prechamber)内而使导入到预燃室内的混合气点燃，从预燃室向燃烧室内喷出燃烧火焰来进行发动机的点火。

背景技术

近年来，作为废热发电用的气体燃料发动机、或稀薄混合气燃烧发动机等难点燃性的内燃机的点火装置，研究了各种各样的激光点火装置，使用半导体激光作为激励激光源，将从半导体激光发出的激励激光向Q开关式的激光共振器照射，发出能量密度较高的脉冲激光，再使用聚光机构聚光到混合气中，提高能量密度而进行混合气的点燃。

在这样的激光点火装置中，在激光火花塞的前端设置耐热性的光学窗，保护聚光透镜及激光共振器等的光学元件不受燃烧室内产生的较高的压力及高热的影响。

此外，通常在划分内燃机的燃烧室的气缸和在气缸内升降的活塞之间注入润滑油，以减小摩擦。

因此，有时润滑油成为雾状而向燃烧室内扩散，与混合气一起被缸内发生的气流运送而附着在光学窗的表面上。

在润滑油中也包含金属等不燃成分，有可能因为长期的使用而成为氧化物，作为沉积物堆积在光学窗上而使脉冲激光的透过率下降。

对于这样的问题，在日本特表2013-527376号公报中，记载了一种激光引导式外部点火装置，设有用来使激光束穿过配设在壳体(38)的燃烧室侧的端部(381)的预燃室(110)的节流孔(74)、以及将预燃室的内室(111)与燃烧室连结的至少1个送气端口(120)，当穿过送气端口而向预燃室内流入时，产生相对于激光火花塞的长度方向轴以45°的最小角度ε向节流孔的内侧流入的流体(F)的流动。

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在如以往的激光点火装置那样将设置在壳体的端部的预燃室与内燃机的燃烧室经由送气端口连通的情况下，在压缩时燃烧室内的混合气穿过送气端口，在预燃室内形成较强的滚涡流。

因此，在气体发动机等混合气的密度较低且难点燃性的内燃机中，即便使脉冲激光向导入到预燃室内的混合气聚光而产生火焰核，也有可能被较强的涡流吹灭。

此外，在以往的构造中，不能避免与较强的缸内气流一起微粒化的润滑油进入到预燃室内。为了使得该进入的润滑油不附着在燃烧室窗上，需要使节流孔的高度成为一定以上。

结果，节流孔的热容量必然变大，所以在火焰核发生初期因灭焰效应而点燃变得不稳定，与此相反，从燃烧火焰施加给节流孔的热能被蓄热，还有可能导致早燃。

进而，即使能够减少润滑油向燃烧室窗的直接附着，也不能避免润滑油飞沫进入预燃室内这种情况本身，所以如果因长期的使用而在节流孔的内周面上形成沉积物而由其一部分将脉冲激光的光路遮挡，也有可能发生脉冲激光的衍射，没有以充分的能量密度聚光，点燃变得不稳定。

在此，本发明鉴于这样的情况，提供一种以简单的结构抑制润滑油向光学窗的附着、并且实现更高的燃烧速度而实现稳定点燃的激光点火装置。