DE10144590A1

DE10144590A1 - Fuel injection valve has integrated or connected laser ignition arrangement with channel in continuous optical contact with split point of optical conductor or other split optical coupling point

Info

Publication number: DE10144590A1
Application number: DE2001144590
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ufermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-03-27

Abstract

The device has an integrated or connected laser ignition device with a channel (5,8,11,20) in continuous optical contact with an optical conductor splitting point (6) or a further split optical coupling point in its injector upper part (7), injector housing (10) and nozzle body (13) or in a mechanical extension. The device has solid or liquid or colloidal optical conductors and angle-varying focusing optical elements at the laser output point.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Brennstoffeinspritzventil mit integrierter bzw. form- oder kraftschlüssig mit ihm verbundenen Laserzündung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. The invention relates to an arrangement for a fuel injector with an integrated or molded or non-positively connected laser ignition for direct injection of fuel into the combustion chamber Internal combustion engine and for igniting the fuel injected into the combustion chamber according to the generic term of claim 1 specified Art.

Bei Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Platzierung von funktionsbedingten Elementen ergeben sich schnell Raumprobleme, so dass entwicklungsseitig versucht wird konventionelle Lösungen mit separaten Zündkerzen durch Brennstoffeinspritzventile mit integrierten Zündsystemen zu ersetzen. In internal combustion engines with a large number of openings for the placement of function-related Space problems quickly arise for elements, so that the development side tries to find conventional ones Replace solutions with separate spark plugs with fuel injectors with integrated ignition systems.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kleinbauende, mechanisch einfache und funktionssichere Anordnung mit möglichst hoher Standzeit zur Brennstoff-Direkt- Einspritzung mit integriertem optischen Zündsystem unter Einsatz einer Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen. Based on this prior art, the invention has for its object a Small, mechanically simple and functionally reliable arrangement with the longest possible service life for direct fuel Injection with integrated optical ignition system using an arrangement in the preamble of To create claim 1 type.

Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Anordnung der Eingangs genannten Art vorrangig von anderen Technologien dadurch, dass in die Wandung des Injektorgehäuses Kanäle eingebracht sind durch die der Zündlaser mittels optischer Leiter bis in den Brennraum geführt werden kann bzw. dass der Injektor form- oder kraftschlüssig in eine Hülse eingelassen ist, deren Wandung ebenfalls die Kanäle zur Führung des Zündlasers bis in den Brennraum aufweisen. According to the invention, the arrangement of the type mentioned above differs primarily from others Technologies in that channels are introduced into the wall of the injector housing through which the The ignition laser can be guided into the combustion chamber by means of an optical conductor or that the injector is shaped or is non-positively embedded in a sleeve, the wall of which is also the channels for guiding the ignition laser up to have the combustion chamber.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch dir von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous Further developments of the invention are characterized by claims dependent on this claim.

In folgendem wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit drei Zeichnungen beschrieben. In the following, the invention is based on preferred exemplary embodiments in conjunction with described three drawings.

Dabei zeigt: It shows:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittzeichnung in Vorderansicht, wobei der Laser (2) nach optischer Einkopplung durch das Kupplungselement (4) über die in die Gehäusewandung des Brennstoffeinspritzventil (1) integrierten Kanäle (5, 8, 11) bis zur Laseraustrittsstelle (14) geführt wird, um hier endständig direkt fokussiert oder unfokussiert bzw. mittels eines optischen Systems, welches winkelverändernde und gleichzeitig fokussierende Merkmale aufweist, in den Brennraum ausgekoppelt werden und in den Zündpunkten (15, 16, 17, 18) den strahlgeführt abgespritzten Kraftstoff in optimaler Brennraumtiefe zünden. Um eine effiziente Doppelzündung sicherzustellen, kann ein zweiter Zündort durch den Laser (2) bei dessen gleicher energetischer Teilung über den Splittpunkt (6) über den Kanal (21) zur Laseraustrittsstelle (19) geführt werden. Der Laser (20) kann auch - wenn raummäßig möglich - separat über eine zweites Kupplungselement eingeleitet werden. Der Düsenkörper (13) kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch mit einem Standard-Zündkerzengewinde versehen werden. Fig. 1 is a simplified sectional drawing in front view, the laser ( 2 ) after optical coupling through the coupling element ( 4 ) via the integrated in the housing wall of the fuel injector ( 1 ) channels ( 5 , 8 , 11 ) to the laser exit point ( 14 ) in order to be directly focused or unfocused at the end or by means of an optical system that has angle-changing and simultaneously focusing features, are coupled out into the combustion chamber and ignite the spray-guided sprayed fuel at the optimum combustion chamber depth at the ignition points ( 15 , 16 , 17 , 18 ) , In order to ensure efficient double ignition, a second ignition location can be guided by the laser ( 2 ) with the same energetic division via the splitting point ( 6 ) via the channel ( 21 ) to the laser exit point ( 19 ). The laser ( 20 ) can also - if possible in terms of space - be introduced separately via a second coupling element. In a preferred embodiment, the nozzle body ( 13 ) can also be provided with a standard spark plug thread.

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittzeichnung in Vorderansicht, wobei das Brennstoffeinspritzventil (30) kraft- oder formschlüssig von der Injektorhülse (51) umgeben wird. In dieser Ausführungsform kann z. B. ein standard Brennstoffeinspritzventil eingesetzt werden, wobei die Düsenkörperhülse (38) vorteilhafterweise mit einem Zündkerzen-Standardgewinde versehen ist. Werden die Laseraustrittsstellen (39, 44) mit winkelverändernden und gleichzeitig fokussierenden optischen Elementen versehen, so kann auch ein gemeinsamer Zündort in bestimmter Brennraumtiefe festgelegt werden, wobei der erste höherenergetische Laser-Impuls die Plasmaphase provoziert, während der zweite geringer energetische Laser-Impuls die eigentliche Zündphase einleitet. Fig. 2 is a simplified sectional drawing in front view, the fuel injector ( 30 ) being surrounded by the injector sleeve ( 51 ) in a non-positive or positive manner. In this embodiment, e.g. B. a standard fuel injector can be used, wherein the nozzle body sleeve ( 38 ) is advantageously provided with a spark plug standard thread. If the laser exit points ( 39 , 44 ) are provided with optical elements that change the angle and at the same time focus, a common ignition location can also be determined at a certain combustion chamber depth, the first higher-energy laser pulse provoking the plasma phase, while the second lower-energy laser pulse the actual one Initiates ignition phase.

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittzeichnung in Vorderansicht, wobei der Laser (60) auf das Zündblech (61) trifft, welches metallisch oder auch als integrales Keramikteil ausgeführt sein kann. Es können auch mehrere Zündbleche zur Anwendung kommen. Bezugszeichenliste 1 Brennstoffeinspritzventil
2 Laser
3 optische Einkopplung
4 Kupplungselement
5 Kanal
6 Splittpunkt
7 Injektoroberteil
8 Kanal
10 Injektorgehäuse
11 Kanal
13 Düsenkörper
14 Laseraustrittsstelle
15 Zündpunkt
16 Zündpunkt
17 Zündpunkt
18 Zündpunkt
19 Laseraustrittsstelle
20 Laser
21 Kanal
22 Kraftstoffzufuhr
23 Steuerungsanschluss
30 Brennstoffeinspritzventil
21 Laser
32 optische Einkopplung
33 Kupplungselement
34 Kanal
36 Injektorgehäusehülse
37 Düsenkörper
38 Düsenkörperhülse
39 Laseraustrittsstelle
40 Zündpunkt
41 Zündpunkt
42 Zündpunkt
43 Zündpunkt
44 Laseraustrittsstelle
45 Laser
46 Kanal
47 Injektorgehäuse
48 Kupplungselement
49 optische Kopplung
50 Sechskant
51 Injektorhülse
60 Laser
61 Zündblech
Fig. 3 is a simplified sectional drawing in front view, the laser ( 60 ) striking the ignition plate ( 61 ), which can be metallic or as an integral ceramic part. Several ignition plates can also be used. REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel injector
2 lasers
3 optical coupling
4 coupling element
5 channel
6 split point
7 upper part of the injector
8 channel
10 injector housings
11 channel
13 nozzle body
14 laser exit point
15 ignition point
16 ignition point
17 ignition point
18 ignition point
19 laser exit point
20 lasers
21 channel
22 Fuel supply
23 Control connection
30 fuel injector
21 lasers
32 optical coupling
33 coupling element
34 channel
36 injector housing sleeve
37 nozzle body
38 nozzle body sleeve
39 Laser exit point
40 ignition point
41 ignition point
42 ignition point
43 ignition point
44 laser exit point
45 lasers
46 channel
47 injector housing
48 coupling element
49 optical coupling
50 hexagon
51 injector sleeve
60 lasers
61 ignition plate

Claims

1. Fuel injection valve with integrated or positively or non-positively connected laser ignition for direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine and for igniting the fuel injected into the combustion chamber, characterized in that the fuel injection valve ( 1 ) in its upper part ( 7 ), in the injector housing ( 10 ) and in the nozzle body ( 13 ) or in a mechanical extension, the channel ( 5 , 8 , 11 , 20 ) and the splitting point ( 6 ) of the optical conductor or a further split optical coupling point are in continuous optical contact with one another, or that the fuel injection valve ( 30 ) has a positive or non-positive and axially concentric or non-axially concentrically the injector sleeve ( 51 ) surrounding it with the hexagon ( 50 ) and the channel ( 34 , 46 ), the associated channels being offset from one another by 180 ° are and by the respective associated Kupp tion element ( 4 , 33 , 48 ) of the laser ( 2 , 31 , 45 ) can be introduced by means of optical coupling, the channels listed being provided with one-piece solid or liquid or colloidal optical conductors connected in a positively or non-positively connected manner or a mechanical one There is play to the walls and at the laser exit point ( 14 , 19 , 39 , 44 ) are optically coupled into the combustion chamber, the laser exit point ( 14 , 19 , 39 , 44 ) also having captive angle-changing and at the same time focusing optical elements connected to them are in optical contact, can be provided, the change in angle up to the point overlap of the lasers deflected by them being possible and also the ignition point ( 15 , 16 , 17 , 18 , 40 , 41 , 42 , 43 ) or further ignition points being formed can be, an ignition point or an ignition-inducing optohermal contact of the laser ( 60 ) also on the integral or welded ignition plate ( 61 ) can take place, which can have any angle to the injector axis.

2. The fuel injector as claimed in claim 1, characterized in that the nozzle body ( 13 ) or the nozzle body sleeve ( 38 ) has more than two channels with laser introduction, which also each have different tasks, such as the introduction of light into the combustion chamber, fuel concentration measurements, gas composition measurements, detection of fuel drops, Residual gas percentage measurements and lambda measurements can take over.

3. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the nozzle body ( 13 ) or the nozzle body sleeve ( 38 ) is designed as a thread and in a particularly preferred embodiment has a standard spark plug thread.

4. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that more than one ignition plate ( 61 ) is used.

5. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optical conductors worked at their terminal exit areas on the combustion chamber as an optical element are that an angle-altered beam version is deflected from the optical axis.

6. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ignition plate ( 61 ) is designed with a metallic coating or in the region of the impact point of the laser consists of ceramic or a ceramic element is captively embedded there.