DE102004038735A1

DE102004038735A1 - Process for internal mixture formation by means of laser beam and combustion engine

Info

Publication number: DE102004038735A1
Application number: DE200410038735
Authority: DE
Inventors: Marco Gangi; Udo Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2006018339A1

Abstract

Bei einem Verbrennungsmotor 2, bei dem ein Kraftstoffstrahl 8 in ein Innenvolumen 4 eines Zylinders 1 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt wird, wird zur inneren Gemischbildung ein von einem Laser 9 erzeugter Laserstrahl 10 auf den Kraftstoffstrahl 8 fokussiert.In an internal combustion engine 2, in which a fuel jet 8 is injected into an internal volume 4 of a cylinder 1 of the internal combustion engine 2, a laser beam 10 generated by a laser 9 is focused on the fuel jet 8 for internal mixture formation.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur inneren Gemischbildung eines Verbrennungsmotors nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The The invention is based on a method for internal mixture formation an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Derartige Verfahren sind beispielsweise im „Handbuch Dieselmotoren, Klaus Mollenhauer", Springer-Verlag, ISBN 3-540-62514-3 beschrieben.such Procedures are for example in the "manual diesel engines, Klaus Mollenhauer ", Springer-Verlag, ISBN 3-540-62514-3 is described.

Bei den aus dieser Veröffentlichung bekannten Verfahren zur inneren Gemischbildung eines Verbrennungsmotors wird ein Kraftstoffstrahl in ein Innenvolumen eines Zylinders des Verbrennungsmotors mittels einer eine Düsenöffnung aufweisenden Direkteinspritzinjektordüse eingespritzt. Die Gemischbildung erfolgt dabei durch den Zerfall des Kraftstoffstrahls in der sich im Zylinderinnenraum befindenden Luft. Der mittels des Kraftstoffeinspritzsystems direkt in den Zylinderinnenraum eingespritzte Kraftstoffstrahl zerfällt im Wesentlichen durch Zerwellung des Kraftstoffmantels des Einspritzstrahls sowie durch die nachfolgende Bildung von Kraftstofftröpfchen und deren Vermischung mit der Luft. Weiter tritt ein zum Zerfall des Kraftstoffstrahls führendes Verdampfen des Kraftstoffes ein. Diese Vorgänge werden mit zunehmender Expansionskraft und deshalb mit zunehmendem Einspritzdruck intensiviert. Der Zerfall des Kraftstoffstrahls beeinflusst wesentliche Motoreigenschaften wie Leistung, Kraftstoffverbrauch und Emissionszusammensetzung entscheidend. Ein vor der Verbrennung unvollständig zerfallener Kraftstoffstrahl führt dabei zu negativen Motoreigenschaften.at from this publication known methods for internal mixture formation of an internal combustion engine is a fuel jet in an inner volume of a cylinder of the Internal combustion engine injected by means of a nozzle opening having direct injection injector nozzle. The mixture is formed by the decay of the fuel jet in the air in the cylinder interior. The means of the Fuel injection system injected directly into the cylinder interior fuel jet decays essentially by swelling of the fuel jacket of the injection jet as well by the subsequent formation of fuel droplets and their mixing with the air. Next occurs to the decay of the fuel jet leading evaporation of the fuel. These operations will be with increasing power of expansion and therefore with increasing injection pressure intensified. The decay of the fuel jet affects significant Engine characteristics such as power, fuel consumption and emission composition crucial. An incompletely decayed fuel jet before incineration leads to negative engine characteristics.

Bei diesen bekannten Verfahren zur inneren Gemischbildung eines Verbrennungsmotors wird der Zerfall des Kraftstoffstrahls allein durch den Einspritzdruck und die Form der Düsenöffnungen der Direkteinspritzinjektordüse bestimmt. Diese Merkmale des Kraftstoffeinspritzsystems lassen sich hinsichtlich der Vervollständigung des Zerfalls des Kraftstoffstrahls nur noch geringfügig optimieren. Die innere Gemischbildung von Verbrennungsmotoren mit direkteinspritzenden Injektoren ist bei den bekannten Verfahren nicht optimal, da ein vollständiger Zerfall des Kraftstoffstrahls mit diesen Verfahren nicht oder nur schwer erreichbar ist.at this known method for internal mixture formation of an internal combustion engine The decay of the fuel jet is solely due to the injection pressure and the shape of the nozzle openings the direct injector nozzle certainly. These features of the fuel injection system can be in terms of completion Only slightly optimize the decay of the fuel jet. The internal mixture formation of internal combustion engines with direct injection Injectors is not optimal in the known methods, as a complete Disintegration of the fuel jet with these methods not or only with difficulty is reachable.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur inneren Gemischbildung eines Verbrennungsmotors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sehr schnell je nach Leistung und Einwirkfläche, also Fokussierung, des Laserstrahls so hohe Temperaturen am Auftreffort des Laserstrahls auf den Kraftstoffstrahl erreicht werden, dass es zu einer Verdampfung des Kraftstoffs kommt. Der durch die Verdampfung des Kraftstoffstrahls entstehende Druckanstieg und die damit verbundene Expansionskraft führen wiederum zu einer weiteren explosionsartigen Zerstäubung des Kraftstoffstrahls. Dadurch werden die Bildung kleinster Kraftstofftröpfchen und deren Vermischung mit der Luft intensiviert. Durch den so erreichten vollständigen Zerfall des Kraftstoffstrahls wird z.B. eine geringere Russbildung als mit bisherigen Gemischbildungsverfahren bewirkt. Durch die erfindungsgemäße innere Gemischbildung erfolgt eine sehr gute Vermischung von Kraftstoff und Luft. Dies entspräche einer starken Anhebung des Einspritzdrucks bei bekannten Gemischbildungsverfahren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verdampfung und/oder Zündung und Verbrennung und/oder Ablenkung des eingespritzten Kraftstoffstrahls besonders vorteilhaft bewirkt.The inventive method for internal mixture formation of an internal combustion engine with the characterizing Features of claim 1 has the advantage that very fast depending on power and effective area, So focusing, the laser beam so high temperatures at the impact the laser beam on the fuel jet can be achieved it comes to an evaporation of the fuel. The one by the evaporation the fuel jet resulting pressure increase and the associated Lead to expansion turn to another explosive atomization of the Fuel jet. As a result, the formation of very small droplets of fuel and their Intensification mixed with the air. By the thus achieved complete decay of the fuel jet is e.g. a lower soot formation than with causes previous mixture formation process. By the invention inner Mixture formation takes place a very good mixing of fuel and air. This would correspond a strong increase of the injection pressure in known mixture formation processes. With the method according to the invention is the Evaporation and / or ignition and combustion and / or deflection of the injected fuel jet causes particularly advantageous.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the subject invention are the description, drawings and claims removable.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments an internal combustion engine according to the invention, to carry out the inventive method is set up, are shown schematically in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einem Laser zur erfindungsgemäßen laserinduzierten inneren Gemischbildung, in einem Längsschnitt; und 1 a first embodiment of the internal combustion engine according to the invention with a laser for laser-induced internal mixture formation according to the invention, in a longitudinal section; and

2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einem Laser zur erfindungsgemäßen laserinduzierten inneren Gemischbildung, in einem Längsschnitt; 2 a second embodiment of the internal combustion engine according to the invention with a laser for laser-induced internal mixture formation according to the invention, in a longitudinal section;

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Der in 1 gezeigte Zylinder 1 eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 2 mit einer Direkteinspritzinjektordüse 3 weist ein Innenvolumen 4 und eine Zylinderwand 5 auf. Durch zwei Düsenöffnungen 6, 7 der Direkteinspritzinjektordüse 3 wird nacheinander ein Kraftstoffstrahl 8 in das Innenvolumen 4 des Zylinders 1 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt. Der Verbrennungsmotor 2 weist einen Laser 9 auf, dessen Laserstrahl 10 auf einen Auftreffort 11 auf dem Kraftstoffstrahl 8 fokussiert wird. Der Auftreffort 11 kann, je nach dem, wie stark der Laserstrahl 10 fokussiert ist, eine unterschiedlich große Fläche aufweisen. Der Laser 9 weist eine Ablenkoptik 12 auf. Mittels dieser Ablenkoptik 12, die z.B. aus einem gesteuert verkippbaren Spiegel bestehen kann, lässt sich der Laserstrahl 10 auf einen beliebigen Auftreffort 11 lenken. Durch einen hochkonzentrierten thermischen Effekt am Ort des Auftreffens, also am Auftreffort 11 des Laserstrahls 10 auf den eingespritzten Kraftstoffstrahl 8, zerfällt der Kraftstoffstrahl 8, wodurch ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft gebildet wird. Die auf den flüssigen Kraftstoffstrahl 8 auftreffende Lichtenergie wird absorbiert und in thermische Energie, d.h. Wärme, umgewandelt.The in 1 shown cylinder 1 an internal combustion engine according to the invention 2 with a direct injector nozzle 3 has an internal volume 4 and a cylinder wall 5 on. Through two nozzle openings 6 . 7 the direct injector nozzle 3 is successively a fuel jet 8th in the interior volume 4 of the cylinder 1 of the internal combustion engine 2 injected. The internal combustion engine 2 has a laser 9 on, its laser beam 10 on a place of impact 11 on the fuel jet 8th is focused. Of the impingement 11 can, depending on how strong the laser beam 10 is focused, have a different size area. The laser 9 has a deflection optics 12 on. By means of this deflection optics 12 , which can consist for example of a controlled tilting mirror, the laser beam can be 10 to any place of impact 11 to steer. Through a highly concentrated thermal effect at the place of impact, ie at the point of impact 11 of the laser beam 10 on the injected fuel jet 8th , the fuel jet breaks down 8th , whereby a mixture of fuel and air is formed. The on the liquid fuel jet 8th incident light energy is absorbed and converted into thermal energy, ie heat.

Bei dem Laser 9 kann es sich prinzipiell um eine Ausführungsform eines beliebigen Lasertyps, z.B. einen Festkörperlaser, Gaslaser oder einen Halbleiterlaser, handeln. Halbleiterlaser, insbesondere Halbleiterdiodenlaser, besitzen gegenüber anderen Lasertypen den Vorteil, dass sie sich mit bekannter Halbleitertechnologie herstellen lassen, sich leicht in elektronische Schaltungen integrieren lassen, klein sind, einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und eine lange Lebensdauer haben. Da die Ausgangsleistung einer einzelnen emittierenden Laserdiode begrenzt ist, kann bevorzugt das Licht mehrerer einzelner Halbleiterlaser zu einem Gesamtstrahl gebündelt werden. Letzteres wird durch Diodenemittergruppen realisiert. Bei dem schematisch dargestellten Verbrennungsmotor 2 handelt es sich um einen Dieselmotor. Es ist also, wie gezeichnet, keine Zündkerze vorhanden. Anstelle einer Glühkerze ist der Laser 9 montiert. Die Leistungsaufnahme des Lasers 9 wird mit einer Steuereinheit 15 derart gesteuert, dass mittels des Laserstrahls 10 ein Verdampfen des Kraftstoffstrahls 8 vorgenommen wird. Dabei wird die Leistungsaufnahme bevorzugt derart eingestellt, dass der Kraftstoffstrahl 8 vollständig im Innenvolumen 4 des Zylinders 1 verdampft, d.h. der Kraftstoffstrahl nicht auf z.B. die Zylinderwand 5 des Zylinders 1 oder die Oberfläche des Kolbens 16 oder ein sonstiges Hindernis auftrifft. Dazu kann zusätzlich zur Leistungsaufnahme die Einwirkzeit des Laserstrahls 10 variiert werden. Eine maximale Verdampfung und damit ein maximales Zerfallen des Kraftstoffstrahls 8 ergeben sich durch die Einwirkung des Laserstrahls 10 von Einspritzbeginn bis Einspritzende auf den Kraftstoffstrahl 8. Möglich ist auch eine nach Einspritzbeginn zeitlich verzögerte Einwirkung des Laserstrahls 10 auf den Kraftstoffstrahl 8, um den Kraftstoffstrahl 8 in den Brennraum, d.h. das Innenvolumen 4 des Zylinders 1, eindringen zu lassen bzw. eine homogene Verteilung im Brennraum und Durchmischung mit der im Brennraum befindlichen Luft zu erreichen.At the laser 9 In principle, it may be an embodiment of any type of laser, eg a solid-state laser, gas laser or a semiconductor laser. Semiconductor lasers, in particular semiconductor diode lasers, have the advantage over other types of lasers that they can be produced using known semiconductor technology, can be easily integrated into electronic circuits, are small, have high efficiency and have a long service life. Since the output power of a single emitting laser diode is limited, preferably the light of a plurality of individual semiconductor lasers can be bundled into a total beam. The latter is realized by diode emitter groups. In the schematically illustrated internal combustion engine 2 it is a diesel engine. So it is, as drawn, no spark plug available. Instead of a glow plug is the laser 9 assembled. The power consumption of the laser 9 comes with a control unit 15 controlled such that by means of the laser beam 10 an evaporation of the fuel jet 8th is made. The power consumption is preferably set such that the fuel jet 8th completely in the interior volume 4 of the cylinder 1 evaporates, ie the fuel jet not on eg the cylinder wall 5 of the cylinder 1 or the surface of the piston 16 or another obstacle hits. For this purpose, in addition to the power consumption, the exposure time of the laser beam 10 be varied. A maximum evaporation and thus a maximum decay of the fuel jet 8th result from the action of the laser beam 10 from start of injection to end of injection on the fuel jet 8th , It is also possible after the start of injection time delayed action of the laser beam 10 on the fuel jet 8th to the fuel spray 8th into the combustion chamber, ie the internal volume 4 of the cylinder 1 to allow penetration or to achieve a homogeneous distribution in the combustion chamber and mixing with the air in the combustion chamber.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei Einspritztypen ohne Verbrennung vorteilhaft möglich. Z.B. wird bei Einspritzungen zur Regeneration eines Partikelfilters der Kraftstoffstrahl 8 so spät eingespritzt, dass dieser nicht im Motor verbrennt. Liegt der Einspritzbeginn weiter als ca. 35° Kurbelwelle nach oberem Totpunkt (KW n. OT), dann kommt es bei Verbrennungsmotoren gemäß Stand der Technik aufgrund der Strahlkraft des Kraftstoffstrahls 8 zu dessen Auftreffen auf die Zylinderwand 5. Die Folge sind Schmierfilmabspülung und eine Schmierölverdünnung. Hier lässt sich besonders vorteilhaft die laserinduzierte Gemischbildung, also das erfindungsgemäße Verfahren, anwenden. Der Kraftstoffstrahl 8 verdampft durch das Einwirken des Laserstrahls 10 auf dessen Weg im Brennraum so früh, dass er die Zylinderwand 5 nicht erreicht, d.h., Kraftstofftröpfchen erreichen die Zylinderwand 5 nicht, bzw. deren Auftreffkraft ist so gering, dass es nicht zu einer wesentlichen Schmierfilmabspülung und Schmierölverdünnung kommen kann. Die Leistung des Laserstrahls 10 wird dabei derart bemessen, dass es nicht zur Zündung des Kraftstoffstrahls 8 und damit zur Verbrennung des Kraftstoff Luft Gemisches im Brennraum kommen kann. Dadurch lassen sich sehr späte Einspritzbeginne von Nacheinspritzungen realisieren.Another possible application of the method according to the invention is advantageously possible with injection types without combustion. For example, in injections for the regeneration of a particulate filter, the fuel jet 8th injected so late that it does not burn in the engine. If the start of injection is more than about 35 ° crankshaft after top dead center (KW n. OT), then it comes in internal combustion engines according to the prior art due to the radiant power of the fuel jet 8th to its impact on the cylinder wall 5 , The result is lubricating film rinsing and a lubricating oil dilution. Here, the laser-induced mixture formation, ie the method according to the invention, can be used particularly advantageously. The fuel jet 8th evaporated by the action of the laser beam 10 on his way in the combustion chamber so early that he's the cylinder wall 5 not reached, ie, fuel droplets reach the cylinder wall 5 not, or their impact force is so low that it can not lead to a significant Schmierfilmabspülung and Schmierölverdünnung. The power of the laser beam 10 is dimensioned such that it does not ignite the fuel jet 8th and thus the combustion of the fuel air mixture in the combustion chamber can come. This makes it possible to realize very late injection starts of post-injections.

Bei den in Verbrennungsmotoren 2 meist angewendeten Direkteinspritzinjektordüsen 3 mit mehreren Düsenöffnungen 6, 7 (Mehrlochdüse) kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Laserstrahl 10 optisch so abgelenkt werden, dass er auf alle aus den Düsenöffnungen 6, 7 austretenden Kraftstoffstrahlen 8 einwirkt. Die Einwirkrichtung des Laserstrahls 10 auf den Kraftstoffstrahl 8 ist im dargestellten Verbrennungsmotor 2 mit einer Direkteinspritzinjektordüse 3 mit zwei Düsenöffnungen 6, 7 derart gewählt, dass der Laserstrahl 10 auf einen Auftreffort 11 auf dem Kraftstoffstrahl 8 an dessen Austritt aus den Düsenöffnungen 6, 7 fokussiert ist. Dabei ist der Laserstrahl 10 auf jeweils eine einzelne Düsenöffnung 6 fokussiert. Mittels der Ablenkoptik 12 kann der Laserstrahl 10 derart abgelenkt werden, dass er aufeinander folgend auf jede Düsenöffnung 6, 7 der Direkteinspritzinjektordüse 3 fokussiert wird. Im Fall der dargestellten Direkteinspritzinjektordüse 3 wird der Laserstrahl 10 dann von der ersten Düsenöffnung 6 auf die zweite Düsenöffnung 7 umgelenkt. Alternativ kann auch jedem Kraftstoffstrahl bzw. jeder Düsenöffnung ein Laserstrahl zugeordnet sein.In the case of internal combustion engines 2 most used direct injector nozzles 3 with several nozzle openings 6 . 7 (Multi-hole nozzle), in the method according to the invention, the laser beam 10 visually deflected so that it is on all the nozzle orifices 6 . 7 emerging fuel jets 8th acts. The direction of action of the laser beam 10 on the fuel jet 8th is in the illustrated internal combustion engine 2 with a direct injector nozzle 3 with two nozzle openings 6 . 7 chosen such that the laser beam 10 on a place of impact 11 on the fuel jet 8th at its exit from the nozzle openings 6 . 7 is focused. Here is the laser beam 10 on each a single nozzle opening 6 focused. By means of the deflection optics 12 can the laser beam 10 be deflected so that it consecutively on each nozzle opening 6 . 7 the direct injector nozzle 3 is focused. In the case of the illustrated direct injection injector nozzle 3 becomes the laser beam 10 then from the first nozzle opening 6 on the second nozzle opening 7 diverted. Alternatively, each laser beam or each nozzle opening may be associated with a laser beam.

In einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 2 mit einer Direkteinspritzinjektordüse 3, die als eine 1-Lochdüse ausgeführt ist, kann der aus der einzelnen Düsenöffnung austretende Kraftstoffstrahl 8 mit dem Laser 9 verdampft werden, ohne eine Umlenkung vorzunehmen.In one embodiment of an internal combustion engine according to the invention 2 with a direct injector nozzle 3 , which is designed as a 1-hole nozzle, the fuel jet emerging from the individual nozzle opening 8th with the laser 9 be evaporated, without making a diversion.

Alternativ kann der Laserstrahl 10 auf einen Auftreffort 11 auf dem Kraftstoffstrahl 8, der von dessen Austritt aus der Düsenöffnung 6, 7 versetzt ist, fokussiert werden. D.h., der Auftreffort 11 wird nicht direkt an einer Düsenöffnung 6, 7, sondern in einem Bereich des Kraftstoffstrahls 8, der sich weiter im Innenvolumen 4 befindet, gewählt. Mittels einer Fokussierung des Laserstrahls 10 auf den Auftreffort 11 auf dem Kraftstoffstrahl 8 im Zylindervolumen kann eine Lenkung des Kraftstoffstrahls 8 realisiert werden. Z.B. kann der Kraftstoffstrahl 8 in Richtung eines Auslassventils 17 gelenkt werden. Es ist auch eine Beeinflussung der Eindringtiefe des Kraftstoffstrahls 8 in das Innenvolumen 4 möglich. Erfolgt eine zum Austritt versetzte Einwirkung, so kann durch seitliche Verdampfung des Kraftstoffstrahls 8 dieser durch die Expansion des entstehenden Kraftstoffdampfes gezielt abgelenkt werden. So ist es z.B. möglich, die späte Nacheinspritzung gezielt in Richtung Auslassventil 17 zu lenken und Effekte wie Schmierfilmabspülungen und Schmierölverdünnung zu vermeiden. Umlenkmechanismen über eine Form der Brennmulde eines Kolbens und damit verbundene Wandfilmeffekte können vermieden werden. Wird der Laserstrahl 10 mit seinem Ort des Einwirkens der Einspritzstrahlrichtung entgegenbewegt oder mit dem sich ausbreitenden Strahl geführt, so ist eine gezielte Beeinflussung der Strahlkraft und Eindringtiefe des Kraftstoffstrahls 8 möglich.Alternatively, the laser beam 10 on a place of impact 11 on the fuel jet 8th that of its exit from the nozzle opening 6 . 7 is offset, be focused. That is, the place of impact 11 will not the di right at a nozzle opening 6 . 7 but in an area of the fuel jet 8th that continues in the interior volume 4 is selected. By means of a focusing of the laser beam 10 on the place of impact 11 on the fuel jet 8th in the cylinder volume can be a steering of the fuel jet 8th will be realized. For example, the fuel spray 8th in the direction of an exhaust valve 17 be steered. It is also an influence on the penetration depth of the fuel jet 8th in the interior volume 4 possible. If there is an effect offset to the outlet, it can be due to lateral evaporation of the fuel jet 8th These are deflected targeted by the expansion of the resulting fuel vapor. So it is possible, for example, the late post-injection targeted towards exhaust valve 17 to steer and avoid effects such as lubricating film rinsing and lubricating oil dilution. Deflection mechanisms over a shape of the combustion trough of a piston and associated wall film effects can be avoided. Will the laser beam 10 with its location of the action of the injection jet direction counteracted or guided with the propagating beam, so is a targeted influencing the jet force and penetration depth of the fuel jet 8th possible.

Die Leistung des Lasers 9 kann mit der Steuereinheit 15 auch derart gesteuert werden, dass der Kraftstoffstrahl 8 mittels des Laserstrahls 10 gezündet wird. Je nach Intensität des Laserstrahls 10, d.h. dessen Einwirkintensität auf den Kraftstoffstrahl 8, kommt es zu einer Erwärmung, Verdampfung oder gezielten Zündung des Kraftstoffstrahls 8. Die Leistung des Lasers 9 kann so gewählt werden, dass im Falle eines Dieselmotors durch die laserinduzierten Gemischbildung eine Glühkerze entfallen kann. Die bei Dieselmotoren vorhandene Bohrung 19 für den Glühstift kann dann für den Laser 9 verwendet werden. Je nach Bündelung, d.h. Stärke der Fokussierung, des Laserstrahls 10 können die Einwirkfläche, also die Fläche des Auftreffortes 11, und Intensität variiert werden. Für lediglich eine Erwärmung des Kraftstoffstrahls 8 ist eine großflächige Einwirkung des Laserstahls 10 auf den Kraftstoffstrahl 8 sinnvoll, wobei für eine Verdampfung des Kraftstoffstrahls 8 eine weniger großflächige Einwirkfläche, also eine stärkere Fokussierung, eingesetzt werden kann. Eine gezielte Zündung ist punktuell an jedem vom Laserstrahl 10 zu erreichenden Ort im Brennraum möglich. Die Intensität des Laserstrahls 10 kann in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge variiert werden.The power of the laser 9 can with the control unit 15 Also be controlled so that the fuel jet 8th by means of the laser beam 10 is ignited. Depending on the intensity of the laser beam 10 , ie its intensity of action on the fuel jet 8th , it comes to a warming, evaporation or targeted ignition of the fuel jet 8th , The power of the laser 9 can be chosen so that in the case of a diesel engine by the laser-induced mixture formation a glow plug can be omitted. The existing hole in diesel engines 19 for the glow plug can then for the laser 9 be used. Depending on the bundling, ie intensity of focusing, of the laser beam 10 can be the effective area, ie the area of the place of impact 11 , and intensity can be varied. For just a heating of the fuel jet 8th is a large-scale effect of laser steel 10 on the fuel jet 8th makes sense, allowing for vaporization of the fuel jet 8th a less large-area impact surface, so a stronger focus, can be used. A targeted ignition is punctually at each of the laser beam 10 to reach the place in the combustion chamber possible. The intensity of the laser beam 10 can be varied depending on the amount of fuel injected.

Bei dem Laser 9 kann es sich um einen gepulsten Laser handeln. Wenn der Laserstrahl 10 gepulst ist, kann die Einwirkung des Lasers 9 auf den Kraftstoffstrahl 8 gezielt zur Beeinflussung des Fortschreitens einer Flammenfront nach dem Zünden des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Brennraum genutzt werden. Bei einer anderen vorteilhaften Anwendung eines gepulsten Lasers wird die Wärmeeinwirkung auf den Kraftstoffstrahl 8 durch den Laserstrahl 10 zeitlich gepulst variiert.At the laser 9 it can be a pulsed laser. When the laser beam 10 is pulsed, the action of the laser 9 on the fuel jet 8th are used specifically to influence the progression of a flame front after the ignition of the fuel / air mixture in the combustion chamber. In another advantageous application of a pulsed laser, the heat action on the fuel jet 8th through the laser beam 10 varies with time pulsed.

Der in 2 gezeigte Verbrennungsmotor 2 mit einem ein Innenvolumen 4 und eine Zylinderwand 5 aufweisenden Zylinder 1 und einer Direkteinspritzinjektordüse 3 (Mehrlochdüse) weist einen Laser 9 mit einer Strahlaufweiteoptik 20 auf. Zusätzlich ist ein optischer Sensor 25 an der Zylinderwand 5 angeordnet. Durch zwei Düsenöffnungen 6, 7 der Direkteinspritzinjektordüse 3 wird je ein Kraftstoffstrahl 8 in das Innenvolumen 4 des Zylinders 1 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt. Der Laser 9 ist eingerichtet, einen von dem Laser 9 emittierten Laserstrahl 10 auf je einen Auftreffort 11 auf dem Kraftstoffstrahl 8 zu fokussieren, wobei die Strahlaufweiteoptik 20 den Laserstrahl 10 derart aufweitet, dass der Laserstrahl 10 beide Düsenöffnungen 6, 7 überdeckt. Der Laserstrahl 10 wird also auf einen breitflächigen Auftreffort 11 fokussiert. Das Laserlicht wird also gestreut in Richtung der Direkteinspritzinjektordüse 3 gerichtet, um eine breit gefächerte Einwirkung des Laserlichts und eine breit gefächerte Verdampfung des Kraftstoffstrahls 8 zu erreichen. Mittels des optischen Sensors 25 kann der Verlauf des Zerfalls des Kraftstoffstrahls 8, also der Bildung des Kraftstoff/Luft-Gemisches, im Brennraum beobachtet werden. Signale des Sensors 25 können dazu z.B. mit einer Software eines nicht dargestellten Steuergerätes des Sensors ausgewertet werden. Infolge des Absorbierens des Laserlichtes z.B. durch die beim Zerfall des Kraftstoffstrahls 8 erzeugte Kraftstoffwolke lässt sich mittels spektroskopischer Messung die Gemischbildung messen und analysieren.The in 2 shown internal combustion engine 2 with an internal volume 4 and a cylinder wall 5 having cylinder 1 and a direct injection injector nozzle 3 (Multi-hole nozzle) has a laser 9 with a beam expansion optics 20 on. In addition, an optical sensor 25 on the cylinder wall 5 arranged. Through two nozzle openings 6 . 7 the direct injector nozzle 3 is ever a fuel jet 8th in the interior volume 4 of the cylinder 1 of the internal combustion engine 2 injected. The laser 9 is set up, one of the laser 9 emitted laser beam 10 on each a place of impact 11 on the fuel jet 8th to focus, with the Strahlaufweiteoptik 20 the laser beam 10 expands so that the laser beam 10 both nozzle openings 6 . 7 covered. The laser beam 10 So it is on a wide area of impact 11 focused. The laser light is thus scattered in the direction of the direct injection injector nozzle 3 directed to a wide-ranging action of the laser light and a wide evaporation of the fuel jet 8th to reach. By means of the optical sensor 25 can the course of the decay of the fuel jet 8th , So the formation of the fuel / air mixture, are observed in the combustion chamber. Signals from the sensor 25 can be evaluated, for example, with software of a control unit, not shown, of the sensor. As a result of absorbing the laser light, for example by the decay of the fuel jet 8th generated fuel cloud can be measured and analyzed by means of spectroscopic measurement, the mixture formation.

Ein Verschmutzen eines Quarzfensters des zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Lasers 9 oder des optischen Sensors 25 wird durch ein automatisch auftretendes Abbrennen von anhaftenden Verschmutzungen vermieden. Es kommt zu einem Freibrennen z.B. des Quarzfensters. Abgelagerter Ruß oder andere Verschmutzungen absorbieren einen Großteil der Laserenergie. Aufgrund der damit verbundenen Erwärmung der Verschmutzungen werden diese verbrannt.Fouling a quartz window of the laser used to carry out the method according to the invention 9 or the optical sensor 25 is avoided by an automatically occurring burning off of adhering contaminants. It comes to a freewheeling example of the quartz window. Deposited soot or other contaminants absorb much of the laser energy. Due to the associated heating of the contaminants they are burned.

Claims

Method for internal mixture formation of an internal combustion engine ( 2 ), in which a fuel jet ( 8th ) into an internal volume ( 4 ) of a cylinder ( 1 ) of the internal combustion engine ( 2 Is injected), characterized in that a laser beam ( 10 ) on the injected fuel jet ( 8th ) is focused.

A method according to claim 1, characterized in that the injected fuel jet ( 8th ) in the internal volume ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) by the laser beam ( 10 ) at least partially, preferably fully is constantly evaporated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the injected fuel jet ( 8th ) by the laser beam ( 10 ) is ignited or burned.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the injected fuel jet ( 8th ) by the laser beam ( 10 ) is distracted.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the laser beam ( 10 ) to several in the internal volume ( 4 ) injected fuel jets ( 10 ) is time-sequentially or after appropriate fanning at the same time focused.

Internal combustion engine ( 2 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, with at least one injection nozzle ( 3 ), the fuel through at least one nozzle opening ( 6 . 7 ) in the internal volume ( 4 ) of a cylinder ( 1 ) of the internal combustion engine ( 2 ), characterized in that the internal combustion engine ( 2 ) a laser ( 9 ) whose laser beam ( 10 ) into the interior volume ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) injected fuel jet ( 8th ) is focused.

Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the laser beam ( 10 ) offset to the nozzle opening ( 6 . 7 ) on the injected fuel jet ( 8th ) is focused.

Internal combustion engine according to claim 6 or 7, characterized in that the laser ( 9 ) one, the laser beam ( 10 ) on the fuel jet ( 8th ) or successively to a plurality of fuel jets ( 8th ) imaging deflecting optics ( 12 ), and / or that the laser ( 9 ) one, the laser beam ( 10 ) to at least one, preferably each, injected fuel jet ( 8th ) imaging beam expansion optics ( 20 ) and / or that on a cylinder wall ( 5 ) of the cylinder ( 1 ) an optical sensor ( 25 ) is arranged for measuring the fuel mixture formation.

Internal combustion engine according to one of claims 6 to 8, characterized in that the laser ( 9 ) comprises at least one semiconductor laser.

Internal combustion engine according to one of claims 6 to 9, characterized in that the internal combustion engine ( 2 ) is designed as a diesel engine, wherein preferably instead of a glow plug of the laser ( 9 ) is mounted.