DE102006005402A1 - Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches - Google Patents
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Abstract
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum eines Kolbenmotors zu entwickeln, mit der eine symmetrische Kraftübertragung auf den Kolben erfolgt und der Wirkungsgrad verbessert wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Laser (2) mit einem Strahlenteiler (4) in Wirkverbindung steht, der zwei zeitsynchrone Laserstrahlen (5) bildet, die mittels je eines Glasfaser-Koppelsystems (6) je einer elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit (7) zugeleitet werden, wobei jeder der Laserstrahlen (3) durch je ein in einer Brennraumwand (8) angeordnetes, strahlentransparentes Fenster (9), das nach innen konisch in den Brennraum (1) reicht, gelenkt wird, und die beiden Laserstrahlen (5) im Schnittpunkt (10) einen im Brennraum (1) mittels der Strahlenschwenkeinheiten (7) örtlich steuerbaren Zündpunkt (11) für eine vollelektronische Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bilden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum eines Kolbenmotors.
- Ein Kolbenmotor benötigt zur gesteuerten Einleitung der Verbrennung des komprimierten Luft-Kraftstoff-Gemisches eine zusätzlich in einen Brennraum eingeführte Energie. Die Gemischentflammung und das damit verbundene Betriebsverhalten des Kolbenmotors kann durch die Zündkerze, dem Zündpunkt und durch die Zündenergie beeinflusst werden. Sein Verhalten hinsichtlich der Schadstoffemission, des spezifischen Kraftstoffverbrauches, der Laufruhe und der maximalen Motorleistung ist von der Zusammensetzung des Gemisches abhängig. Hieraus ergeben sich die Anforderungen an die Zündanlage. Hauptkomponenten der Zündanlage sind der Energiespeicher, die Steuereinheit und die Zündeinrichtungen. Die Zündanlage arbeitet mit elektronisch gesteuerter und vollelektronischer Zündung, bei der auch die Verteilung der Zündenergie auf die einzelnen Zylinder ohne mechanisch bewegte Teile abläuft. Im Brennraum erfolgt die Umsetzung von der chemischen Energie des Kraftstoffes in die mechanische Energie. Nach der Zündung breitet sich die Flamme etwa kugelförmig im Brennraum aus. Unter verschiedenen Betriebsbedingungen entstehen dezentrale Druckausbreitungen auf der Kolbenfläche im Brennraum. Dies führt zu asymmetrischen Kraftübertragungen, die zu Scherkräften und Verformungen an den mechanischen Komponenten, wie Kolben und Zylinder, führen können und den Wirkungsgrad verschlechtern.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum eines Kolbenmotors zu entwickeln, mit der eine symmetrische Kraftübertragung auf den Kolben erfolgt und der Wirkungsgrad verbessert wird.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Laser mit einem Strahlenteiler in Wirkverbindung steht, der zwei zeitsynchrone Laserstrahlen bildet, die mittels je eines Glasfaser-Einkoppelsystemes je einer elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit zugeleitet werden, wobei jeder der Laserstrahlen durch je ein in einer Brennraumwand angeordnetes, strahlentransparentes Fenster, das nach innen konisch in den Brennraum reicht, gelenkt wird, und die beiden Laserstrahlen im Schnittpunkt einen im Brennraum mittels der Strahlenschwenkeinheiten örtlich steuerbaren Zündpunkt für eine vollelektronische Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bilden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Ansprüche 2 bis 5.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
-
1 : eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, -
2 : eine schematische Darstellung einer Strahlenschwenkeinheit mit optischer Linse und -
3 : eine schematische Darstellung einer Strahlenschwenkeinheit mit einem optischen Spiegel. -
1 zeigt eine Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum1 eines Kolbenmotors. Die Einrichtung besteht aus einem Laser2 , dessen Laserstrahl3 in einem Strahlenteiler4 zu zwei zeitsynchronen Laserstrahlen5 ausgebildet wird. Jeder der beiden Laserstrahlen5 wird über ein Glasfaser-Koppelsystem6 einer elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit7 zugeführt. Mittels der Strahlenschwenkeinheit7 werden die Laserstrahlen5 durch je ein in einer Brennraumwand8 eines Zylinders angeordnetes, nach innen konisch verlaufendes, strahlentransparentes Fenster9 in den Brennraum1 des Zylinders gelenkt. Die beiden Fenster9 sind beispielsweise in einer Ebene und orthogonal zur Kolbenlängsachse in der Brennraumwand8 angeordnet. Die beiden Laserstrahlen5 bilden mittels der elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit7 in einem Schnittpunkt10 einen örtlich veränderbaren Zündpunkt11 im Brennraum1 für eine vollelektronische Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches.2 zeigt die elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit7 mit einer senkrechten Führung12 , auf der ein verfahrbarer Schlitten13 mit einer optischen Linse14 angeordnet ist, wobei die Linse14 in einer Fassung15 auf dem Schlitten13 befestigt ist.3 zeigt eine elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit7 mit einer senkrechten Führung16 , auf der ein verfahrbarer Schlitten17 mit einem optischen Spiegel18 angeordnet ist, wobei der Spiegel18 in einer Fassung19 auf dem Schlitten17 befestigt ist. In der Zeichnung nicht dargestellt ist die Möglichkeit, dass die optische Linse14 auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten13 befestigbar ist, um eine Achse schwenkbar angeordnet ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der optische Spiegel18 auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten17 befestigt ist, um eine Achse schwenkbar angeordnet ist. Durch die Strahlenschwenkeinheit7 können die beiden Laserstrahlen5 in einem Schnittpunkt10 zusammengeführt werden. Der Schnittpunkt10 der Laserstrahlen5 bildet den örtlich veränderbaren Zündpunkt11 für das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die Strahlenführung durch die Strahlenschwenkeinheit7 und damit der Ort des Zündpunktes11 im Brennraum1 wird als Kenngröße zum örtlichen Regulieren des Zündpunktes11 zwecks symmetrischer Kraftübertragung auf den Kolben der Strahlenschwenkeinheit7 vorgegeben. Die Kipptische auf den verfahrbaren Schlitten13 ,17 der Strahlenschwenkeinheiten7 steuern die Laserstrahlen5 und damit die Lage der Zündpunkte11 zusätzlich in einem Winkel zur Ebene der Fenster9 . Die Signale zur elektronischen Steuerung der Strahlenschwenkeinheit7 werden dadurch erzeugt, dass, nicht zeichnerisch dargestellt, im Kolbenboden Drucksensoren integriert sind, deren Signale in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage mit Sollwerten für eine symmetrische Kraftübertragung auf den Kolben verglichen und zu den Steuersignalen für die Strahlenschwenkeinheit7 verarbeitet werden. -
- 1
- Brennraum
- 2
- Laser
- 3
- Laserstrahl
- 4
- Strahlenteiler
- 5
- Laserstrahlen
- 6
- Glasfaser-Koppelsystem
- 7
- Strahlenschwenkeinheit
- 8
- Brennraumwand
- 9
- Fenster
- 10
- Schnittpunkt
- 11
- Zündpunkt
- 12
- Führung
- 13
- Schlitten
- 14
- Linse
- 15
- Fassung
- 16
- Führung
- 17
- Schlitten/Spiegel
- 18
- Spiegel
- 19
- Fassung/Spiegel
Claims (5)
- Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum eines Kolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (
2 ) mit einem Strahlenteiler (4 ) in Wirkverbindung steht, der zwei zeitsynchrone Laserstrahlen (5 ) bildet, die mittels je eines Glasfaser-Koppelsystemes (6 ) je einer elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit (7 ) zugeleitet werden, wobei jeder der Laserstrahlen (3 ) durch je ein in einer Brennraumwand (8 ) angeordnetes, strahlentransparentes Fenster (9 ), das nach innen konisch in den Brennraum (1 ) reicht, gelenkt wird, und die beiden Laserstrahlen (5 ) im Schnittpunkt (10 ) einen im Brennraum (1 ) mittels der Strahlenschwenkeinheiten (7 ) örtlich steuerbaren Zündpunkt (11 ) für eine vollelektronische Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bilden. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit (
7 ) eine senkrechte Führung (12 ) aufweist, auf der ein verfahrbarer Schlitten (13 ) mit einer optischen Linse (14 ) angeordnet ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit (
7 ) eine senkrechte Führung (16 ) aufweist, auf der ein verfahrbarer Schlitten (17 ) mit einem optischen Spiegel (18 ) angeordnet ist. - Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (
14 ) auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten (13 ) befestigt ist, angeordnet ist. - Einr^ichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Spiegel (
18 ) auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten (17 ) befestigt ist, angeordnet ist.
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Inventor name: MUELLER, REIMUND, DIPL.-ING., 09112 CHEMNITZ, DE |
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