DE102006005402B4

DE102006005402B4 - Einrichtung zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches

Info

Publication number: DE102006005402B4
Application number: DE102006005402.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Müller Reimund
Original assignee: Inst fur Innovative Tech Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung (itw) E; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Current assignee: Inst fur Innovative Tech Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung (itw) E; Institut fuer Innovative Technologien Technologietransfer Ausbildung und Berufsbegleitende Weiterbildung ITW eV
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2026-02-04
Also published as: DE102006005402A1

Abstract

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 (5) 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.
Gemäß EP 1 329 631 A2 können derartige Wirkungsgradverluste reduziert werden, sofern anstelle der an sich üblichen Funkenzündung über Zündkerzen die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels einer Laserzündung erfolgt.
In AT 500 692 A1 wird vorgeschlagen, dass die Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum zunächst auf einen Bereich nahe der Selbstentzündungstemperatur gebracht und danach durch Einbringung von Laserlicht in den Brennraum die Zündung ausgelöst wird.
Diese Lösungsansätze einer Laserzündung sind grundsätzlich funktionsfähig. Allerdings wird damit nicht zwangsläufig eine dezentrale Druckausbreitung auf der Kolbenfläche verhindert.
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 Brennraum 1 eines Kolbenmotors. Die Einrichtung besteht aus einem Laser 2, dessen Laserstrahl 3 in einem Strahlenteiler 4 zu zwei zeitsynchronen Laserstrahlen 5 ausgebildet wird. Jeder der beiden Laserstrahlen 5 wird über ein Glasfaser-Koppelsystem 6 einer elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit 7 zugeführt. Mittels der Strahlenschwenkeinheit 7 werden die Laserstrahlen 5 durch je ein in einer Brennraumwand 8 eines Zylinders angeordnetes, nach innen konisch verlaufendes, strahlentransparentes Fenster 9 in den Brennraum 1 des Zylinders gelenkt. Die beiden Fenster 9 sind beispielsweise in einer Ebene und orthogonal zur Kolbenlängsachse in der Brennraumwand 8 angeordnet. Die beiden Laserstrahlen 5 bilden mittels der elektronisch steuerbaren Strahlenschwenkeinheit 7 in einem Schnittpunkt 10 einen örtlich veränderbaren Zündpunkt 11 im Brennraum 1 für eine vollelektronische Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches.
2 zeigt die elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit 7 mit einer senkrechten Führung 12, auf der ein verfahrbarer Schlitten 13 mit einer optischen Linse 14 angeordnet ist, wobei die Linse 14 in einer Fassung 15 auf dem Schlitten 13 befestigt ist.
3 zeigt eine elektronisch steuerbare Strahlenschwenkeinheit 7 mit einer senkrechten Führung 16, auf der ein verfahrbarer Schlitten 17 mit einem optischen Spiegel 18 angeordnet ist, wobei der Spiegel 18 in einer Fassung 19 auf dem Schlitten 17 befestigt ist.
In der Zeichnung nicht dargestellt ist die Möglichkeit, dass die optische Linse 14 auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten 13 befestigbar ist, um eine Achse schwenkbar angeordnet ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der optische Spiegel 18 auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten 17 befestigt ist, um eine Achse schwenkbar angeordnet ist. Durch die Strahlenschwenkeinheit 7 können die beiden Laserstrahlen 5 in einem Schnittpunkt 10 zusammengeführt werden. Der Schnittpunkt 10 der Laserstrahlen 5 bildet den örtlich veränderbaren Zündpunkt 11 für das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die Strahlenführung durch die Strahlenschwenkeinheit 7 und damit der Ort des Zündpunktes 11 im Brennraum 1 wird als Kenngröße zum örtlichen Regulieren des Zündpunktes 11 zwecks symmetrischer Kraftübertragung auf den Kolben der Strahlenschwenkeinheit 7 vorgegeben. Die Kipptische auf den verfahrbaren Schlitten 13, 17 der Strahlenschwenkeinheiten 7 steuern die Laserstrahlen 5 und damit die Lage der Zündpunkte 11 zusätzlich in einem Winkel zur Ebene der Fenster 9. Die Signale zur elektronischen Steuerung der Strahlenschwenkeinheit 7 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 Strahlenschwenkeinheit 7 verarbeitet werden.
Bezugszeichenliste

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

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 (5) 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 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (14) auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten (13) befestigt ist, angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Spiegel (18) auf einem Kipptisch, der auf dem Schlitten (17) befestigt ist, angeordnet ist.