DE102006030309B4

DE102006030309B4 - Zündverteiler für einen Motor mit Laserzündung

Info

Publication number: DE102006030309B4
Application number: DE102006030309.1A
Authority: DE
Inventors: Andy David Scarisbrick; Steph Carroll; Robert Dodd; Tom Shenton; Geoff Dearden; Steve Keen; Roy Clissold; John Mc Culloch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2026-07-01
Also published as: US20070000465A1; US7350493B2; GB2427896A; GB2427896B; DE102006030309A1; GB0513318D0

Abstract

Zündverteiler für einen lasergezündeten Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der eine durch den Motor drehbare Welle, mehrere ebene reflektierende Flächen (16a–16d) an dem Rotor (12), die in Ebenen senkrecht zur Drehachse der Welle liegen und entlang der Länge der Welle voneinander axial versetzt sind, einen optischen Sender (18) zum Lenken von Licht von einer Laserquelle, so dass es der Reihe nach auf den reflektierenden Flächen (16a–16d) bei einem Winkel auftrifft, wenn die Welle dreht, und mehrere voneinander beabstandete optische Empfänger (24a–24d) jeweils zum Empfangen des von einer jeweiligen der reflektierenden Flächen (16a–16d) reflektierten Lichts und zum Lenken des reflektierten Lichts zu einem jeweiligen der Motorzylinder umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zündverteiler für einen Motor mit Laserzündung.
Hintergrund der Erfindung
Es wurde bereits vorgeschlagen, Laserlicht an Stelle eines Zündfunken zum Zünden der Füllung in einem Motor zu nutzen. Bei einem Ottomotor ist es üblich, einen Zündverteiler zu verwenden, um die von einer einzelnen Zündspule erzeugten Hochspannungsimpulse der Reihe nach an den Zündkerzen mehrerer Zylinder anzulegen. Wenn in gleicher Weise ein lasergezündeter Mehrzylinder-Motor eine einzelne Laserquelle zum Erzeugen von Laserimpulsen für mehrere Zylinder verwenden soll, dann ist ein Zündverteiler zum Lenken des abgegebenen Laserstrahls der gemeinsamen Laserquelle der Reihe nach zu den verschiedenen Brennräumen erforderlich.
Wie bei der Fremdzündung kann die zeitliche Steuerung der Laserzündimpulse im Verhältnis zum Kurbelwellenphasenwinkel verändert werden, und dementsprechend muss der Zündverteiler in der Lage sein, den Strahl der Laserlichtquelle über einen breiten Bereich an Kurbelwellenwinkeln zu jedem der Zylinder zu lenken.
Die Schrift JP 63-253111 A zeigt ein solches Laserlicht-Zündsystem für einen Verbrennungsmotor, bei dem das Licht aus einer Laserdiode mittels einer Linse auf einen Zünd-Brennpunkt in der Brennkammer fokussiert wird.
Die Schrift US 2003/0076574 A1 zeigt einen optischen Schalter, bei dem Lichtstrahlen aus mehreren Lichtfasern über Spiegelpaare in verschiedene Ausgangs-Lichtleiter gespeist werden können, wobei zum Umschalten der verbundenen Leiterkombinationen verfahrbare, mit Facetten versehene Spiegel vorgesehen sind.
Aus der Schrift DE 36 00 279 A1 ist ein optisches Zündsystem für Verbrennungsmotoren bekannt, bei dem ein Halbleiterlaser einen in Rotation versetzbaren Reflektor bestrahlt, der derart in Rotation versetzbar ist, dass der durch den Reflektor abgelenkte Laserstrahl im jeweiligen Zündzeitpunkt über Lichtleitfaserleitungen, die um den Reflektor herum angeordnet sind, in die Brennkammern der Zylinder gelangt.
Aus der Schrift US 2005/0063646 A1 ist ein laserbasiertes Zündsystem für gasbetriebene Motoren bekannt, bei dem Laserkerzen ähnlich herkömmlicher Zündkerzen im Zylinder angeordnet werden, um Laserlicht auf einen Zündpunkt zu fokussieren.
Aus der Schrift JP 2004-138703 A ist ein optischer Schalter bekannt, bei dem ein Spiegelbaustein mehrere stufenförmig angeordnete Reflexionsoberflächen aufweist und so verstellt werden kann, dass jeweils eine andere der stufenförmigen, reflektierenden Oberflächen zur Strahlumlenkung einsetzbar ist.
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, einen einfachen, kompakten und robusten Zünderverteiler an die Hand zu geben, der die vorstehenden Anforderungen erfüllt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Zündverteiler für einen lasergezündeten Mehrzylinder-Verbrennungsmotor an die Hand gegeben, der eine durch den Motor drehbare Welle, mehrere ebene reflektierende Flächen an dem Rotor, die in Ebenen senkrecht zur Drehachse der Welle liegen und entlang der Länge der Welle zueinander axial versetzt sind, einen optischen Sender zum Lenken von Licht von einer Laserquelle, so dass es der Reihe nach auf den reflektierenden Flächen bei einem Winkel auftrifft, wenn die Welle dreht, und mehrere voneinander beabstandete optische Empfänger jeweils zum Empfangen des von einer jeweiligen der Spiegelflächen reflektierten Lichts und zum Lenken des reflektierten Lichts zu einem jeweiligen der Motorzylinder umfasst.
Die optischen Sender und Empfänger können Lichtwellenleiter oder Linsensysteme sein, die so ausgelegt sind, dass im Wesentlichen das gesamte von der Laserquelle emittierte Licht nach Reflexion durch eine jeweilige der reflektierenden Flächen von einem einzelnen der Empfänger empfangen wird.
Jeder der Empfänger ist vorzugsweise durch ein Lichtwellenleiter-Kabel mit einem optisch transparenten Fenster in einem jeweiligen der Motorzylinder verbunden.
Die reflektierenden Flächen sind vorzugsweise polierte Spiegel, alternativ ist es aber möglich, Prismen einzusetzen und auf die Totalreflexion an einer der Flächen des Prismas zu setzen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nun wird die Erfindung weiter beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei die 1A bis 1D einen optischen Zündverteiler der Erfindung bei verschiedenen Stellungen der Rotorwelle zeigen.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Die Zeichnungen zeigen einen optischen Zündverteiler 10 für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor. Der Zünderverteiler 10 umfasst einen zylinderförmigen Rotor 12, der in der durch Pfeile 14 dargestellten Weise um seine Achse drehbar ist. An seinem axialen Ende weist der Rotor vier segmentförmige reflektierende Flächen 16a bis 16d auf. Andere Formen, wie Sektoren, können alternativ verwendet werden. Die Ebenen aller vier der reflektierenden Flächen 16a bis 16d sind senkrecht zur Drehachse des Rotors 12, und die vier Flächen 16a bis 16d sind entlang der Länge des Rotors 12 axial versetzt.
Ein optischer Sender 18 dient zum Lenken eines Laserstrahls 20 von einer Laserlichtquelle hin zu einer der reflektierenden Flächen 16a bis 16d, wobei der Strahl bei einem Winkel der Reihe nach auf die vier reflektierenden Flächen fällt, wenn der Rotor 12 von dem Motor gedreht wird.
Vier beabstandete optische Empfänger 24a bis 24d sind vorgesehen, um den von den jeweiligen Flächen 16a bis 16d reflektierten Lichtstrahl 22 aufzufangen. Da die reflektierenden Flächen 16a bis 16d voneinander axial beabstandet sind, fällt der reflektierte Strahl 22 abhängig von den Flächen 16a bis 16d, von denen er reflektiert wurde, auf einen anderen der vier Empfänger 24a bis 24d. Auf diese Weise wird während des Antreibens des Rotors 12 durch den Motor das Licht von der Quelle 18 der Reihe nach zu den vier Empfängern 24a bis 24d verteilt, von denen jeder so ausgelegt ist, dass er das Laserlicht zu einem jeweiligen der Motorzylinder weiterleitet.
Der optische Sender 18 und die optischen Empfänger 24a bis 24d sind Fasern oder Linsensysteme, die dafür ausgelegt sind, sicherzustellen, dass im Wesentlichen das gesamte von der Quelle emittierte und von einer der Flächen 16a bis 16d reflektierte Laserlicht von dem zugehörigen Zylinder mit minimaler Abschwächung empfangen wird. Die Empfänger 24a bis 24d können typischerweise vor Eintreten in die Brennräume der Zylinder durch Lichtwellenleiter mit Fokussierlinsen verbunden sein.
Aufgrund der Segment- oder Sektorform der Reflektoren 16a bis 16d ist der Strahlengang zwischen dem Sender 18 und jedem der Empfänger 24a bis 24d über einem Drehwinkel des Rotors 12 wirksam, der größer als sechzig Grad ist. Die zeitliche Steuerung des Laserimpulses kann daher innerhalb breiter Grenzen verändert werden, ohne die Leistung des optischen Zündverteilers zu beeinträchtigen.
Es versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen an der gezeigten Ausführung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen genannten Ansprüche abzuweichen. An Stelle von Spiegelflächen könnte man zum Beispiel rechtwinklige Prismen für die einzelnen Reflektoren verwenden, die die Totalreflexion zum Lenken des Laserstrahls zu den verschiedenen Empfängern nutzen. Man kann natürlich auch eine unterschiedliche Anzahl an Reflektoren verwenden.

Claims

Zündverteiler für einen lasergezündeten Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der eine durch den Motor drehbare Welle, mehrere ebene reflektierende Flächen (16a–16d) an dem Rotor (12), die in Ebenen senkrecht zur Drehachse der Welle liegen und entlang der Länge der Welle voneinander axial versetzt sind, einen optischen Sender (18) zum Lenken von Licht von einer Laserquelle, so dass es der Reihe nach auf den reflektierenden Flächen (16a–16d) bei einem Winkel auftrifft, wenn die Welle dreht, und mehrere voneinander beabstandete optische Empfänger (24a–24d) jeweils zum Empfangen des von einer jeweiligen der reflektierenden Flächen (16a–16d) reflektierten Lichts und zum Lenken des reflektierten Lichts zu einem jeweiligen der Motorzylinder umfasst.
Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Sender (18) und Empfänger (24a–24d) Lichtwellenleiter oder Linsensysteme sind, die so ausgelegt sind, dass im Wesentlichen das gesamte von der Laserquelle emittierte Licht nach Reflexion durch eine jeweilige der reflektierenden Flächen (16a–16d) von einem einzelnen der Empfänger (24a–24d) empfangen wird.
Zündverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Empfänger (24a–24d) durch ein Lichtwellenleiter-Kabel mit einem optisch transparenten Linsensystem in einem jeweiligen der Motorzylinder verbunden ist.
Zündverteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Flächen (16a–16d) versilberte Spiegel sind.
Zündverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Flächen (16a–16d) Flächen von Prismen sind, an denen Licht eine Totalreflexion erfährt.