-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Zündeinrichtung,
insbesondere einer Brennkraftmaschine, bei dem Laserstrahlung in
Form mehrerer fokussierter Laserimpulse an verschiedene in einem
Brennraum gelegene Fokuspunkte abgestrahlt wird.
-
Die
Erfindung betrifft auch eine Zündeinrichtung zur Ausführung
des vorstehend genannten Verfahrens.
-
Ein
derartiges Verfahren und eine entsprechende Zündeinrichtung
sind bereits aus der
DE
10 2004 039 466 A1 bekannt. Durch die Beaufschlagung des
Brennraums mit mehreren fokussierten Laserimpulsen ergibt sich unter
Umständen an mehreren Zündorten in dem Brennraum
eine Entzündung des Luft-/Kraftstoffgemischs, so dass die
Zuverlässigkeit bei der Entzündung verbessert,
die Brenndauer vermindert und somit der Motor-Wirkungsgrad gesteigert
wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren und
eine Zündeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass eine sichere Entzündung eines Luft-/Kraftstoffgemischs über
weite Betriebsbereiche hinweg möglich ist.
-
Diese
Aufgabe wird bei dem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
je Zündvorgang eine erste Gruppe von Fokuspunkten mit ersten Laserimpulsen beaufschlagt
wird, und dass nach einer Wartezeit eine, vorzugsweise von der ersten
Gruppe verschiedene, zweite Gruppe von Fokuspunkten mit zweiten
Laserimpulsen beaufschlagt wird, und dass die Wartezeit in Abhängigkeit
von Betriebsparametern einer den Brennraum enthaltenden Vorrichtung
gewählt wird.
-
Durch
diese erfindungsgemäße sowohl räumliche
als auch zeitliche Mehrfachbeaufschlagung des Brennraums mit fokussierten
Laserimpulsen ergibt sich eine besonders zuverlässige Entzündung
eines in dem Brennraum befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs. Insbesondere
kann durch die Anwendung der Erfindung bei geeigneter Wahl der Wartezeit
und insbesondere Abstand der Foki auch bei Großgasmotoren,
die Zylinderdurchmesser von mehr als 30 cm aufweisen können,
und auch bei hochaufgeladenen Benzinmotoren, die Klopfgrenze deutlich
zu höheren Lastbereichen hin verschoben werden.
-
Aufgrund
der erfindungsgemäßen Abhängigkeit des
Verfahrens, insbesondere der Wartezeit, von den Betriebsparametern
der den Brennraum enthaltenden Vorrichtung kann die Mehrfachbeaufschlagung
des Brennraums mit den Laserimpulsen individuell hieran angepasst
werden. Neben einer zuverlässigen Zündung ist
dadurch auch ein bedarfsgerechter Betrieb der Zündeinrichtung
gewährleistet, wodurch Energie eingespart und die Lebensdauer der
Komponenten gesteigert wird.
-
Besonders
vorteilhaft können als Betriebsparameter ein Druck und/oder
eine Temperatur in dem Brennraum verwendet werden. Dadurch ist es
erfindungsgemäß vorteilhaft möglich,
die zweite Gruppe von Fokuspunkten genau dann mit den zweiten Laserimpulsen
zu beaufschlagen, wenn – z. B. aufgrund der vorangehenden
Beaufschlagung mit den ersten Laserimpulsen – bereits günstigere
Umgebungsbedingungen für einen Zündvorgang in
dem Brennraum vorliegen. Beispielsweise kann durch die erste Beaufschlagung
der ersten Gruppe von Fokuspunkten mit den ersten Laserimpulsen
und durch einen damit einhergehenden Zündvorgang im Bereich
der ersten Fokuspunkte bereits ein wesentlicher Druck- und Temperaturanstieg
in dem Brennraum erreicht werden. Dementsprechend ergeben sich in
dem Bereich der seither nicht laserbeaufschlagten zweiten Fokuspunkte
günstigere Zündverhältnisse (z. B. höherer Druck
und/oder Temperatur), so dass u. U. bereits eine wesentlich geringere
Zündimpulsenergie ausreicht, um ein zuverlässiges
und kontrolliertes Zünden auch in diesen Bereichen des
Brennraums zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße
Wartezeit zwischen den mehreren Laserbeaufschlagungen des Brennraums
wird somit vorteilhaft so gewählt werden, dass seit der
ersten Beaufschlagung mit den ersten Laserimpulsen bereits ein hinreichend
großer Druck- und Temperaturanstieg erfolgt ist, so dass
besonders günstige Bedingungen für weitere Zündvorgänge
im Bereich der zweiten Fokuspunkte gegeben sind.
-
Bei
einer sehr vorteilhaften Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass
die Betriebsparameter messtechnisch ermittelt werden, beispielsweise durch
an sich bekannte Zylinderinnendrucksensoren und/oder optische Feedbackeinrichtungen,
die Brennraumlicht untersuchen und hieraus Rückschlüsse
auf Druck, Temperatur und/oder weitere einen Verbrennungsverlauf
charakterisierende Größen ermöglichen.
-
Alternativ
hierzu können die interessierenden Betriebsparameter auch
mittels eines Modells der Zündeinrichtung erhalten werden,
das beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert ist
und auf einer die Zündeinrichtung steuernden Recheneinheit
abläuft.
-
Bei
der Verwendung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung
in einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs,
kann die Wartezeit vorteilhaft in Abhängigkeit von solchen
Betriebsparametern gewählt werden, die in einem die Brennkraftmaschine
steuernden Steuergerät verarbeitet werden. Dadurch ist
es insbesondere möglich, die erfindungsgemäße
Wartezeit direkt an einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu
koppeln, der üblicherweise durch mehrere dem Fachmann bekannte Parameter
wie eine Drehzahl, ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Drehmoment
und dergleichen festgelegt ist. Bei dieser Variante der Erfindung muss
insbesondere keine separate Erfassung des Brennraumdrucks und/oder
der -temperatur erfolgen. Diese Parameter liegen vielmehr bereits
implizit durch den jeweiligen Betriebspunkt fest. Selbstverständlich
können die erfindungsgemäß betrachteten Parameter
zusätzlich auch noch messtechnisch oder auf anderem Wege
ermittelt werden, um die Präzision des erfindungsgemäßen
Verfahrens insbesondere bei der Bildung der Wartezeit zu steigern.
-
Die
erfindungsgemäß betrachtete Wartezeit zwischen
den einzelnen Laserbeaufschlagungen kann insbesondere auch in Form
eines separaten Kennfelds in dem Steuergerät hinterlegt
werden, das für eine bestimmte Brennkraftmaschine beispielsweise
im Wege eines Applikationsprozesses ermittelt werden kann.
-
Ein
ganz besonders effizienter Betrieb der erfindungsgemäßen
Zündeinrichtung ist einer weiteren Erfindungsvariante zufolge
dadurch gegeben, dass eine Impulsenergie der Laserimpulse in Abhängigkeit
der Betriebsparameter gewählt wird. Insbesondere die zweiten
Laserimpulse können u. U. zumindest in manchen Betriebspunkten
eine kleinere Impulsenergie aufweisen, da bei der zweiten Laserbeaufschlagung
des Brennraums bereits ein Druck- und Temperaturanstieg erfolgt
ist, der für günstigere Zündverhältnisse
sorgt.
-
Die
Vorsehung dritter und weiterer Zündimpulse in demselben
Arbeitstakt der Brennkraftmaschine ist ebenfalls möglich.
-
Sehr
vorteilhaft können die Laserimpulse erfindungsgemäß dadurch
erzeugt werden, dass eine diffraktive Optik mit einem Laserimpuls
beaufschlagt wird. Die diffraktive Optik zerlegt den ihr eingangsseitig
zugeführten Laserimpuls in an sich bekannter Weise in mehrere
Laserstrahlen, die durch eine anschließende Fokussierung
auf die mehreren Fokuspunkte gebündelt werden. Geeignete
Fokussiermittel sind beispielsweise Linsenarrays.
-
Weitere
Beispiele für diffraktive Optiken bzw. vergleichbare Vorrichtungen
zur Erzeugung mehrerer fokussierter Laserstrahlen aus einem einzigen
Laserstrahl sind aus der
DE 10 2004 039 466 A1 bekannt.
-
Bei
einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass die verschiedenen Laserimpulse
dadurch erzeugt werden, dass mehrere entsprechend angeordnete und
fokussierende Lasereinrichtungen, die beispielsweise gütegeschaltete
Lasersysteme aufweisen können, mit Pumplicht beaufschlagt
werden. Dabei können vorteilhaft jeweils diejenigen Lasereinrichtungen
mit Pumplicht beaufschlagt werden, die auf die gewünschten
Fokuspunkte gebündelte Laserstrahlen bzw. Laserimpulse
abgeben können.
-
Die
Verteilung von Pumplicht unter den mehreren Lasereinrichtungen kann
in an sich bekannter Weise durch Pumplichtverteiler unter Verwendung
einer einzigen Pumplichtquelle erfolgen oder aber auch durch mehrere
separate Pumplichtquellen, die jeweiligen Lasereinrichtungen zugeordnet
sind und entsprechend angesteuert werden.
-
Als
eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist eine Zündeinrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß Patentanspruch 8 angegeben.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder
deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer
Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
In
der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung,
-
2 eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zündeinrichtung im Detail,
-
3 schematisch
eine zeitliche Lage von erfindungsgemäß in einen
Brennraum abgestrahlten Laserimpulsen,
-
4a, 4b ein
erstes Szenario zur erfindungsgemäßen Erzeugung
von mehreren fokussierten Laserimpulsen jeweils vor und nach der
erfindungsgemäßen Wartezeit, und
-
5a, 5b ein
zweites Szenario zur erfindungsgemäßen Erzeugung
von mehreren fokussierten Laserimpulsen jeweils vor und nach der
erfindungsgemäßen Wartezeit.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Eine
Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt
das Bezugszeichen 10. Sie dient zum Antrieb eines nicht
dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst
mehrere Zylinder, von denen in 1 nur einer
mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des
Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt.
Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen
Injektor 18, der an einen auch als Rail beziehungsweise
Common-Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen
ist. Alternativ kann die Gemischbildung auch außerhalb
des Brennraums 14, z. B. im Saugrohr erfolgen.
-
In
den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird
mittels mehrerer Laserimpulse 24 entzündet, die
von einer mindestens eine Lasereinrichtung 26 umfassenden
Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt
werden. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über
eine Lichtleitereinrichtung 28 mit einem Pumplicht gespeist,
welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird.
Die Pumplichtquelle 30 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 32 gesteuert,
die auch den Injektor 18 ansteuert.
-
Beispielsweise
kann es sich bei der Pumplichtquelle 30 um eine Halbleiter-Laserdiode handeln,
die in Abhängigkeit eines Steuerstroms ein entsprechendes
Pumplicht über die Lichtleitereinrichtung 28 an
die Lasereinrichtung 26 ausgibt. Obwohl Halbleiter-Laserdioden
und andere klein bauende Pumplichtquellen bevorzugt für
einen Einsatz in dem Kraftfahrzeugbereich verwendet werden, ist
für den Betrieb der erfindungsgemäßen
Zündeinrichtung 27 prinzipiell jede Art von Pumplichtquelle
verwendbar.
-
2 zeigt
schematisch eine Detailansicht der zu der Zündeinrichtung 27 gehörigen
Lasereinrichtung 26 aus 1.
-
Wie
aus 2 ersichtlich, weist die Lasereinrichtung 26 einen
laseraktiven Festkörper 44 auf, dem eine auch
als Q-switch bezeichnete passive Güteschaltung 46 optisch
nachgeordnet ist. Der laseraktive Festkörper 44 bildet
hierbei zusammen mit der passiven Güteschaltung 46 sowie
dem in 2 links hiervon angeordneten Einkoppelspiegel 42 und
dem Auskoppelspiegel 48 einen Laser-Oszillator aus, dessen
Schwingverhalten von der passiven Güteschaltung 46 abhängt
und damit zumindest mittelbar in an sich bekannter Weise steuerbar
ist.
-
Bei
der in 2 abgebildeten Konfiguration der Lasereinrichtung 26 wird
Pumplicht 60 durch die bereits unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Lichtleitereinrichtung 28 von
der ebenfalls bereits beschriebenen Pumplichtquelle 30 auf
den Einkoppelspiegel 42 geleitet. Da der Einkoppelspiegel 42 für die
Wellenlängen des Pumplichts 60 durchsichtig ist, dringt
das Pumplicht 60 in den laseraktiven Festkörper 44 ein
und führt darin zu einer an sich bekannten Besetzungsinversion.
-
Während
die passive Güteschaltung 46 ihren Grundzustand
aufweist, in dem sie einen verhältnismäßig
kleinen Transmissionskoeffizienten besitzt, wird ein Laserbetrieb
in dem laseraktiven Festkörper 44 beziehungsweise
in dem durch den Einkoppelspiegel 42 und den Auskoppelspiegel 48 begrenzten Festkörper 44, 46 vermieden.
Mit steigender Pumpdauer steigt jedoch die Strahlungsdichte in dem
Laser-Oszillator 42, 44, 46, 48 an,
so dass die passive Güteschaltung 46 ausbleicht,
d. h. einen größeren Transmissionskoeffizienten
annimmt, und der Laserbetrieb beginnen kann. Dadurch wird ein in 2 durch
den Blockpfeil 24 symbolisierter Laserimpuls erzeugt, der
wie bereits in 1 abgebildet in den Brennraum 14 gestrahlt
wird, um ein darin befindliches Luft-/Kraftstoffgemisch zu entzünden.
-
Erfindungsgemäß wird
je Zündvorgang zunächst eine erste Gruppe von
Fokuspunkten mit ersten Laserimpulsen beaufschlagt, wodurch das Luft-/Kraftstoffgemisch
zumindest in dem Bereich der ersten Fokuspunkte entzündet
wird. 4a zeigt hierzu schematisch
den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 aus 1,
dem insgesamt drei der vorstehend beschriebenen gütegeschalteten
Lasereinrichtungen 26a, 26b, 26c zugeordnet
sind, um die erfindungsgemäßen Laserimpulse zu
erzeugen. Anstelle von passiv gütegeschalteten Lasereinrichtungen
sind auch andere Lasereinrichtungen verwendbar, die Laserimpulse
mit für die Entzündung des Luft-/Kraftstoffgemischs
hinreichenden Charakteristika erzeugen können.
-
Erfindungsgemäß wird
wie in 4a abgebildet zunächst
die Lasereinrichtung 26b mit Pumplicht 60 (2)
beaufschlagt, um den ersten Laserimpuls 24_1 abzugeben.
Die erste Gruppe von Fokuspunkten im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht
vorliegend allein aus dem Fokuspunkt ZP_1, auf den der Laserimpuls 24_1 durch
die Lasereinrichtung 26b unter Verwendung einer entsprechenden Fokussieroptik
wie z. B. einer Brennraumlinse, die gleichzeitig die Funktion eines
Brennraumfensters übernimmt, fokussiert wird. Der Fokuspunkt
ZP_1 ist in etwa zentral in dem Brennraum 14 angeordnet. Durch
den ersten Laserimpuls 24_1 bildet sich im Bereich des
Fokuspunkts ZP_1 ein Plasma, das zur Entzündung des umgebenden
Luft-/Kraftstoffgemischs führt.
-
Die
zeitliche Lage des ersten Laserimpulses 24_1 ist in 3 schematisch
durch den Rechteckimpuls zu dem Zeitpunkt t1 angedeutet.
-
Nach
einer erfindungsgemäß vorgegebenen Wartezeit t12,
d. h. zu dem Zeitpunkt t2, werden zweite Laserimpulse 24_2 an
eine zweite Gruppe von Fokuspunkten in dem Brennraum 14 der
Brennkraftmaschine 10 abgegeben, vgl. 4b.
Die zweiten Laserimpulse 24_2 werden wie aus 4b ersichtlich durch
die anderen beiden Lasereinrichtungen 26a, 26c erzeugt.
Hierzu werden die beiden Lasereinrichtungen 26a, 26c,
wie zuvor die mittig angeordnete Lasereinrichtung 26b,
mit Pumplicht 60 beaufschlagt. Das Pumplicht 60 für
alle Lasereinrichtungen 26a, 26b, 26c kann
bevorzugt vorteilhaft aus einer einzigen Lichtquelle (nicht gezeigt)
stammen und z. B. noch in der Pumplichtquelle 30 durch
einen optischen Verteiler den einzelnen Lasereinrichtungen 26a, 26b, 26c bedarfsangepasst
zugeführt werden.
-
Alternativ
kann auch jeder Lasereinrichtung 26a, 26b, 26c eine
eigene Pumplichtquelle zugeordnet sein, die entsprechend angesteuert
wird, um das erfindungsgemäße zeitliche Muster
der Laserimpulse 24_1, 24_2 zu realisieren.
-
Die
zweite Gruppe von Fokuspunkten umfasst vorliegend beispielhaft zwei
Fokuspunkte ZP_2, die bezogen auf den ersten Fokuspunkt ZP_1 radial weiter
außen angeordnet sind. Eine Beaufschlagung der Fokuspunkte
ZP_2 mit den zweiten Laserimpulsen 24_2 bewirkt dementsprechend
vorteilhaft eine kontrollierte Entzündung des Luft-/Kraftstoffgemischs in
den Randbereichen des Brennraums 14.
-
Die
Wartezeit t12 zwischen den Laserimpulsen 24_1, 24_2 ist
erfindungsgemäß vorteilhaft nicht fest vorgegeben,
sondern in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 (1) gewählt,
um ein zuverlässiges und effizientes Zünden des
gesamten in dem Brennraum 14 befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs
zu ermöglichen.
-
Die
Wartezeit t12 zwischen den Laserimpulsen 24_1, 24_2 ist
bevorzugt u. a. in Abhängigkeit des Brennraumdrucks und/oder
der Brennraumtemperatur gewählt, so dass die zweiten Laserimpulse 24_2 gezielt
dann abgestrahlt werden können, wenn an den zweiten Fokuspunkten
ZP_2 bereits besonders günstige Zündbedingungen
vorliegen. Diese besonders günstigen Zündbedingungen
werden durch die vorangehende Laserzündung in dem Bereich
des ersten Fokuspunkts ZP_1 zu dem Zeitpunkt t1 geschaffen und sind
insbesondere durch einen seit dem Zeitpunkt t1 erfolgenden Druck-
und Temperaturanstieg in dem Brennraum 14 gekennzeichnet.
-
Dementsprechend
können die zweiten Zündimpulse 24_2 vorteilhaft
eine geringere Impulsenergie aufweisen, wodurch Energie eingespart
wird und eine Lebensdauer der Pumplichtquelle 30 gesteigert wird.
Es ist auch möglich, die Lasereinrichtungen 26a, 26c von
vornherein für geringere Impulsenergien auszulegen als
die Lasereinrichtung 26b.
-
Durch
die erfindungsgemäße zeitliche Mehrfachzündung
innerhalb eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 10 (1),
die mindestens zu den zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1,
t2 (3) erfolgt, wird zusätzlich zu der bereits
bekannten räumlichen Mehrfachzündung, die jedoch
gleichzeitig an allen Fokuspunkten in dem Brennraum 14 erfolgt,
der bedeutende Vorteil erzielt, dass die zweiten Zündimpulse 24_2 von
der Druck- und Temperaturentwicklung in dem Brennraum seit der ersten Zündung
zu dem Zeitpunkt t1 partizipieren und demnach eine wesentlich effizientere
Zündung möglich ist.
-
Insbesondere
müssen die auf die peripheren Fokuspunkte ZP_2 fokussierten
Laserimpulse 24_2 nicht wie bei dem Stand der Technik dieselbe
Impulsenergie aufweisen, um eine Zündung bewirken zu können.
-
Generell
kann die erste Gruppe von Fokuspunkten auch mehr als den beispielhaft
beschriebenen einen, zentral angeordneten Fokuspunkt ZP_1 (4a)
aufweisen. Die Lage der Fokuspunkte in dem Brennraum 14 kann
generell so gewählt werden, dass durch eine entsprechende
Wartezeit t12 eine besonders effiziente Entzündung des
Luft-/Kraftstoffgemischs in dem gesamten Brennraum 14 erfolgen kann.
-
Bei
der Verwendung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung 27 in
der Brennkraftmaschine 10 kann die Wartezeit t12 ferner
vorteilhaft in Abhängigkeit von solchen Betriebsparametern
gewählt werden, die in dem die Brennkraftmaschine 10 steuernden
Steuergerät 32 verarbeitet werden. Dadurch ist es
insbesondere möglich, die erfindungsgemäße Wartezeit
t12 direkt an einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 zu
koppeln, der üblicherweise durch mehrere dem Fachmann bekannte
Parameter wie eine Drehzahl, ein von der Brennkraftmaschine 10 abgegebenes
Drehmoment und dergleichen festgelegt ist. Bei dieser Variante der
Erfindung muss insbesondere keine separate Erfassung des Brennraumdrucks
und/oder der -temperatur erfolgen. Diese Parameter liegen – zumindest
innerhalb gewisser Grenzen – vielmehr bereits implizit
durch den jeweiligen Betriebspunkt fest. Selbstverständlich
können die erfindungsgemäß betrachteten
Parameter zusätzlich auch noch messtechnisch oder auf anderem Wege
ermittelt werden, um die Präzision des erfindungsgemäßen
Verfahrens insbesondere bei der Bildung der Wartezeit t12 zu steigern.
-
Beispielsweise
kann die erfindungsgemäße Wartezeit t12 generell
für steigende Drehzahlen der Brennkraftmaschine 10 um
einen entsprechenden Betrag verringert werden, usw.
-
Die
erfindungsgemäß betrachtete Wartezeit t12 zwischen
den einzelnen Laserzündbeaufschlagungen kann insbesondere
auch in Form eines separaten Kennfelds in dem Steuergerät 32 hinterlegt werden,
das für eine bestimmte Brennkraftmaschine beispielsweise
im Wege eines Applikationsprozesses ermittelt werden kann.
-
Die 5a, 5b beschreiben
eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der nur eine einzige Lasereinrichtung 26 erforderlich
ist, um die erfindungsgemäße räumliche
und zeitliche Mehrfachbeaufschlagung des Brennraums 14 mit
Laserimpulsen zu realisieren.
-
Der
Lasereinrichtung 26 gemäß 5a ist hierzu
eine diffraktive Optik 26' zugeordnet, die einen von der
Lasereinrichtung 26 erzeugten Laserimpuls 24 in
mehrere Laserimpulse 24_1', 24_2' aufteilt und auf
unterschiedliche in dem Brennraum 14 gelegene Fokuspunkte
ZP_1, ZP_2 bündelt.
-
Die
diffraktive Optik 26' kann vorteilhaft in ein nicht abgebildetes
Brennraumfenster integriert sein, das die Lasereinrichtung 26 bzw.
deren Gehäuse von dem Brennraum 14 trennt. Alternativ
hierzu kann die diffraktive Optik 26' auch an einem anderen
Ort in dem Strahlengang der Lasereinrichtung 26 enthalten sein.
-
Die
diffraktive Optik 26' ist bevorzugt so ausgebildet, dass
sie den Laserimpuls 24 in Laserimpulse 24_1', 24_2' mit
unterschiedlicher Impulsenergie aufteilt, wobei bevorzugt der auf
den zentralen Fokuspunkt ZP_1 gerichtete Laserimpuls 24_1' einen größeren
Anteil der Impulsenergie des eingestrahlten Laserimpulses 24 erhält
als die anderen Laserimpulse 24_2'.
-
Dadurch
wird erfindungsgemäß bei der ersten Laserbeaufschlagung
zu dem Zeitpunkt t1 eine Zündung im Bereich des zentralen
Fokuspunkts ZP_1 bewirkt, nicht jedoch im Bereich der peripheren Fokuspunkte
ZP_2, so dass sich in etwa gleiche Zündverhältnisse
wie bei der Ausführungsform gemäß 4a, 4b ergeben.
-
Nach
der erfindungsgemäßen Wartezeit t12 erzeugt die
Lasereinrichtung 26 aus 5a, 5b wiederum
einen Laserimpuls 24, und aufgrund der seit der ersten
Laserbeaufschlagung zu dem Zeitpunkt t1 steigenden Brennraumtemperatur
reicht nun auch die geringere Impulsenergie der auf die peripheren
Fokuspunkte ZP_2 gebündelten Laserimpulse 24_2' aus,
um in diesen Bereichen eine Zündung des Luft-/Kraftstoffgemischs
hervorzurufen.
-
Im
Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 4a, 4b sind
beide Gruppen von Fokuspunkten identisch, d. h. zu beiden Zündzeitpunkten t1,
t2 werden stets alle Fokuspunkte ZP_1, ZP_2 mit Laserstrahlung beaufschlagt,
was aus der Verwendung der passiven diffraktiven Optik 26' folgt,
so dass die Vorsehung mehrerer Lasereinrichtungen (vgl. 4a)
nicht erforderlich ist.
-
Bei
einer aktiven Ausbildung der diffraktiven Optik 26' kann
vorteilhaft vorgesehen sein, dass deren optische Übertragungsfunktion
so während der Wartzeit t12 modifiziert wird, dass jeweils
nur der Fokuspunkt ZP_1 bzw. die Fokuspunkte ZP_2 mit Laserstrahlung
beaufschlagt werden. Eine aktive Ausbildung kann beispielsweise
die Integration optischer Schaltmittel in der Lasereinrichtung 26 umfassen,
die je nach gewünschtem Fokuspunkt ZP_1, ZP_2 zwischen
unterschiedlichen Strahlengängen, Fokussiermitteln usw.
umschaltet.
-
Ganz
besonders vorteilhaft kann auch eine Optikvorrichtung vorgesehen
sein, die in Abhängigkeit des momentanen Brennraumdrucks
eine Aufspaltung eines eingestrahlten Laserimpulses 24 in mehrere
Laserimpulse 24_1', 24_2' und eine Fokussierung
dieser mehreren Laserimpulse 24_1', 24_2' derart
vornimmt, dass sich eine brennraumdruckabhängige Lage der
Fokuspunkte ZP_1, ZP_2 ergibt. Eine solche Optikvorrichtung kann
beispielsweise ein erstes, gleichzeitig als Brennraumfenster bzw. Brennraumlinse(nmatrix)
dienendes Element aufweisen, das dem Brennraumdruck ausgesetzt ist,
und dass in Abhängigkeit des Brennraumdrucks relativ zu weiteren
optischen Elementen bewegbar angeordnet ist, so dass sich ein brennraumdruckabhängiger Strahlengang
ergibt. Die weiteren Elemente der Optikvorrichtung wirken so mit
dem ersten Element zusammen, dass brennraumdruckabhängig
eine vorgebbare Verlagerung der Fokuspunkte ZP_1, ZP_2 erfolgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004039466
A1 [0003, 0016]