DE102008004919A1 - Laserzündung mit variablen Zündpunkt für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Abbildung zeigt einen vereinfachten Längsschnitt einer Laserzündung mit variablem Zündpunkt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung dadurch erreicht, dass ein in den Brennraum geführter Laserstrahl über eine im Kolbenboden unverlierbar eingebrachte und optisch reflektierende und fokussierende optische Einheit im Brennraum je nach Kolbenposition ein oder mehrere Zündpunkte an unterschiedlichen Orten pro Arbeitstakt mit plasmaausbildender Gemischvorzündung erzeugen kann. Die reflektierende optische Einheit im Kolbenboden kann ohne aufwendige Eingriffe in den Motor über die vom Kupplungselement im Zylinderdeckel genutzte Montageöffnung gereinigt und/oder mechanisch ausgetauscht werden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Laserzündung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Im Stand der Technik sind derartige laserinduzierte Zündsysteme beschrieben, wobei eine serientaugliche Umsetzung bis heute noch aussteht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kleinbauende Laserzündung mit variablem Mehrfachzündpunkt pro Zündung oder auch fixem Zündpunkt vorzustellen, die einfach aufgebaut ist und einen sicheren, schnellen und kostengünstigen Betrieb mit langer Standzeit ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung dadurch erreicht, dass ein in den Brennraum geführter Laserstrahl über eine im Kolbenboden unverlierbar eingebrachte und optisch reflektierende und fokussierende optische Einheit im Brennraum ein oder mehrere Zündpunkte an unterschiedlichen Orten pro Arbeitstakt erzeugen kann.
• In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
• 1. einen vereinfachten Längsschnitt der Laserzündung (1).
• In einer ersten Ausführungsform wird der Laser (5) über den optischen Leiter (4) und das Kupplungselement (3) durch das optische Strahlaufweitungselement (6) als optisch erweiterter Laserstrahl (15) axial durch die Brennkammer (7) in das optisch transparente Quarzelement (16) geführt, wobei der jetzt optisch erweiterte Laserstrahl (15) am Reflektor (14) als reflektierter fokussierter Laserstrahl (13) den Zündpunkt X1 (10) bzw. bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens (18) den Zündpunkt X2 (9) oder auch weitere Zündpunkt n (8...n) bilden kann. Die Bildung eines fokussierten Zündpunktes ist erforderlich, um die notwendige Zündenergie zu erhalten. Um gute Zündergebnisse zu erzielen können auch plasmabildende Vorzündungen erfolgen. Es ist vorstellbar, dass in einer weiteren Ausführungsform in den Kolbenboden (12) drei axialkonzentrisch um 120° zueinander versetzte Kolbenbodenausnehmungen (17) mit den jeweils dazugehörigen Reflektorelementen (19) eingebracht sind, die durch axial im Zylinderdeckel darüber platzierten Kupplungselemente (3) in optischem Kontakt stehen oder das der Laser (5) nicht axial, sondern in einer davon abweichenden Lage axialkonzentrisch bzw. auf die Mittelachse bezogen auch schräg in die Brennkammer (7) bzw. in den Kolbenboden (12) geführt werden kann. Der Laser (5) kann auch axial in den Kolbenboden (12) geführt werden, wobei durch in die Kolbenbodenausnehmung (17) eingebrachte optische Umlenkeinheiten z. B. drei um jeweils 120° versetzte Kolbenausnehmungen über entsprechende Reflektoreinheiten jeweils drei axialkonzentrisch voneinander beabstandete Zündpunkte in einer Ebene auf den Kolbenboden (12) bezogen, bilden können. Das optisch transparentes Element (16) kann über die Nutzung der Öffnung des Kupplungselementes (3) als Montagefenster optisch bearbeitet und/oder auch mechanisch ausgetauscht werden ohne weitere aufwendige Eingriffe in den Motor tätigen zu müssen. Das Reflektorelement (19) kann auch plan in der Zylinderwandung des Zylinders (2) platziert werden.

1

Laserzündung

2

Zylinder

3

Kupplungselement

4

optischer Leiter

5

Laser

6

optisches Strahlaufweitungselement

7

Brennkammer

8

Zündpunkt n

9

Zündpunkt X2

10

Zündpunkt X1

11

Oberkante

12

Kolbenboden

13

reflektierter fokussierter Laserstrahl

14

Reflektor

15

optisch erweiterter Laserstrahl

16

optisch transparentes Element

17

Kolbenbodenausnehmung

18

Kolben

19

Reflektorelement

Claims (3)

1. Laserzündung, dadurch gekennzeichnet, dass über das optische Strahlaufweitungselement (6) der axial oder in einer davon abweichenden Platzierung und Strahlführung in die Brennkammer (7) geführte Laser (5) als optisch erweiterter Laserstrahl (15) oder auch nicht das axial platzierte oder in einer davon abweichenden Lage platzierte Reflektorelement (19) mit dem optisch transparenten Element (16) und mit dem Reflektor (14), welches unverlierbar und lösbar oder nicht lösbar in der Kolbenbodenausnehmung (17) des Kolbens (18) oder plan in der Zylinderwandung des Zylinders (2) fixiert ist, durchläuft und an seinem unteren Ende durch den hohlspiegelförmigen Reflektor (14) bezogen auf die jeweilige Position des Kolbenbodens (12) zu einem fixen Zündpunkt X1 (10) reflektiert wird, wobei beim Hochfahren des Kolbens (18) über den Zündpunkt X2 (9) hinaus mehrere Zündpunkte n (8...n), jeweils auch mit plasmaausbildender Gemischvorzündung, realisiert werden können und das das Reflektorelement (19) in seinen mechanischen Dimensionen so ausgebildet ist, dass es durch die Montageöffnung des Kupplungselementes (3) mechanisch bearbeitet und/oder als mechanische Einheit ausgetauscht werden kann und die Oberkante (11) des optisch transparenten Elementes (16) plan mit dem Kolbenboden (12) oder auch darunter bzw. darüber liegend platziert werden kann.
2. Laserzündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Kupplungselement (3) und mehr als eine Kolbenbodenausnehmung (17) mit jeweils zugehörigem Reflektorelement (19) in den Zylinderdeckel des Zylinders (2) bzw. in den Kolbenboden (12) integriert sind, die in jeweiligem zuvor beschriebenem optischen Kontakt stehen und gleichzeitig oder auch nicht gleichzeitig optisch angesteuert werden können.
3. Laserzündung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Reflektorelement (19) untereinander in optischem Kontakt stehen und über nur ein Kupplungselement (3) optisch gleichzeitig gesteuert werden.