DE102009000482A1

DE102009000482A1 - Laser spark plug for ignition system of internal-combustion engine in motor vehicle, has optical element affecting path of rays of laser radiation, where optical element is designed as adaptive lens such as liquid lens

Info

Publication number: DE102009000482A1
Application number: DE200910000482
Authority: DE
Inventors: Andreas Letsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-05

Abstract

The plug (100) has an adaptive optical element that is arranged in a path of rays (110) of laser radiation that is guided into the plug. The optical element affects the path of rays of the laser radiation, where the optical element is designed as an adaptive lens (120a) such as liquid lens. Active medium of the liquid lens has boiling point that is greater than about 200 degree Celsius. The adaptive optical element has an optically active surface whose minimum edge length and/or minimum diameter is greater than or equal to 5 mm.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs.The The invention relates to a laser spark plug for an internal combustion engine in particular a motor vehicle.

Es ist bekannt, dass Laserzündkerzen im Gegensatz zu herkömmlichen Zündkerzen für Hochspannungszündsysteme prinzipiell eine freie Wahl des Zündorts in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglichen. Die Festlegung des gewünschten Zündorts kann beispielsweise durch eine entsprechende Einstellung der Brennweite einer Fokussieroptik erfolgen, die dazu verwendet wird, die in der Laserzündkerze erzeugte oder verstärkte Laserstrahlung auf den Zündpunkt im Brennraum zu bündeln.It is known that laser spark plugs unlike traditional ones spark for high voltage ignition systems in principle a free choice of the ignition location in a combustion chamber of a Enable internal combustion engine. The determination of the desired Zündorts can, for example, by a corresponding adjustment of the focal length a focusing optics are used, which is used in the laser spark plug generated or reinforced Laser radiation to the ignition point in the combustion chamber to bundle.

Da ein optimaler Zündort jedoch von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Drehzahl, Last, Luftzahl Lambda, Grad der Aufladung und dergleichen abhängt, ist es wünschenswert, den Zündort dynamisch, das heißt während des Betriebs der Laserzündkerze bzw. einer die Laserzündkerze enthaltenden Brennkraftmaschine zu ändern. Hierzu sind bereits mechanische Stellsysteme bekannt, bei denen beispielsweise eine Linse einer in die Laserzündkerze integrierten Optik entlang einer vorgebbaren Achse verschoben wird, um die Brennweite des optischen Gesamtsystems und damit auch den Zündort zu verändern. Ein Nachteil der bekannten mechanischen Stellsysteme besteht in der großen Störanfälligkeit aufgrund der hohen mechanischen und thermischen Beanspruchung insbesondere der mechanischen Komponenten, wie sie bei einer Anordnung in der Brennkraftmaschine gegeben ist. Andererseits weisen die bekannten Stellsysteme nur eine verhältnismäßig geringe Stellgeschwindigkeit auf, da relativ große Massen mit großer Präzision bewegt werden müssen.There an optimal ignition location however, from operating parameters of the internal combustion engine such as Speed, load, air ratio lambda, degree of charge and the like depends it is desirable the ignition point dynamic, that is while the operation of the laser spark plug or one the laser spark plug to change containing internal combustion engine. These are already mechanical adjusting systems known in which, for example, a Lens one in the laser spark plug integrated optics is moved along a predefinable axis, to the focal length of the overall optical system and thus the ignition point to change. A disadvantage of the known mechanical adjusting systems consists in the big susceptibility due to the high mechanical and thermal stress in particular the mechanical components, as with an arrangement in the Internal combustion engine is given. On the other hand, the known Stellsysteme only a relatively small Servo speed because relatively large masses moves with great precision Need to become.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie eine dynamische Veränderung des Zündorts bei gleichzeitig geringer Störanfälligkeit ermöglicht.Accordingly, it is Object of the present invention, a laser spark plug of the aforementioned Art to improve in that they are a dynamic change of the ignition location at the same time low susceptibility to interference allows.

Diese Aufgabe wird bei einer Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Strahlengang von in der Laserzündkerze geführter Laserstrahlung mindestens ein adaptives optisches Element angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, den Strahlengang der Laserstrahlung zu beeinflussen.These Task is with a laser spark plug of the aforementioned type according to the invention solved in that in a beam path of laser radiation guided in the laser spark plug at least an adaptive optical element is arranged, which is formed is to influence the beam path of the laser radiation.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines adaptiven optischen Elements ermöglicht vorteilhaft eine sehr viel größere Dynamik als die herkömmlichen rein mechanischen Stellsysteme, bei denen ganze Linsen oder sogar Linsengruppen bewegt werden müssen.The use according to the invention an adaptive optical element advantageously allows a very much greater dynamics as the conventional ones purely mechanical positioning systems, where whole lenses or even Lens groups must be moved.

Erfindungsgemäß ist es möglich, Änderungen des Zündorts bzw. Zündpunkts im Millisekundenbereich vorzunehmen, so dass u. U. sogar für einen einzigen Arbeitszyklus eines Zylinders der Brennkraftmaschine mehrere unterschiedliche Zündpunkte eingestellt werden können, beispielsweise um eine Doppel- bzw. Mehrfachzündung zu realisieren. Die Erfindung erlaubt ferner ganz allgemein die flexible Einstellung des Zündpunkts u. a. in Abhängigkeit eines Betriebspunkts der Brennkraftmaschine und trägt somit zur Steigerung ihres Wirkungsgrads sowie zur Verminderung von Schadstoffemissionen bei.It is according to the invention possible, changes of the ignition location or ignition point in the millisecond range, so that u. Even for a single one Working cycle of a cylinder of the internal combustion engine several different Set ignition points can be for example, to realize a double or multiple ignition. The invention also allows in general the flexible adjustment of the ignition point u. a. dependent on an operating point of the internal combustion engine and thus contributes to increase their efficiency and to reduce pollutant emissions at.

Darüberhinaus weisen die erfindungsgemäß vorgeschlagenen adaptiven optischen Elemente eine geringere Störanfälligkeit auf als die herkömmlichen mechanischen Stellsysteme, weil die adaptiven optischen Elemente unter entsprechender Ansteuerung, die beispielsweise mittels elektrischer oder magnetischer Felder und/oder Ultraschall und/oder Druck erfolgen kann, in der Regel allein ihre eigene Geometrie verändern und nicht wie bei den herkömmlichen Stellsystemen komplexe Massensysteme angetrieben werden müssen.Furthermore have the proposed inventions adaptive optical elements have a lower susceptibility to interference than the conventional mechanical Stellstellsysteme, because the adaptive optical elements under appropriate Control, for example by means of electrical or magnetic Fields and / or ultrasound and / or pressure can be done in the Rule alone to change their own geometry and not like the conventional control systems complex mass systems must be driven.

Eine besonders hohe Dynamik hinsichtlich der Einstellung eines gewünschten Zündortes ergibt sich erfindungsgemäß bei der Ausbildung des adaptiven optischen Elements als adaptive Linse. Die adaptive Linse kann unter entsprechender Ansteuerung z. B. ihre Brennweite ändern und beeinflusst damit direkt den Strahlengang der für die Laserzündung verwendeten Laserstrahlung. Besonders bevorzugt ist die adaptive Linse als Flüssigkeitslinse ausgebildet.A particularly high dynamics in terms of setting a desired ignition point results according to the invention in the Forming the adaptive optical element as an adaptive lens. The adaptive lens can be activated with appropriate activation z. B. her Change focal length and thus directly influences the beam path used for the laser ignition Laser radiation. Particularly preferred is the adaptive lens as a liquid lens educated.

Eine Flüssigkeitslinse kann beispielsweise unter Ausnutzung des auch als electrowetting („Elektrobenetzung”) bekannten Effekts realisiert werden, bei dem ein aktives flüssiges Medium unter Einfluss eines elektrischen Feldes seine Anordnung auf einer Kontaktelektrode und damit auch seine optisch wirksame Geometrie ändert.A liquid lens For example, taking advantage of this can also be called electrowetting ("Electrowetting") known Effects are realized in which an active liquid medium under the influence of an electric field its arrangement on a contact electrode and thus also changes its optically effective geometry.

Weitere Typen von adaptiven Linsen sind z. B. Flüssigkeitslinsen, die unter Einwirkung von Druck oder Ultraschall ihre optisch wirksame Geometrie ändern.Further Types of adaptive lenses are z. B. liquid lenses under Exposure to pressure or ultrasound to change their optically effective geometry.

Um einen zuverlässigen Betrieb der Flüssigkeitslinse über den gesamten Betriebsbereich einer die erfindungsgemäße Laserzündkerze enthaltenden Brennkraftmaschine hinweg zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein aktives Medium der Flüssigkeitslinse einen Siedepunkt aufweist, der größer ist als etwa 100 Grad Celsius, vorzugsweise größer als etwa 200 Grad Celsius. Bevorzugt wird als aktives Medium daher ein Spezialöl mit hohem Siedepunkt verwendet.In order to ensure a reliable operation of the liquid lens over the entire operating range of an internal combustion engine containing the laser spark plug according to the invention, it can be provided according to the invention that an active medium of the liquid lens has a boiling point greater than about 100 degrees Celsius, preferably greater than about 200 degrees Celsius. Preferably, therefore, a special oil with a high boiling point is used as the active medium.

Einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge kann das adaptive optische Element auch als adaptiver Spiegel ausgebildet sein. Analog zu der adaptiven Linse kann auch der adaptive Spiegel unter entsprechender Ansteuerung beispielsweise seine Brennweite verändern. Es ist ferner denkbar, bei der Vorsehung entsprechender Stellglieder ganz allgemein die Geometrie einer Oberfläche des Spiegels zu modifizieren, um den Strahlengang der Laserstrahlung zu beeinflussen. Im Unterschied zu der adaptiven Linse, die ein transmittierendes Element ist, ermöglicht der adaptive Spiegel als reflektierendes Element eine andersartige Gestaltung des Strahlengangs und stellt somit neben der Möglichkeit zur hochdynamischen Beeinflussung des Strahlengangs einen weiteren Freiheitsgrad zur Realisierung des inneren Aufbaus der erfindungsgemäßen Laserzündkerze bereit.one another very advantageous embodiment According to the present invention, the adaptive optical element also be designed as an adaptive mirror. Analogous to the adaptive lens can also be the adaptive mirror under appropriate control for example, change its focal length. It is also conceivable in the provision of appropriate actuators in general geometry a surface of the mirror to modify the beam path of the laser radiation to influence. Unlike the adaptive lens, the one is transmissive element allows the adaptive mirror as a reflective element a different design of the beam path and thus puts next to the possibility for the highly dynamic influencing of the beam path another degree of freedom for the realization of the internal structure of the laser spark plug according to the invention ready.

Eine besonders effektive Beeinflussung der Laserstrahlung ergibt sich einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zufolge dann, wenn das adaptive optische Element eine optisch aktive Fläche aufweist, deren minimale Kantenlänge beziehungsweise deren minimaler Durchmesser größer oder gleich etwa 3 Millimeter ist, vorzugsweise größer oder gleich etwa 5 Millimeter.A particularly effective influencing of the laser radiation results a further embodiment According to the invention, when the adaptive optical element a has optically active surface, their minimum edge length or their minimum diameter is greater than or equal to about 3 millimeters is, preferably larger or equal to about 5 millimeters.

Eine besonders betriebssichere Konfiguration ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Laserzündkerze dann, wenn das adaptive optische Element in einem brennraumabgewandten Bereich der Laserzündkerze angeordnet ist, wo es geringeren Betriebstemperaturen ausgesetzt ist als in einem dem Brennraum zugewandten Bereich der Laserzündkerze.A particularly reliable configuration results in the laser spark plug according to the invention when the adaptive optical element faces away from the combustion chamber Range of laser spark plug is arranged where it is exposed to lower operating temperatures is as in a combustion chamber facing the area of the laser spark plug.

Eine Vergrößerung der Empfindlichkeit des Strahlengangs gegenüber der erfindungsgemäßen Beeinflussung durch das adaptive optische Element ist einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zufolge dadurch gegeben, dass der Strahlengang so ausgebildet ist, dass die Laserstrahlung mehrfach über das adaptive optische Element geführt wird. Hierbei ergibt sich eine entsprechende Vervielfachung der Wirkung des adaptiven optischen Elements auf den Strahlengang. Besonders vorteilhaft ist der Strahlengang hierzu beispielsweise gefaltet ausgebildet.A Magnification of the Sensitivity of the beam path with respect to the influence of the invention by the adaptive optical element is a particularly advantageous Embodiment of Invention given by the fact that the beam path is formed is that the laser radiation is repeatedly passed over the adaptive optical element. This results in a corresponding multiplication of the effect of the adaptive optical element on the beam path. Especially Advantageously, the beam path is folded for this purpose, for example educated.

Die erfindungsgemäße Laserzündkerze kann einer weiteren vorteilhaften Variante zufolge eine integrierte Lasereinrichtung aufweisen, insbesondere eine Lasereinrichtung mit einer passiven Güteschaltung, mittels der Laserimpulse erzeugbar sind, die eine besonders hohe Spitzenleistung aufweisen.The Laser spark plug according to the invention can According to a further advantageous variant, an integrated laser device in particular a laser device with a passive Q-switching, can be generated by means of the laser pulses, which is a particularly high Peak performance.

Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze auch mehrere adaptive optische Elemente aufweisen.Advantageous can the laser spark plug according to the invention also have several adaptive optical elements.

Die erfindungsgemäße Laserzündkerze kann aufgrund ihrer Flexibilität und Betriebssicherheit insbesondere zum Aufbau eines Zündsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Der Einsatz bei stationären Großgasmotoren oder anderen Zündanwendungen, die eine dynamische Variation des Zündpunkts erfordern, ist ebenfalls denkbar.The Laser spark plug according to the invention can because of its flexibility and reliability, especially for the construction of an ignition system for one Internal combustion engine of a motor vehicle can be used. The use at inpatient Large gas engines or other ignition applications, which require a dynamic variation of the ignition point is also conceivable.

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 beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Further Features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features form for themselves or in any combination, the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency as well as independently from their formulation or presentation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1a eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze in einer ersten Betriebsart, 1a a first embodiment of the laser spark plug according to the invention in a first mode,

1b die Laserzündkerze gemäß 1a in einer zweiten Betriebsart, 1b the laser spark plug according to 1a in a second mode,

2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und 2 a further embodiment of the laser spark plug according to the invention, and

3a, 3b weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze mit einem gefalteten Strahlengang. 3a . 3b Further embodiments of the laser spark plug according to the invention with a folded beam path.

1a zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, die vorliegend einen Bestandteil eines nicht näher abgebildeten Zündsystems bildet, um ein Luft-/Kraftstoffgemisch zu entzünden, das in einem der Laserzündkerze 100 zugeordneten Brennraum 200 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorliegt. Hierzu verfügt die Laserzündkerze 100 über eine integrierte Lasereinrichtung 130. Bei der Lasereinrichtung 130 kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterlaser handeln, speziell auch um eine Lasereinrichtung mit einer passiven Güteschaltung, die durch eine extern der Laserzündkerze 100 angeordnete Pumplichtquelle mit Pumpstrahlung zum optischen Pumpen versorgt wird. 1a shows a first embodiment of the laser spark plug according to the invention 100 , which in the present case forms part of an ignition system not shown in detail, in order to ignite an air / fuel mixture in one of the laser spark plug 100 associated combustion chamber 200 an internal combustion engine of a motor vehicle is present. The laser spark plug features this 100 via an integrated laser device 130 , At the laser device 130 it may, for example, be a semiconductor laser, especially also a laser device with a passive Q-switching, which is externally of the laser spark plug 100 arranged pumping light source is supplied with pump radiation for optical pumping.

Die Laserzündkerze 100 verfügt über ein Brennraumfenster 101, durch das in an sich bekannter Weise fokussierte Laserstrahlung aus der Laserzündkerze 100 in den Brennraum 200 der Brennkraftmaschine austreten kann. Die Lage des Zündpunkts ZP in dem Brennraum 200 hängt u. a. von einer effektiven Brennweite der zur Fokussierung verwendeten Optik der Laserzündkerze 100 ab.The laser spark plug 100 has a combustion chamber window 101 , By the laser radiation focused in a conventional manner laser radiation from the laser spark plug 100 in the combustion chamber 200 the internal combustion engine can escape. The position of the ignition point ZP in the combustion chamber 200 depends inter alia on an effective focal length of the optics used for focusing the laser spark plug 100 from.

Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 ein adaptives optisches Element auf, das vorliegend als adaptive Linse 120a ausgebildet ist. Die adaptive Linse 120a ist so in dem Strahlengang 110 der in der Laserzündkerze 100 geführten Laserstrahlung angeordnet, dass sie unter entsprechender Ansteuerung den Strahlengang 110 beeinflussen kann. Dadurch kann beispielsweise die effektive Brennweite der in der Laserzündkerze 100 enthaltenen Optik und damit auch die Lage des Zündpunkts ZP in dem Brennraum 200 verändert werden.According to the invention, the laser spark plug 100 an adaptive optical element, present as an adaptive lens 120a is trained. The adaptive lens 120a is so in the beam path 110 in the laser spark plug 100 guided laser radiation arranged that they under appropriate control the beam path 110 can influence. As a result, for example, the effective focal length in the laser spark plug 100 contained optics and thus the position of the ignition point ZP in the combustion chamber 200 to be changed.

Bei der in 1a abgebildeten Erfindungsvariante wird die adaptive Linse 120a selbst zur Fokussierung der Laserstrahlung auf den Zündpunkt ZP eingesetzt. Eine Brennweitenänderung der adaptiven Linse 120a wirkt sich demnach direkt auf die Lage des Zündpunkts ZP aus.At the in 1a illustrated variant of the invention is the adaptive lens 120a itself used to focus the laser radiation on the ignition point ZP. A focal length change of the adaptive lens 120a Accordingly, it has a direct effect on the position of the ignition point ZP.

Bei der Ausbildung der adaptiven Linse 120a als Flüssigkeitslinse kann eine Ansteuerung beispielsweise unter Verwendung einer elektrischen Spannung erfolgen, wobei die Flüssigkeitslinse 120a insbesondere nach dem Prinzip des electrowetting arbeiten kann. Durch die Ansteuerung verändert die adaptive Linse 120a ihre Brennweite, wodurch sich eine entsprechende Verschiebung des Zündpunkts ZP in dem Brennraum 200 ergibt.In the formation of the adaptive lens 120a as a liquid lens, a drive can be effected for example by using an electrical voltage, wherein the liquid lens 120a working in particular on the principle of electrowetting. By driving changed the adaptive lens 120a their focal length, resulting in a corresponding displacement of the ignition point ZP in the combustion chamber 200 results.

Alternativ kann die adaptive Linse 120a auch so ausgebildet sein, dass sie unter Ansteuerung mittels eines magnetischen Feldes und/oder Druck und/oder Ultraschall ihre Brennweite ändert.Alternatively, the adaptive lens 120a be designed so that it changes its focal length under control by means of a magnetic field and / or pressure and / or ultrasound.

Generell kann die Ansteuerung der adaptiven Linse 120a durch eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) erfolgen, die – je nach dem Arbeitsprinzip der adaptiven Linse 120a – ein entsprechendes Ansteuersignal, z. B. eine Ansteuerspannung, liefert. Die Funktionalität der Steuereinrichtung kann besonders vorteilhaft auch in einem bestehenden Steuergerät des Laser-Zündsystems der Brennkraftmaschine oder einem Motorsteuergerät integriert sein.In general, the control of the adaptive lens 120a by a control device (not shown), which - depending on the working principle of the adaptive lens 120a - A corresponding drive signal, for. B. a drive voltage supplies. The functionality of the control device can be particularly advantageously integrated in an existing control unit of the laser ignition system of the internal combustion engine or an engine control unit.

Im Falle einer elektrischen Ansteuerung der adaptiven Linse 120a kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 beispielsweise eine entsprechende elektrische Schnittstelle aufweisen, um der adaptiven Linse 120a die von dem Steuergerät erzeugte Ansteuerspannung zuzuführen.In the case of an electrical control of the adaptive lens 120a can the laser spark plug according to the invention 100 For example, have a corresponding electrical interface to the adaptive lens 120a to supply the drive voltage generated by the controller.

Bei druck- oder ultraschallgesteuerten adaptiven Linsen kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 analog zu der Variante mit elektrischer Ansteuerung eine entsprechende Schnittstelle zu externen Komponenten aufweisen, die Druck- oder Ultraschallsignale erzeugen. Alternativ oder ergänzend kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 auch Mittel zur lokalen Erzeugung von Druck oder Ultraschall oder sonstigen geeigneten Ansteuersignalen für die adaptive Linse 120a aufweisen, die ihrerseits beispielsweise über eine elektrische Schnittstelle durch ein externes Steuergerät angesteuert werden.In the case of pressure- or ultrasound-controlled adaptive lenses, the laser spark plug according to the invention can be used 100 analogous to the variant with electrical control have a corresponding interface to external components that generate pressure or ultrasonic signals. Alternatively or additionally, the laser spark plug according to the invention 100 also means for locally generating pressure or ultrasound or other suitable drive signals for the adaptive lens 120a have, in turn, for example, be controlled by an external control device via an electrical interface.

1a zeigt die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 in einem ersten Betriebszustand, bei dem die adaptive Linse 120a so angesteuert ist, dass sie eine verhältnismäßig große Brennweite aufweist und der Zündpunkt ZP sich dementsprechend in einer ersten, verhältnismäßig großen Entfernung d1 von einer durch das Brennraumfenster 101 gebildeten stirnseitigen Oberfläche der Laserzündkerze 100 entfernt befindet. 1a shows the laser spark plug according to the invention 100 in a first operating state where the adaptive lens 120a is driven so that it has a relatively large focal length and the ignition point ZP is accordingly in a first, relatively large distance d1 of a through the combustion chamber window 101 formed front surface of the laser spark plug 100 is located away.

Bei der in 1b abgebildeten zweiten Betriebssituation der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 ist die adaptive Linse 120a so angesteuert, dass sie eine geringere Brennweite aufweist. Dementsprechend ist der Zündpunkt ZP nur noch um den Abstand d2 < d1 von der stirnseitigen Oberfläche der Laserzündkerze 100 entfernt.At the in 1b mapped second operating situation of the laser spark plug according to the invention 100 is the adaptive lens 120a controlled so that it has a lower focal length. Accordingly, the ignition point ZP is only by the distance d2 <d1 from the front surface of the laser spark plug 100 away.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, bei der eine Flüssigkeitslinse 120a zwischen der Lasereinrichtung 130 und einer eine feste Brennweite aufweisenden Fokussierungslinse 121 angeordnet ist. Bei dieser Konfiguration kann durch die Einstellung der Brennweite der Flüssigkeitslinse 120a ein Durchmesser und die Divergenz der Laserstrahlung an dem Ort der Fokussierlinse 121 verändert werden, wodurch sich wiederum eine Änderung der Lage des Zündpunkts ZP in dem Brennraum 200 ergibt, weil sich die Gesamtbrennweite des optischen Systems 130, 120a, 121 entsprechend ändert. 2 shows a further embodiment of the laser spark plug according to the invention 100 in which a liquid lens 120a between the laser device 130 and a fixed focal length focusing lens 121 is arranged. In this configuration, by adjusting the focal length of the liquid lens 120a a diameter and the divergence of the laser radiation at the location of the focusing lens 121 be changed, which in turn results in a change in the position of the ignition point ZP in the combustion chamber 200 results because the total focal length of the optical system 130 . 120a . 121 changes accordingly.

Diese Konfiguration weist gegenüber der unter Bezugnahme auf die 1a, 1b beschriebenen Variante den Vorteil auf, dass bei der Verwendung einer verhältnismäßig kurzbrennweitigen asphärischen Fokussierungslinse 121 der Laserstrahl mit einer sehr guten optischen Qualität auf den Zündpunkt ZP fokussiert werden kann. Dadurch wird der Nachteil vermieden, dass die üblicherweise als sphärische Linse ausgebildete Flüssigkeitslinse 120a selbst zur Fokussierung eingesetzt werden muss, was zu einer weniger guten Abbildung des Laserstrahls auf den Zündpunkt ZP führen würde, weil die Abbildungsqualität sphärischer Linsen bei geringen Brennweiten begrenzt ist.This configuration is opposite to that with reference to FIGS 1a . 1b described variant has the advantage that when using a relatively short focal length aspherical focusing lens 121 the laser beam with a very good optical quality can be focused on the ignition point ZP. This avoids the disadvantage that the liquid lens usually formed as a spherical lens 120a itself must be used for focusing, which would lead to a less good imaging of the laser beam to the ignition point ZP, because the imaging quality of spherical lenses is limited at low focal lengths.

Durch die in 2 abgebildete Konfiguration der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 können daher typische Abbildungsfehler von sphärischen Linsen vermieden werden, weil für die Fokussierung eine besondere, asphärische Fokussierungslinse 121 eingesetzt wird. Gleichzeitig kann vorteilhaft durch die ebenfalls in dem Strahlengang 110 angeordnete Flüssigkeitslinse 120a der Zündpunkt ZP variiert werden.By the in 2 Pictured configuration of the laser spark plug according to the invention 100 Therefore, typical aberrations of spherical lenses can be avoided, because for focusing a special, aspherical focusing lens 121 is used. At the same time can be advantageous by the also in the beam path 110 arranged liquid lens 120a the ignition point ZP can be varied.

Die gesteigerte Abbildungsqualität auf den Zündpunkt ZP ermöglicht eine höhere Leistungsdichte der Laserstrahlung, wodurch eine zuverlässigere Zündung des Luft-/Kraftstoffgemischs auch unter schwierigen Betriebsbedingungen gewährleistet ist.The enhanced picture quality to the ignition point ZP allows a higher one Power density of the laser radiation, allowing a more reliable ignition of the Air / fuel mixture even under difficult operating conditions.

3a zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, bei der anstelle einer adaptiven Linse ein adaptiver Spiegel 120b verwendet wird, um den Strahlengang 110 der in der Laserzündkerze 100 geführten Laserstrahlung zu beeinflussen. 3a shows a further embodiment of the laser spark plug according to the invention 100 in which, instead of an adaptive lens, an adaptive mirror 120b used to the beam path 110 in the laser spark plug 100 to influence guided laser radiation.

Die Steuerung des adaptiven Spiegels 120b kann analog zu der vorstehend beschriebenen Steuerung der adaptiven Linse 120a erfolgen, also insbesondere über elektromagnetische Felder, Ultraschall oder Druck. Ferner können Piezoaktoren vorgesehen sein, um die Geometrie des adaptiven Spiegels 120b zu verändern.The control of the adaptive mirror 120b can be analogous to the above-described control of the adaptive lens 120a take place, ie in particular via electromagnetic fields, ultrasound or pressure. Furthermore, piezoactuators may be provided to match the geometry of the adaptive mirror 120b to change.

Bei der Verwendung eines adaptiven Spiegels 120b wird die geometrische Anordnung der Komponenten 130, 120b, 121 zueinander bevorzugt so gewählt, dass ein Reflexionswinkel der Laserstrahlung an dem adaptiven Spiegel 120b kleiner oder gleich etwa 20° ist, um optische Fehler bei der Führung des Strahlengangs 110 zu verringern. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch vorteilhaft auch eine höhere Toleranz gegenüber Verkippungen der in dem Strahlengang 110 angeordneten Komponenten 130, 120b, 121.When using an adaptive mirror 120b becomes the geometric arrangement of the components 130 . 120b . 121 preferably chosen so that a reflection angle of the laser radiation to the adaptive mirror 120b is less than or equal to about 20 ° to optical errors in the guidance of the beam path 110 to reduce. At the same time, this advantageously also results in a higher tolerance to tilting in the beam path 110 arranged components 130 . 120b . 121 ,

Um den Strahlengang 110 zu verlängern, beispielsweise mit dem Ziel, eine Empfindlichkeit der Lage des Zündpunkts ZP gegenüber der Änderung der optischen Eigenschaften des adaptiven Spiegels 120b zu vergrößern, ist es denkbar, den Strahlengang 110 auch mehrfach zu falten, vergleiche die Ausführungsform gemäß 3b. Wie aus 3b ersichtlich ist, wird hierzu neben dem adaptiven Spiegel 120b ein weiterer, nicht adaptiver Spiegel 122 verwendet.To the beam path 110 For example, with the aim of increasing the sensitivity of the position of the ignition point ZP to the change in the optical properties of the adaptive mirror 120b it is conceivable to enlarge the beam path 110 also fold several times, compare the embodiment according to 3b , How out 3b is apparent, this is in addition to the adaptive mirror 120b another, non-adaptive mirror 122 used.

Durch die in 3b abgebildete Konfiguration ergibt sich neben der reinen Verlängerung des Strahlengangs 110 vorteilhaft der Effekt, dass die Laserstrahlung mehrfach über den adaptiven Spiegel 120b geführt wird, so dass Änderungen der optischen Eigenschaften des adaptiven Spiegels 120b sich entsprechend stärker auf den Strahlengang 110 und damit auch auf die Lage des Zündpunkts ZP auswirken als bei Systemen, bei denen der Strahlengang nur einfach über ein adaptives optisches Element 120a, 120b führt.By the in 3b Pictured configuration results in addition to the pure extension of the beam path 110 advantageous effect that the laser radiation several times through the adaptive mirror 120b is guided, so that changes in the optical properties of the adaptive mirror 120b correspondingly stronger on the beam path 110 and thus also affect the position of the ignition point ZP than in systems in which the beam path is simply via an adaptive optical element 120a . 120b leads.

Eine besonders effiziente Beeinflussung des Strahlengangs 110 ergibt sich erfindungsgemäß ferner dann, wenn das adaptive optische Element 120a, 120b eine optisch aktive Fläche aufweist, deren minimale Kantenlänge beziehungsweise deren minimaler Durchmesser größer oder gleich etwa 3 Millimeter ist, vorzugsweise größer oder gleich etwa 5 Millimeter, so dass das gesamte Strahlprofil der Laserstrahlung erfasst wird.A particularly efficient influencing of the beam path 110 According to the invention further results if the adaptive optical element 120a . 120b an optically active surface whose minimum edge length or whose minimum diameter is greater than or equal to about 3 millimeters, preferably greater than or equal to about 5 millimeters, so that the entire beam profile of the laser radiation is detected.

Die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 kann vorteilhaft dadurch gesteigert werden, dass bei einer Ausbildung des adaptiven optischen Elements als Flüssigkeitslinse 120a für die Flüssigkeitslinse 120a ein aktives Medium beziehungsweise eine Flüssigkeit gewählt wird, deren Siedepunkt größer ist als etwa 100 Grad Celsius, vorzugsweise größer als etwa 200 Grad Celsius. Hierfür kommen insbesondere Spezialöle in Betracht, die sowohl den erforderlichen hohen Siedepunkt als auch hinreichend gute optische Eigenschaften aufweisen.The reliability of the laser spark plug according to the invention 100 can advantageously be increased by the fact that in an embodiment of the adaptive optical element as a liquid lens 120a for the liquid lens 120a an active medium or liquid is selected whose boiling point is greater than about 100 degrees Celsius, preferably greater than about 200 degrees Celsius. For this purpose, in particular special oils come into consideration, which have both the required high boiling point and sufficiently good optical properties.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das adaptive optische Element 120b in einem dem Brennraum 200 abgewandten Bereich 100a der Laserzündkerze 100 angeordnet ist, vergleiche 3a. Durch die niedrigeren Temperaturen in dem brennraumabgewandten Bereich 100a der Laserzündkerze 100 – im Vergleich zu der brennraumnahen Zone im Bereich des Brennraumfensters 101 – ist eine höhere Betriebssicherheit und Standzeit der adaptiven Optik 120a, 120b gewährleistet.In a further very advantageous embodiment of the present invention, it is provided that the adaptive optical element 120b in a combustion chamber 200 remote area 100a the laser spark plug 100 is arranged, compare 3a , Due to the lower temperatures in the combustion chamber remote area 100a the laser spark plug 100 - Compared to the combustion chamber near zone in the area of the combustion chamber window 101 - is a higher reliability and durability of the adaptive optics 120a . 120b guaranteed.

Claims

Laser spark plug ( 100 ) for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, characterized in that in a beam path ( 110 ) of in the laser spark plug ( 100 ) guided laser radiation at least one adaptive optical element ( 120a . 120b ) is arranged, which is adapted to the beam path ( 110 ) influence the laser radiation.

Laser spark plug ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the adaptive optical element as an adaptive lens ( 120a ) is trained.

Laser spark plug ( 100 ) according to claim 2, characterized in that the adaptive lens ( 120a ) is formed as a liquid lens.

Laser spark plug ( 100 ) according to claim 3, characterized in that an active medium of the liquid lens has a boiling point which is greater than about 100 degrees Celsius, preferably greater than about 200 degrees Celsius.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adaptive optical element as an adaptive mirror ( 120b ) is trained.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adaptive optical element ( 120a . 120b ) has an optically active surface whose minimum edge length or minimum diameter is greater than or equal to about 3 millimeters, preferably greater than or equal to about 5 millimeters.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adaptive optical element ( 120a . 120b ) has a controllable focal length.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adaptive optical element ( 120a . 120b ) in a region away from the combustion chamber ( 100a ) of the laser spark plug ( 100 ) is arranged.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the, preferably folded, beam path ( 110 ) is designed such that the laser radiation is repeatedly transmitted via the adaptive optical element ( 120a . 120b ) to be led.

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an integrated laser device ( 130 ), wherein the integrated laser device ( 130 ) preferably has a passive Q-switching.

Ignition system, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that the ignition system comprises at least one laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims.