DE102011089305A1

DE102011089305A1 - Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung

Info

Publication number: DE102011089305A1
Application number: DE201110089305
Authority: DE
Inventors: Mathias Moenster; Manfred Vogel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung (11) für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem in einer ersten Betriebsart Laserstrahlung (12) zu einem Zündzeitpunkt (54) in einen Brennraum (13) der Brennkraftmaschine gestrahlt wird, um ein in dem Brennraum (13) vorliegendes zündfähiges Gemisch zu entflammen, wobei in einer Diagnosebetriebsart ein Diagnose-Laserimpuls (34) zu einem von dem Zündzeitpunkt (54) verschiedenen Diagnosezeitpunkt (58) in den Brennraum (13) der Brennkraftmaschine eingestrahlt wird, und wobei ein optisches Signal (32), das die Energie eines ggf. infolge des Diagnose-Laserimpulses (34) in dem Brennraum (13) erzeugten Plasmas (36) charakterisiert, ausgewertet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Laserzündeinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Vom Markt her bekannt sind Laserzündeinrichtungen, welche in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ein vorliegendes Kraftstoff-Luftgemisch entflammen können. Dabei wird in einer Laserzündkerze eine impulsartige Laserstrahlung erzeugt und durch ein Brennraumfenster in den Brennraum eingestrahlt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann es zu allmählichen Verschmutzungen des Brennraumfensters kommen, was eine geringere Transmission der Laserstrahlung durch das Brennraumfenster zur Folge hat. Entsprechend kann eine Leistung bzw. Energie der in den Brennraum eingestrahlten Laserstrahlung verringert und die Funktion der Laserzündeinrichtung beeinträchtigt sein.
Eine Patentveröffentlichung aus diesem Fachgebiet ist beispielsweise die DE 10 2007 044 010 A1 .
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch eine Laserzündeinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist in einer ersten Betriebsart Laserstrahlung zu einem Zündzeitpunkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einstrahlbar, um ein in dem Brennraum vorliegendes zündfähiges Gemisch zu entflammen. Erfindungsgemäß wird in einer Diagnosebetriebsart ein Diagnose-Laserimpuls zu einem von dem Zündzeitpunkt verschiedenen Diagnosezeitpunkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingestrahlt, und ein optisches Signal, das die Energie eines gegebenenfalls infolge des Diagnose-Laserimpulses in dem Brennraum erzeugten Plasmas charakterisiert, wird ausgewertet. Der Diagnose-Laserimpuls wird derart erzeugt bzw. der Diagnosezeitpunkt wird derart vorgegeben, dass keine Zündung eines in dem Brennraum vorliegenden Luft-/Kraftstoff-Gemischs stattfindet. Vorteilhaft wird nicht die "absolute" Plasma-Energie ermittelt, welche physikalisch vergleichsweise schwierig zu ermitteln ist, sondern es wird ein von der Plasma-Energie abhängiges Plasma-Licht, also das optische Signal, ermittelt und ausgewertet. Im Allgemeinen bedeutet ein vorhandenes "Plasma" zugleich auch ein abgestrahltes "Plasma-Licht". Die erfindungsgemäße Erzeugung des Diagnose-Laserimpulses kann gelegentlich, periodisch oder in jedem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine erfolgen.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine in den Brennraum zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches eingestrahlte Laserstrahlung in Bezug auf die Zündfähigkeit einfach und genau ausgewertet werden kann. Dabei wird der eigentliche Vorgang des Zündens – also die erste Betriebsart – durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinträchtigt. Es kann eine Messeinrichtung mit kostengünstigen und robusten elektronischen Schaltungselementen, beispielsweise unter Verwendung einer Photodiode, verwendet werden. Ein eventuell verschmutztes Brennraumfenster und/oder eine ungenaue Eichung der Messeinrichtung haben auf die Auswertung keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch bei sehr inhomogener Verschmutzung des Brennraumfensters, mit vergleichsweise großer Genauigkeit auf die Zündfähigkeit der Laserstrahlung zum Zündzeitpunkt zu schließen. Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile in Bezug auf Robustheit, Empfindlichkeit und Kosteneffizienz.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass ein Gasdruck in dem Brennraum zu dem Diagnosezeitpunkt niedriger ist als der Gasdruck in dem Brennraum zu dem Zündzeitpunkt der ersten Betriebsart, wobei der Gasdruck in dem Brennraum zu dem Diagnosezeitpunkt bevorzugt um mindestens etwa fünfzig Prozent niedriger ist als der Gasdruck in dem Brennraum zu dem Zündzeitpunkt. Dabei nutzt die Erfindung die Tatsache, dass die Erzeugung des Plasmas eine spezifische minimale Durchbruch-Energie bzw. Energiedichte erfordert, welche jeweils von der eingestrahlten Laserstrahlung erreicht werden muss. Es gibt daher eine auf die Leistung der Laserzündeinrichtung bzw. auf die in dem Brennraum vorliegende Energiedichte bezogene Schwelle, bei deren Überschreitung das Plasma nach Art eines "Durchbruchs" entsteht. Insbesondere ist die Schwelle abhängig von dem in dem Brennraum herrschenden Gasdruck und kann somit über den Gasdruck bzw. über die Wahl des Diagnosezeitpunkts vorgegeben werden. Bei einem vergleichsweise niedrigen Gasdruck ist die Schwelle vergleichsweise hoch. Vereinfacht und verallgemeinert kann gesagt werden, dass dann, wenn ein Plasma bei vergleichsweise niedrigem Gasdruck im Diagnosezeitpunkt entsteht, auch ein Plasma – und damit eine Entflammung des Kraftstoff-Gemischs – bei dem vergleichsweise hohen Gasdruck im Zündzeitpunkt zu erwarten ist. Dadurch werden die Sicherheit der erfindungsgemäßen Diagnose und der Betrieb der Brennkraftmaschine verbessert. Vorzugsweise ist der Gasdruck zu dem Diagnosezeitpunkt mindestens um fünfzig Prozent niedriger als im Zündzeitpunkt. Zu diesen Zeiten liegt i.d.R. kein zündfähiges Gemisch in dem betrachteten Zylinder vor. Dadurch kann der Diagnosezeitpunkt zu solchen Zeitpunkten des Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine vorgegeben werden, zu denen eine ungewollte Zündung wenig wahrscheinlich oder sogar auszuschließen ist.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des optischen Signals eine, vorzugsweise binärwertige, Entscheidung erfolgt, ob infolge des Diagnose-Laserimpulses in dem Brennraum ein Plasma erzeugt worden ist oder nicht, und dass in Abhängigkeit von der, vorzugsweise binärwertigen, Entscheidung auf eine Degradation optischer Komponenten der Laserzündeinrichtung, insbesondere auf ein Transmissionsverhalten eines Brennraumfensters, durch das die Laserstrahlung bzw. der Diagnose-Laserimpuls in den Brennraum gestrahlt wird, geschlossen wird. Weil – wie oben beschrieben – das Plasma und das dabei erzeugte optische Signal (Plasma-Licht) nach Art eines Durchbruchs entsteht, ist eine einfache Ja-Nein-Entscheidung, ob das optische Signal vorhanden ist oder nicht, in der Regel ausreichend. Sofern bei gegebenem Gasdruck bzw. Diagnosezeitpunkt ein optisches Signal zu erwarten wäre, jedoch kein solches ermittelt wird, so wird erfindungsgemäß auf eine Degradation optischer Komponenten der Laserzündeinrichtung geschlossen.
Insbesondere kann das Transmissionsverhalten des Brennraumfensters für die jeweilige Wellenlänge der Laserstrahlung eingeschränkt sein. Dies erfolgt beispielsweise durch Verschmutzung, welche infolge von Belägen von Ölaschen oder Rußpartikeln auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Brennraumfensters entsteht. Diese Beläge reduzieren die Transmission des Brennraumfensters, was zu einer unerwünschten Reduzierung der Energie der eingestrahlten Laserstrahlung führt. Je nach Stärke und Verteilung der Beläge an dem Brennraumfenster kann die effektive Transmission für die Laserstrahlung einen anderen Wert haben als die effektive Transmission für eine in die Laserzündeinrichtung zurück gestreute Plasmastrahlung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es jedoch im Allgemeinen unerheblich, ob das Brennraumfenster homogen oder inhomogen verschmutzt ist, wodurch das Verfahren besonders robust ist. Ebenso kann es möglich sein, dass (auch) die Leistung der in den Brennraum eingestrahlten Laserstrahlung aufgrund einer Degradation von übrigen Komponenten der Laserzündeinrichtung zu gering ist.
Vorzugsweise liegt der Diagnosezeitpunkt in einer Ausschiebephase und/oder einer Ansaugphase, insbesondere einer frühen Ansaugphase, eines Arbeitszyklus eines dem Brennraum zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine. In diesen Phasen weist der Brennraum im Allgemeinen kein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch auf. Dadurch kann einerseits der Betrieb der Brennkraftmaschine ungestört von der Erzeugung des Diagnose-Laserimpulses erfolgen, und andererseits ist die erfindungsgemäße Diagnose wenig von dem Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig. Der Betrieb und die Diagnose sind somit gut voneinander entkoppelt.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass ein Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine und/oder ein Gasdruck und/oder eine Temperatur in dem Brennraum ermittelt werden, und dass das optische Signal vorzugsweise in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und/oder des Gasdrucks und/oder der Temperatur ausgewertet wird. Der Kurbelwellenwinkel ist besonders einfach und genau zu ermitteln, beispielsweise mittels eines Geberrads. Der Kurbelwellenwinkel bzw. der Gasdruck einerseits und die Temperatur andererseits bedeuten eine erste und eine zweite Größe, welche die Entstehung des Plasmas beeinflussen. Unter Verwendung dieser Größen kann die oben beschriebene Schwelle besonders präzise ermittelt werden. Dadurch wird die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Diagnose verbessert. Beispielsweise kann die Schwelle unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Tabelle ermittelt werden.
Ein Leistungs-Schwellwert für die Laserstrahlung bzw. den Diagnose-Laserimpuls zur Erzeugung eines Plasmadurchbruchs im Brennpunkt des eingestrahlten Laserlichts ist wie oben beschrieben abhängig vom Gasdruck im Brennraum. Je niedriger der Gasdruck, desto höher ist der Leistungs-Schwellwert bzw. desto höher ist ein für den Plasma-Durchbruch minimal benötigter Energie-Schwellwert (engl. "minimum breakdown energy") des Laserlichts. Die Änderungen des Gasdrucks im Brennraum während eines z.B. ottomotorischen Zyklus sind bekannterweise beträchtlich. So beträgt beispielsweise der Gasdruck zum Zündzeitpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel von etwa 20° vor dem oberen Totpunkt etwa 50 bar, entsprechend 5 MPa, Megapascal. In der Ausschiebephase ab einem Kurbelwellenwinkel von etwa 180° nach dem oberen Totpunkt beträgt der Gasdruck beispielsweise weniger als etwa 5 bar, entsprechend 0.4 MPa. Der Zusammenhang zwischen dem Kurbelwellenwinkel und dem Gasdruck einerseits, sowie zwischen dem Gasdruck und dem Energie-Schwellwert E_thr andererseits, wird erfindungsgemäß zur Ermittlung der Energie der in den Brennraum eingestrahlten Laserstrahlung bzw. der Tatsache, ob die Energie für die Erzeugung eines Zündplasmas ausreicht, verwendet.
Das Verfahren ist besonders einfach durchzuführen, wenn eine Maximalleistung und/oder eine Impulsenergie des Diagnose-Laserimpulses im Wesentlichen einer Maximalleistung und/oder einer Impulsenergie eines Laserimpulses gleich ist, der in der ersten Betriebsart in den Brennraum eingestrahlt wird. Damit entspricht der Diagnose-Laserimpuls einem zusätzlichen von der Laserzündeinrichtung erzeugten Laserimpuls. Dabei wird lediglich ein besonderer Zeitpunkt ("Diagnosezeitpunkt") verwendet, jedoch entsprechen die Amplitude und die zeitliche Dauer des Laserimpulses im Allgemeinen dem zum regelmäßigen Zündzeitpunkt verwendeten Laserimpuls. Dadurch wird das Verfahren vereinfacht, wobei zusätzliche Kosten vermieden werden.
Ergänzend ist vorgesehen, dass der Diagnosezeitpunkt bzw. der Kurbelwellenwinkel der Erzeugung des Diagnose-Laserimpulses und/oder eine Energie des Diagnose-Laserimpulses verändert wird, und dass ein Energie-Schwellwert und/oder ein Leistungs-Schwellwert für den Diagnose-Laserimpuls ermittelt wird, welcher einem Grenzfall entspricht, bei dem Plasmastrahlung erzeugt oder nicht erzeugt wird. Aus dem ermittelten Energie-Schwellwert bzw. Leistungs-Schwellwert für den Diagnose-Laserimpuls kann unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Kurbelwellenwinkel und dem Gasdruck auf eine in dem Brennpunkt wirksame Energie des Diagnose-Laserimpulses und daraus folgend auf eine jeweilige Energie der Laserstrahlung im Zündzeitpunkt geschlossen werden. Somit kann vergleichsweise einfach und genau durch die Wahl des Diagnosezeitpunkts ermittelt werden, ob die Energie der Laserstrahlung im Zündzeitpunkt für eine zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches ausreicht oder nicht. Vorteilhaft wird der Energie-Schwellwert E_thr derart eingestellt, dass die zur sicheren Entflammung erforderliche Energie des Diagnose-Laserimpulses zum Diagnosezeitpunkt gerade noch ein Plasma erzeugen kann.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit der Entscheidung, ob infolge des Diagnose-Laserimpulses in dem Brennraum ein Plasma erzeugt worden ist oder nicht, ein Eintrag in einen Fehlerspeicher einer Diagnoseeinrichtung erfolgt und/oder eine Signalisierung an einen Benutzer der Brennkraftmaschine erfolgt und/oder eine Impulsenergie und/oder Maximalleistung von in der ersten Betriebsart erzeugten Laserimpulsen angepasst wird. Vorzugsweise wird der zum Diagnosezeitpunkt in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels erwartete Gasdruck in dem Brennraum ebenfalls berücksichtigt. Wird aufgrund der Energie des Diagnose-Laserimpulses und des im Diagnosezeitpunkt herrschenden Gasdrucks auf eine zu geringe Energie der Laserstrahlung in dem Brennpunkt zum Zündzeitpunkt geschlossen, so kann eine Verschmutzung des Brennraumfensters oder eine zu geringe Leistung einer die Laserstrahlung erzeugenden Laserzündkerze eine Ursache sein. Nachfolgend kann – sofern die Laserzündkerze bzw. die Lasereinrichtung eine Leistungsreserve aufweist – die in den Brennraum eingestrahlte Laserstrahlung erhöht werden, zumindest zeitweise, z.B. im Sinne eines Notlaufs. Andernfalls oder ergänzend können die beschriebenen Fehlermeldungen erzeugt werden. Dadurch kann optimal auf eine zu geringe wirksame Energie der Laserstrahlung reagiert werden. Insbesondere können allmählich auftretende Fehler – wie die Verschmutzung des Brennraumfensters – frühzeitig und vorbeugend diagnostiziert werden. Damit soll sichergestellt werden, dass stets die für die Entflammung nötige Energie der Laserstrahlung bereitgestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, welche dazu ausgebildet ist, in einer ersten Betriebsart Laserstrahlung zu einem Zündzeitpunkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzustrahlen, um ein in dem Brennraum vorliegendes zündfähiges Gemisch zu entflammen, wobei die Laserzündeinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, in einer Diagnosebetriebsart einen Diagnose-Laserimpuls zu einem von dem Zündzeitpunkt verschiedenen Diagnosezeitpunkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine abzustrahlen, und ein optisches Signal, das die Energie eines ggf. infolge des Diagnose-Laserimpulses in dem Brennraum erzeugten Plasmas charakterisiert, auszuwerten. Die oben beschriebene Laserzündkerze ist ein Element (Komponente) der Laserzündeinrichtung.
Eine Ausgestaltung der Laserzündeinrichtung umfasst eine Lichtleitereinrichtung, um in dem Brennraum erzeugte Plasmastrahlung aus dem Brennraum zu einer Messeinrichtung zu leiten, wobei die Laserzündeinrichtung und/oder eine an die Laserzündeinrichtung gekoppelte Einrichtung Mittel aufweist, die Plasmastrahlung von der in den Brennraum eingestrahlten Laserstrahlung zu unterscheiden. Beispielsweise weist die in den Brennraum eingestrahlte Laserstrahlung eine Wellenlänge von 1064 nm, Nanometer, auf, und ein zur Erzeugung der Laserstrahlung verwendetes Pumplicht weist eine Wellenlänge von 808 nm auf. Die Mittel können beispielsweise ein optisches Filter umfassen, welches für die Laserstrahlung und das Pumplicht möglichst wenig transparent ist und für das Plasmalicht besonders gut transparent ist. Gegebenenfalls kann die besagte Messeinrichtung zumindest teilweise in die Laserzündkerze baulich integriert sein. Vorzugsweise ist ein dem Brennraum zugewandter Endabschnitt der Lichtleitereinrichtung außerhalb des Brennraums angeordnet, wobei die Lichtleitereinrichtung durch das Brennraumfenster und/oder eine Fokussiereinrichtung und/oder das optische Filter von dem Brennraum getrennt ist. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Lichtleitereinrichtung ein optischer Wellenleiter ist, sondern die Lichtleitereinrichtung kann beispielsweise auch eine optische Freistrahl-Anordnung umfassen. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Messeinrichtung bzw. eine Photodiode der Messeinrichtung innerhalb der Laserzündkerze angeordnet ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Laserzündeinrichtung sieht vor, dass die Lichtleitereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die in dem Brennraum erzeugte Plasmastrahlung aus dem Brennraum zu der Messeinrichtung leiten, ebenfalls dazu ausgebildet ist, ein Pumplicht in die Laserzündkerze der Laserzündeinrichtung einzustrahlen. Das bedeutet, dass die Lichtleitereinrichtung erstens wie allgemein vorbekannt das Pumplicht in die Laserzündkerze leiten kann, und zweitens dass die Lichtleitereinrichtung zumindest über einen Teil des durch die Lichtleitereinrichtung gebildeten optischen Pfades dazu verwendet wird, um die durch den Diagnose-Laserimpuls erzeugte Plasmastrahlung als optisches Signal zu der Messeinrichtung zu leiten. Durch die bidirektionale Verwendung der Lichtleitereinrichtung werden die Laserzündeinrichtung vereinfacht und Kosten gespart.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches dazu programmiert ist, das beschriebene Verfahren zum Betreiben der Laserzündeinrichtung auszuführen. Das Computerprogramm läuft vorzugsweise auf einem Steuergerät der Laserzündeinrichtung ab.
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. In der Zeichnung zeigen:
1 ein vereinfachtes Schema einer Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine;
2 ein erstes Zeitdiagramm mit einer Leistung eines Laserimpulses;
3 ein Diagramm mit einer energiebezogenen Schwelle in Abhängigkeit eines Gasdrucks in einem Brennraum der Brennkraftmaschine;
4 ein Verlauf des Gasdrucks in dem Brennraum über einem Kurbelwellenwinkel;
5 ein zweites Zeitdiagramm mit einer Leistung zweier Laserimpulse; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein vereinfachtes Schema einer Laserzündkerze 10 für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, in einer Schnittdarstellung. Die Laserzündkerze 10 ist ein Element einer Laserzündeinrichtung 11, welche in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist. Eine von der Laserzündkerze 10 geführte oder in der Laserzündkerze 10 erzeugte Laserstrahlung 12 strahlt in der Zeichnung im Wesentlichen von links nach rechts in einen nicht näher dargestellten Brennraum 13 der Brennkraftmaschine ab. Eine die Laserstrahlung 12 leitende Lichtleitereinrichtung (ohne Bezugszeichen) ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Laserzündkerze 10 umfasst ein Gehäuse 14, welches an einem in der Zeichnung rechten Endabschnitt ein Brennraumfenster 16 aufweist. Eine in Bezug auf die Laserzündkerze 10 äußere Fläche des Brennraumfensters 16 weist inhomogen verteilte Verschmutzungen 18 auf.
In einem Innenraum 20 der Laserzündkerze 10 ist eine Fokussiereinrichtung, welche vorliegend als Linse 22 ausgeführt ist, angeordnet. Die Linse 22 fokussiert die Laserstrahlung 12 zu einem sich zu einem Brennpunkt 24 kegelförmig verjüngenden Strahlenbündel 26. Eine Plasmastrahlung 28, welche mittels einer strichpunktierten Linie exemplarisch für ein nach allen Raumrichtungen von dem Brennpunkt 24 ausgesendetes Plasmalicht dargestellt ist, tritt in der Zeichnung von rechts nach links durch das Brennraumfenster 16 in den Innenraum 20 der Laserzündkerze 10 ein.
In einem in der Zeichnung unteren Abschnitt der Linse 22 wird die Plasmastrahlung 28 nach dem Brechungsgesetz umgelenkt und tritt in eine horizontal in der Laserzündkerze 10 angeordnete Lichtleitereinrichtung 30 ein. Die in der Lichtleitereinrichtung 30 sich ausbreitende Plasmastrahlung 28 bedeutet ein optisches Signal 32. An einem dem Brennraum 13 abgewandten Endabschnitt der Lichtleitereinrichtung 30 ist eine – in der Zeichnung vereinfacht dargestellte – Messeinrichtung 33 angeordnet, welche das optische Signal 32 auswerten kann.
Die Messeinrichtung 33 umfasst einen Photodetektor in Gestalt einer Photodiode, deren elektrisches Ausgangssignal unter Verwendung eines Mikrocontrollers in einem Laser-Steuergerät (nicht dargestellt) ausgewertet wird. Bei einer Dauer des Diagnose-Laserimpulses von beispielsweise 1 ns, Nanosekunde, ergibt sich eine Lebensdauer der optisch messbaren Plasmastrahlung 28 von ebenfalls wenigen Nanosekunden. Die zeitliche Auflösung der Messeinrichtung 33 wird durch die Eigenschaften der Photodiode und analoger Signalverarbeitungselemente, sowie durch eine Taktfrequenz des Mikrocontrollers begrenzt. Daher erfasst die Photodiode bzw. ermittelt die Messeinrichtung 33 im Wesentlichen nicht den "instantanen" zeitlichen Verlauf der Plasmastrahlung 28, sondern die Energie der Plasmastrahlung 28. Dabei betrifft die Ermittlung der Plasma-Energie mittels der Messeinrichtung 33 nicht die "absolute" Plasma-Energie, welche physikalisch schwierig zu bestimmen ist. Vielmehr wird ein zur Plasma-Energie proportionales Signal in Form der Plasmastrahlung 28 ("Plasmalicht") erfasst und ausgewertet.
Weiterhin umfasst die Messeinrichtung 33 ein optisches Filter (nicht dargestellt), welches die Laserstrahlung 12 sowie ein eventuelles Pumplicht sperren kann, aber die Plasmastrahlung 28 durchlässt. Vorliegend findet eine binärwertige Entscheidung statt, ob das elektrische Ausgangssignal der Photodiode größer oder kleiner ist als ein Bezugswert. Daraus kann geschlossen werden, ob das optische Signal 32 bzw. die Plasmastrahlung 28 – und damit das Plasma 36 – vorhanden ist oder nicht vorhanden ist. Der Bezugswert entspricht beispielsweise einem Mittelwert zwischen derjenigen Ausgangsspannung, bei der ein optisches Signal 32 vorhanden ist, und derjenigen Ausgangsspannung, bei der kein optisches Signal 32 vorhanden ist.
In einer ersten Betriebsart der Laserzündeinrichtung 11 wird Laserstrahlung 12 impulsartig zu einem Zündzeitpunkt 54 (siehe 4) in den Brennraum 13 der Brennkraftmaschine eingestrahlt. Dadurch wird ein in dem Brennraum 13 vorliegendes zündfähiges Gemisch entflammt, wodurch ein Beitrag zu einem Drehmoment der Brennkraftmaschine erfolgt.
In einer Diagnosebetriebsart der Laserzündeinrichtung 11 wird ein Diagnose-Laserimpuls 34 – welcher vorliegend in Amplitude und Dauer der zum Zündzeitpunkt 54 impulsartig eingestrahlten Laserstrahlung 12 entspricht – zu einem von dem Zündzeitpunkt 54 verschiedenen Diagnosezeitpunkt 58 (siehe 4) in den Brennraum 13 der Brennkraftmaschine abgestrahlt. Dabei ist die Energie des Diagnose-Laserimpulses 34 derart bemessen, dass bei einem zum Diagnosezeitpunkt 58 in dem Brennraum 13 herrschenden vergleichsweise niedrigen Gasdruck 42 (siehe 3) in einer räumlichen Umgebung des Brennpunkts 24 ein Plasma 36 gebildet wird, also ein Plasmadurchbruch erfolgt. Dabei wird die Plasmastrahlung 28 erzeugt, welche nach dem Durchtritt durch das Brennraumfenster 16 und die Linse 22 als optisches Signal 32 sich in der Lichtleitereinrichtung 30 in der Zeichnung nach links ausbreitet. Das optische Signal 32 charakterisiert die Energie des infolge des Diagnose-Laserimpulses 34 in dem Brennraum 13 erzeugten Plasmas 36. Mittels der Messeinrichtung 33 wird das optische Signal 32 ausgewertet. Vorzugsweise ist die Leistung bzw. Energie des Diagnose-Laserimpulses 34 gleich der Leistung bzw. Energie der Laserstrahlung 12 im Zündzeitpunkt 54.
Durch Abgabe des Diagnose-Laserimpulses 34 zum Zeitpunkt eines niedrigen Gasdrucks 42 in dem Brennraum 13 kann eine Messung bzw. Auswertung des Plasma-Lichts mit einem im Vergleich zu dem Zündzeitpunkt 54 erhöhtem Energie-Schwellwert E_thr einer Durchbruchsenergie (engl. "minimum breakdown engergy") des Plasmas 36 durchgeführt werden. Dieser erhöhte Energie-Schwellwert E_thr ermöglicht eine über den Diagnosezeitpunkt 58 einstellbare Messschwelle für die Energie des Diagnose-Laserimpulses 34. Energien unterhalb des Energie-Schwellwerts E_thr erzeugen somit kein Plasma 36, wogegen Energien oberhalb des (temperaturabhängigen und gasdruckabhängigen) Energie-Schwellwerts E_thr eine deutliche Plasmastrahlung 28 erzeugen.
Mit dem oben beschriebenen Photodetektor kann messtechnisch eine einfache binärwertige Entscheidung ("Plasma: Ja/Nein") getroffen werden. Falls kein Plasma 36 erkannt wird, obwohl ein solches bei einem vorliegenden Gasdruck 42, einer vorliegenden Gastemperatur und einer vorausgesetzten Leistung des Diagnose-Laserimpulses 34 normalerweise erzeugt würde, so kann auf eine Degradation optischer Komponenten der Laserzündeinrichtung 11, insbesondere auf ein verschlechtertes Transmissionsverhalten des Brennraumfensters 16, durch das die Laserstrahlung 12 bzw. der Diagnose-Laserimpuls 34 in den Brennraum 13 gestrahlt wird, geschlossen werden. In Abhängigkeit davon kann gegebenenfalls ein Eintrag in einen Fehlerspeicher einer Diagnoseeinrichtung erfolgen und/oder eine Signalisierung an einen Benutzer der Brennkraftmaschine erfolgen und/oder eine Impulsenergie und/oder Maximalleistung von in der ersten Betriebsart erzeugten Laserimpulsen 40 (siehe 2) angepasst werden.
Zur Auswertung des elektrischen Photodiodensignals genügen kostengünstige und robuste elektronische Schaltungselemente. Selbst eine ungenaue Eichung der Messeinrichtung 33 oder inhomogene Verschmutzungen 18 an dem Brennraumfenster 16 haben auf das digitale Messergebnis keine nennenswerte Auswirkung. Der Energie-Schwellwert E_thr wird unabhängig von den Eigenschaften der Messeinrichtung 33 im Wesentlichen durch den Gasdruck 42 im Brennraum 13 sowie eine in dem Brennraum 13 herrschende Gastemperatur zum Diagnosezeitpunkt 58 vorgegeben.
Die oben beschriebene erste Betriebsart erfolgt regelmäßig während des ottomotorischen Zyklus zum Antrieb der Brennkraftmaschine. Die Diagnosebetriebsart, bei der der Diagnosezeitpunkt 58 von dem Zündzeitpunkt 54 verschieden ist, erfolgt z.B. gelegentlich oder periodisch oder in jedem ottomotorischen Zyklus. Beide Betriebsarten stören einander im Wesentlichen nicht.
2 zeigt ein Zeitdiagramm mit einer Leistung eines Laserimpulses 40. Der Laserimpuls 40 bedeutet die (impulsartig) erzeugte Laserstrahlung 12 bzw. den Diagnose-Laserimpuls 34. Auf der Abszisse des dargestellten Koordinatensystems ist die Zeit t, und auf der Ordinate ist eine Leistung P(t) des Laserimpulses 40 eingetragen. Die Ordinate ist mit auf das Leistungsmaximum des Laserimpulses 40 normierten Zahlenwerten skaliert.
Vorliegend wird für den Laserimpuls 40 eine Gaußsche Impulsform P(t) = P₀exp(–t²/T²) (1) mit T = 1 ns angenommen. Die Zeichnung zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf der Leistung P(t) des in den Brennraum 13 eingestrahlten Laserimpulses 40. Vorliegend wird angenommen, dass eine Intensitätsverteilung eines lateralen Strahlprofils des Laserimpulses 40 im Brennpunkt 24 homogen ist, so dass näherungsweise die Intensität proportional zur Leistung P(t) des Laserpulses 40 ist.
Eine horizontale gestrichelte Linie charakterisiert beispielhaft einen Leistungs-Schwellwert P_thr, bei dessen Überschreitung ein Plasma 36 erzeugt wird. Ab einem mittels einer vertikal gestrichelten Linie markierten Zeitpunkt t1 überschreitet die Leistung P(t) den Leistungs-Schwellwert P_thr und es kann nachfolgend ein Plasma 36 erzeugt werden. Die resultierende Energie im Plasma 36 ist proportional zu
und ist in der Zeichnung als schraffierte Fläche dargestellt. Dieser durch die Gleichung (2) angegebene Zusammenhang gilt näherungsweise für Laserimpulse 40 mit Pulsdauern im Bereich von 1 ns, Nanosekunde.
Bei bekannter Impulsform wie dem vorliegenden Gaußimpuls kann an Stelle des Leistungs-Schwellwerts P_thr auch der oben beschriebene Energie-Schwellwert E_thr verwendet werden, da die Energie eines Gaußimpulses E = P₀·T·√π (3) proportional zur Spitzenleistung P₀ ist. Somit gilt entsprechend: E_thr = P_thr·T·√π (4)
Ein Laserimpuls 40 mit einer dem Energie-Schwellwert E_thr entsprechenden Energie überschreitet nach dieser Definition erst an seinem Pulsmaximum P₀ den Leistungs-Schwellwert P_thr zur Plasmaerzeugung.
3 zeigt ein Diagramm mit vorliegend fünf Kurven des Energie-Schwellwerts E_thr (Ordinate) in Abhängigkeit eines Gasdrucks 42 im Brennraum 13 (Abszisse). Die Kurven sind parametriert mit jeweiligen Temperaturen des Gases in dem Brennraum 13 entsprechend den in der Zeichnung dargestellten Temperaturwerten. Die Einheit der Temperatur ist K, Kelvin. Vorliegend wurden die gezeigten Kurven mittels Laserimpulsen 40 ermittelt, welche eine Wellenlänge von 1064 nm, Nanometern, sowie Impulsdauern von 5 ns, Nanosekunden, bezogen auf die halbe Amplitude des Spitzenwerts (engl. "FWHM", "full width at half maximum") aufweisen. Dabei weist die Linse 22 eine Brennweite von f = 50 mm, Millimeter, auf und eine numerische Apertur von 0,16. Eine Strahlqualität der Laserstrahlung 12 bzw. des Laserimpulses 40 beträgt vorliegend M² ~ 2.
Man erkennt, dass der Energie-Schwellwert E_thr mit kleiner werdendem Gasdruck 42 zunächst nur wenig, dann aber immer stärker ansteigt. Weiterhin ist der Energie-Schwellwert E_thr im Wesentlichen um so größer, je höher die Temperatur des Gases ist.
4 zeigt ein schematisches Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf des Gasdrucks 42 (Ordinate) in dem Brennraum 13 über einem ottomotorischen Zyklus von 720° eines Kurbelwellenwinkels 44 (Abszisse). Der in der Zeichnung dargestellte Gasdruck 42 verläuft periodisch über einen Kurbelwellenwinkel 44 von 720°. Vertikale gestrichelte Linien grenzen eine Kompressionsphase 46, eine Arbeitsphase 48, eine Ausschiebephase 50 und eine Ansaugphase 52 der Brennkraftmaschine voneinander ab.
Die Zündung erfolgt vorliegend regelmäßig zu einem Zündzeitpunkt 54 bei einem Kurbelwellenwinkel 44 von etwa –20° vor einem oberen Totpunkt der Kurbelwelle. Ein Zeitintervall 56 kennzeichnet einen bevorzugten Bereich für einen Diagnosezeitpunkt 58, zu welchem der Diagnose-Laserimpuls 34 erzeugt werden kann. In dem Zeitintervall 56 ist der Gasdruck 42 um mehr als 50 Prozent niedriger als der Gasdruck 42 zu dem Zündzeitpunkt 54. Entsprechend ist der Energie-Schwellwert E_thr in dem Zeitintervall 56 höher als zu dem Zündzeitpunkt 54.
Nach einer Zündung zum Zündzeitpunkt 54 erfolgt die anschließende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Wesentlichen in der Arbeitsphase 48 der Brennkraftmaschine in einem Bereich von 0° bis 180° des Kurbelwellenwinkels 44. In der anschließenden Ausschiebephase 50 wird das verbrannte Gemisch wieder aus dem Brennraum 13 gedrückt, wobei der Gasdruck 42 in dem Brennraum 13 auf niedrige Werte von in etwa 0 bar bis 5 bar abfällt. In der Ausschiebephase 50 besteht keine Gefahr einer Entflammung, da kein brennbares Kraftstoff-Luftgemisch vorliegt. Daher ist das Zeitintervall 56 zur Erzeugung des Diagnose-Laserimpulses 34 besonders geeignet.
Insbesondere kann der Diagnosezeitpunkt 58 auch zu einem frühen, nicht fehlzündungsgefährdeten Zeitpunkt in der Ansaugphase 52 der Brennkraftmaschine erzeugt werden. Dabei werden vorteilhaft besonders niedrige Gasdrücke 42 ermöglicht.
Allgemein ist die Verwendung einer Laserzündeinrichtung 11 insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit hoher Aufladung bzw. hohen Mitteldrücken vorteilhaft. Beispielsweise beträgt bei einem hoch aufgeladenen Motor mit einem Mitteldruck von 25 bar der Gasdruck 42 in dem Brennraum 13 zum Zündzeitpunkt 54 etwa 50 bar. Der Zündzeitpunkt 54 bei einem Kurbelwellenwinkel 44 von 20° vor dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle entspricht beispielsweise einem Energie-Schwellwert E_thr von in etwa 2mJ, Millijoule. Bei einem Gasdruck 42 von 1 bar hingegen beträgt der Energie-Schwellwert E_thr beispielsweise in etwa 7 mJ.
5 zeigt ein zweites Zeitdiagramm ähnlich zu der 2 mit einer auf eins normierten Leistung P(t) zweier Laserimpulse 40 von unterschiedlicher Amplitude. Ein erster Laserimpuls 40a (durchgezogene Kurve) weist eine Leistung P(t) auf, welche nicht infolge eines Leistungsverlustes vermindert ist. Ein zweiter Laserimpuls 40b (gestrichelte Kurve) weist eine in Bezug auf den Laserimpuls 40a halbierte Leistung P(t) auf. Der bei dem Laserimpuls 40b angenommene Leistungsverlust kann beispielsweise durch die Verschmutzungen 18 des Brennraumfensters 16 oder durch Degradation des optischen Pfades innerhalb der Laserzündkerze 10 verursacht sein.
In einer ersten beispielhaften Annahme liegt der Leistungs-Schwellwert P_thr bei etwa 30 % der Maximalleistung des Laserimpulses 40a, was bei einer angenommenen Laserpulsenergie von 10mJ in etwa einem Zündzeitpunkt 54 von –20° des Kurbelwellenwinkels 44 vor dem oberen Totpunkt, sowie einem Gasdruck 42 von in etwa 50 bar in dem Brennraum 13 entspricht.
Bei einer Erzeugung von Laserstrahlung 12 zum Zündzeitpunkt 54 kann daher sowohl bei dem Laserimpuls 40a als auch bei dem Laserimpuls 40b ein Plasma 36 erzeugt werden. Die zugehörige Plasmastrahlung 28 bzw. das optische Signal 32 können daher von der in der 1 beschriebenen Messeinrichtung 33 ermittelt werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, dass die Messeinrichtung 33 einen ersten Signalpegel ("Plasma") von einem zweiten Signalpegel ("kein Plasma") des optischen Signals 32 während der Lebensdauer der Laserzündeinrichtung 11 sicher unterscheiden kann. Es ist also eine – vorzugsweise – binärwertige Entscheidung erforderlich, ob bei dem jeweiligen Laserimpuls 40 ein Plasma 36 erzeugt wurde oder nicht.
Diese vergleichsweise einfache Aufgabe kann beispielsweise mittels einer kostengünstigen Photodiode durchgeführt werden, ohne dass es erforderlich ist, eine präzisen und daher teuren Analog-Digital-Umsetzer oder dergleichen ergänzend zu verwenden. Auch eventuell inhomogen verteilte Verschmutzungen 18 sind im Wesentlichen unschädlich für eine sichere Entscheidung. Die erfindungsgemäße digitale Erfassung und Auswertung des optischen Signals 32 ist vergleichsweise einfach, genau und robust.
Vorzugsweise wird das von der Photodiode erfasste und in ein elektrisches Signal umgesetzte optische Signal 32 nach analoger Vorverarbeitung auf einen digitalen Eingang eines Mikrocontrollers in einem Laser-Steuergerät gegeben. Der Mikrocontroller kann das elektrische Signal auf einfache Weise mit einem Bezugsspannungspegel vergleichen und trifft somit eine digitale, binärwertige Entscheidung in Bezug auf die Plasmastrahlung 28.
In einer zweiten beispielhaften Annahme liegt der Leistungs-Schwellwert P_thr bei etwa 70 % der Maximalleistung des Laserimpulses 40a. Dies entspricht einem Gasdruck 42 von 0 bar bis 5 bar bei einem Kurbelwellenwinkel 44 von in etwa 300° während der Ausschiebephase 50. Bei einer Erzeugung von Laserstrahlung 12 zum Diagnosezeitpunkt 58 würde daher nur durch den (unverminderten) Laserimpuls 40a ein Plasma 36 erzeugt werden, bei dem nur halb so starken Laserimpuls 40b jedoch nicht. Die Messeinrichtung 33 kann diese beiden Fälle gut unterscheiden.
Beispielsweise kann der Energie-Schwellwert E_thr durch eine geeignete Wahl des Gasdrucks 42 gemäß der 4 und unter Verwendung des Diagramms der 3 ermittelt werden. Durch Verändern des Diagnosezeitpunkts 58 kann in der Messeinrichtung 33 der genaue Wert des Energie-Schwellwerts E_thr schrittweise ermittelt werden. Durch Kenntnis des Energie-Schwellwerts E_thr zum Diagnosezeitpunkt 58 kann sichergestellt werden, dass bei einem detektierten Plasma 36 bzw. optischen Signal 32 die Energie des Laserimpulses 40 mindestens eine dem jeweiligen Energie-Schwellwert E_thr entsprechende Energie aufweist. Damit kann eine vergleichsweise zuverlässige Aussage gemacht werden, ob während der Zündzeitpunkte 54 ("erste Betriebsart") die Energie des Laserimpulses 40 jeweils für eine sichere Entflammung des Kraftstoff-Luftgemisches ausreicht.
Falls zum Diagnosezeitpunkt 58 jedoch kein Plasma 36 erzeugt bzw. kein optisches Signal 32 ermittelt wird, welches zu einem Überschreiten des oben beschriebenen Bezugsspannungspegels führt, kann ein Eintrag in einen Fehlerspeicher des Laser-Steuergerätes und/oder ein Warnhinweis an den Fahrer des Kraftfahrzeugs erfolgen. In einer Werkstatt kann danach die Laserzündeinrichtung 11 gewartet und gegebenenfalls die Laserzündkerze 10 ausgetauscht werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Laserzündeinrichtung 11, wie es vorzugsweise mittels eines Computerprogramms durchgeführt werden kann. In einem Startblock 60 beginnt die in der Zeichnung dargestellte Prozedur.
In einem folgenden Block 62 wird unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Kurbelwellenwinkel 44 und dem in dem Brennraum 13 herrschenden Gasdruck 42 – siehe die 4 – ein erster Diagnosezeitpunkt 58 vorgegeben. Unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Gasdruck 42, der Gastemperatur und dem Energie-Schwellwert E_thr – siehe die 3 – wird daraus ein erster Energie-Schwellwert E_thr ermittelt.
In einem weiteren Block 64 wird zu dem ermittelten ersten Diagnosezeitpunkt 58 ein Diagnose-Laserimpuls 34 erzeugt. In der Messeinrichtung 33 wird das optische Signal 32 auf Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein ausgewertet. Das optische Signal 32 charakterisiert die Energie des gegebenenfalls infolge des Diagnose-Laserimpulses 34 im dem Brennraum 13 erzeugten Plasmas 36. Falls das optische Signal 32 vorhanden ist, wird mittels eines folgenden Abfrageblocks 66 zu einem weiteren Block 68 verzweigt. Falls das optische Signal 32 nicht vorhanden ist, wird zu einem weiteren Block 70 verzweigt.
Im Block 68 wird ein geringfügig veränderter Diagnosezeitpunkt 58 für einen kleineren Gasdruck 42 eingestellt, und zum Beginn der Blocks 64 zurück verzweigt. Im Block 70 wird ein geringfügig veränderter Diagnosezeitpunkt 58 für einen größeren Gasdruck 42 eingestellt, und ebenfalls zum Beginn der Blocks 64 zurück verzweigt. Somit kann schrittweise ein vergleichsweise genauer Energie-Schwellwert E_thr ermittelt werden, indem ein Grenzfall ermittelt wird, bei dem Plasmastrahlung 28 erzeugt wird oder nicht.
Ist eine vorgebbare Anzahl von Iterationen erfolgt, so kann von den Blöcken 68 und 70 zu einem Endeblock 72 gesprungen werden. Ebenso kann dann, wenn im Abfrageblock 66 ein optisches Signal 32 ermittelt wurde und zugleich der in dem Diagnosezeitpunkt 58 vorliegende Gasdruck 42 einen solchen Wert aufweist, dass daraus für den Zündzeitpunkt 54 auf eine zuverlässige Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches geschlossen werden kann, zu dem Endeblock 72 verzweigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007044010 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung (11) für eine Brennkraftmaschine, bei dem in einer ersten Betriebsart Laserstrahlung (12) zu einem Zündzeitpunkt (54) in einen Brennraum (13) der Brennkraftmaschine einstrahlbar ist, um ein in dem Brennraum (13) vorliegendes zündfähiges Gemisch zu entflammen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Diagnosebetriebsart ein Diagnose-Laserimpuls (34) zu einem von dem Zündzeitpunkt (54) verschiedenen Diagnosezeitpunkt (58) in den Brennraum (13) der Brennkraftmaschine abgestrahlt wird, und dass ein optisches Signal (32), das die Energie eines ggf. infolge des Diagnose-Laserimpulses (34) in dem Brennraum (13) erzeugten Plasmas (36) charakterisiert, ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Diagnosezeitpunkt (58) so gewählt wird, dass ein Gasdruck (42) in dem Brennraum (13) zu dem Diagnosezeitpunkt (58) niedriger ist als der Gasdruck (42) in dem Brennraum (13) zu dem Zündzeitpunkt (54) der ersten Betriebsart, wobei der Gasdruck (42) in dem Brennraum (13) zu dem Diagnosezeitpunkt (58) bevorzugt um mindestens etwa fünfzig Prozent niedriger ist als der Gasdruck (42) in dem Brennraum (13) zu dem Zündzeitpunkt (54).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Abhängigkeit des optischen Signals (32) eine, vorzugsweise binärwertige, Entscheidung erfolgt, ob infolge des Diagnose-Laserimpulses (34) in dem Brennraum (13) ein Plasma (36) erzeugt worden ist oder nicht, und wobei in Abhängigkeit von der, vorzugsweise binärwertigen, Entscheidung auf eine Degradation optischer Komponenten der Laserzündeinrichtung (11), insbesondere auf ein Transmissionsverhalten eines Brennraumfensters (16), durch das die Laserstrahlung (12) bzw. der Diagnose-Laserimpuls (34) in den Brennraum (13) gestrahlt wird, geschlossen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diagnosezeitpunkt (58) in einer Ausschiebephase (50) und/oder einer Ansaugphase (52), insbesondere einer frühen Ansaugphase (52), eines Arbeitszyklus eines dem Brennraum (13) zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine liegt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kurbelwellenwinkel (44) der Brennkraftmaschine und/oder ein Gasdruck (42) und/oder eine Temperatur in dem Brennraum (13) ermittelt werden, und wobei das optische Signal (32) vorzugsweise in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels (44) und/oder des Gasdrucks (42) und/oder der Temperatur ausgewertet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Maximalleistung und/oder eine Impulsenergie des Diagnose-Laserimpulses (34) im Wesentlichen einer Maximalleistung und/oder einer Impulsenergie eines Laserimpulses (40) gleich ist, der in der ersten Betriebsart in den Brennraum (13) eingestrahlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diagnosezeitpunkt (58) bzw. ein Kurbelwellenwinkel (44) der Erzeugung des Diagnose-Laserimpulses (34) und/oder eine Energie des Diagnose-Laserimpulses (34) verändert wird, und wobei ein Energie-Schwellwert (E_thr) und/oder ein Leistungs-Schwellwert (P_thr) für den Diagnose-Laserimpuls (34) ermittelt wird, welcher einem Grenzfall entspricht, bei dem Plasmastrahlung (28) erzeugt oder nicht erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei in Abhängigkeit der Entscheidung ein Eintrag in einen Fehlerspeicher einer Diagnoseeinrichtung erfolgt und/oder eine Signalisierung an einen Benutzer der Brennkraftmaschine erfolgt und/oder eine Impulsenergie und/oder Maximalleistung von in der ersten Betriebsart erzeugten Laserimpulsen (40) angepasst wird.
Laserzündeinrichtung (11) für eine Brennkraftmaschine, welche dazu ausgebildet ist, in einer ersten Betriebsart Laserstrahlung (12) zu einem Zündzeitpunkt (54) in einen Brennraum (13) der Brennkraftmaschine einzustrahlen, um ein in dem Brennraum (13) vorliegendes zündfähiges Gemisch zu entflammen, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserzündeinrichtung (11) weiter dazu ausgebildet ist, in einer Diagnosebetriebsart einen Diagnose-Laserimpuls (34) zu einem von dem Zündzeitpunkt (54) verschiedenen Diagnosezeitpunkt (58) in den Brennraum (13) der Brennkraftmaschine abzustrahlen, und ein optisches Signal (32), das die Energie eines ggf. infolge des Diagnose-Laserimpulses (34) in dem Brennraum (13) erzeugten Plasmas (36) charakterisiert, auszuwerten.
Laserzündeinrichtung (11) nach Anspruch 9, wobei sie eine Lichtleitereinrichtung (30) umfasst, um in dem Brennraum (13) erzeugte Plasmastrahlung (28) aus dem Brennraum (13) zu einer Messeinrichtung (33) zu leiten, und wobei die Laserzündeinrichtung (11) und/oder eine an die Laserzündeinrichtung (11) gekoppelte Einrichtung Mittel aufweist, die Plasmastrahlung (28) von der in den Brennraum (13) eingestrahlten Laserstrahlung (12) zu unterscheiden.
Laserzündeinrichtung (11) nach Anspruch 10, wobei die Lichtleitereinrichtung (30), welche dazu ausgebildet ist, die in dem Brennraum (13) erzeugte Plasmastrahlung (28) aus dem Brennraum (13) zu der Messeinrichtung (33) zu leiten, ebenfalls dazu ausgebildet ist, ein Pumplicht in eine Laserzündkerze (10) der Laserzündeinrichtung (11) einzustrahlen.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.