DE10227282A1

DE10227282A1 - Starthilfsmittel für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10227282A1
Application number: DE2002127282
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Bauer; Albrecht Geissinger; Christoph Haluschka; Sven Geiger; Steffen Carbon; Christoph Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2004001221A1

Abstract

Es wird ein Starthilfsmittel (1) für einen Verbrennungsmotor (5), insbesondere einen Dieselmotor, vorgeschlagen, der eine wenig aufwendige Erwärmung eines Brennraums (20) des Verbrennungsmotors (5) ermöglichen soll. Das Starthilfsmittel (1) umfasst ein Laserelement (10), das einen Laserstrahl (15) in den Brennraum (20) des Verbrennungsmotors (5) emittiert. Es sind Mittel (25) vorgesehen, die den Laserstrahl (15) auf ein im Brennraum (20) angeordnetes Heizelement (30) richten.

Description

Die Erfindung geht von einem Starthilfsmittel für einen Verbrennungsmotor nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.

Aus der JP 101 96 508 A ist ein Startsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei dem ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Wellenlänge im Anregungsband einer Hydroxidgruppe und einer Hydrocarbongruppe liegt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Starthilfsmittel für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass Mittel vorgesehen sind, die den Laserstrahl auf ein im Brennraum angeordnetes Heizelement richten. Auf diese Weise wird der Verbrennungsvorgang eingeleitet, indem die Gasmoleküle nicht direkt durch die Lichtenergie des Laserelements sondern indirekt durch die von dem Laserelement erzeugte, thermische Energie angeregt werden. Somit läßt sich die Verbrennung auf herkömmliche Weise durch Erwärmung des Gasgemisches im Brennraum einleiten, wobei jedoch für diese Erwärmung nicht die herkömmlichen Starthilfsmittel wie Glühstiftkerzen, Glühdrahtkerzen, Flammstartanlagen, usw. zum Einsatz kommen, sondern ein Laserelement. Dies hat zum Vorteil, dass die Energiebereitstellung mittels des Laserelementes außerhalb des Verbrennungsmotors erfolgen kann. Die Energiesteuerung kann ebenfalls außerhalb des Verbrennungsmotors erfolgen. Da es sich bei der zugeführten Energie um Laserlicht handelt, entfällt das Kurzschlußrisiko, da kein elektrisch isoliertes Kabel mit dem Pluspol der Batteriespannung nahe des Motorblocks, der das Bezugspotential darstellt, verlegt werden muß. Dies ist besonders bei der Montage der Energiezuführung unter der Ventilabdeckung vorteilhaft, da dieser Raum Ölnebel mit erhöhten Temperaturen aufweist und somit die Isolation eines stromführenden Kabels beeinträchtigen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund einer geeignet gewählten Richtwirkung des Lichtleitmittels auf den Laserstrahl die Position für die Einbringung des Laserstrahls in den Brennraum unter Verwendung des Lichtleitmittels relativ frei wählbar ist und beispielsweise auch in der Zylinderwand erfolgen kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Starthilfsmittels möglich.

Die Zuführung des Laserstrahls in den Brennraum durch Verwendung eines Lichtleitmittels erfordert nur einen geringen Bauraum im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors und erlaubt eine flexible Strahlführung.

Besonders vorteilhaft ist es, dass das Lichtleitmittel eine Ablenkfläche umfaßt, an der der Laserstrahl abgelenkt wird. Auf diese Weise läßt sich der Laserstrahl besonders einfach in die gewünschte Richtung im Brennraum führen.

Dieser Vorteil kann auch dadurch bewirkt werden, dass das Lichtleitmittel eine Reflexionsfläche umfaßt, an der der Laserstrahl reflektiert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn das Heizelement ein in den Brennraum hineinragender Glühstift ist. Auf diese Weise ist die Verwendung eines herkömmlichen Glühelementes für das erfindungsgemäße Starthilfsmittel möglich.

Eine besonders kompakte und platzsparende Lösung zur Beheizung des Glühstiftes ergibt sich, wenn das Lichtleitmittel im Inneren des Glühstiftes angeordnet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Heizelement integraler Bestandteil einer Brennraumwand ist. Auf diese Weise kann das Starthilfsmittel besonders materialsparend und wenig aufwendig, sowie kostengünstig realisiert werden.

Dieser Vorteil ergibt sich auch, wenn das Heizelement integraler Bestandteil des Kolbens, der Einspritzdüse oder des Ventils ist.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Heizelement durch eine, vorzugsweise sich im Querschnitt verjüngende, Hervorhebung aus der Kolbenoberfläche gebildet ist. Auf diese Weise läßt sich eine schnellere Erwärmung des Heizelementes realisieren.

Dieser Vorteil ergibt sich auch dann, wenn das Heizelement durch eine Spitze der Einspritzdüse gebildet ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Mittel zur thermischen Entkopplung des Heizelementes von der Brennraumwand vorgesehen sind. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Wärmeableitung über die Brennraumwand während der Bestrahlung des Heizelementes mit dem Laserstrahl zu einem relevanten Temperaturabfall führt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Einbringung des Laserstrahls in den Brennraum in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors erfolgt. Auf diese Weise muß die Energie zur Erwärmung des Heizelementes nicht dauerhaft vorgehalten werden.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Starthilfsmittels,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Starthilfsmittels,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Starthilfsmittels,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Starthilfsmittels,
5a ein erstes Ausführungsbeispiel für die Anbringung eines Heizelementes an einer Brennraumwand,
5b ein zweites Ausführungsbeispiel für die Anbringung eines Heizelementes an einer Brennraumwand,
5c ein drittes Ausführungsbeispiel für die Anbringung eines Heizelementes an einer Brennrauwand,
5d ein viertes Ausführungsbeispiel für die Anbringung eines Heizelementes an einer Brennraumwand,
6a ein erstes Ausführungsbeispiel für die Zuführung eines Lichtleitmittels zu einer Brennraumwand und
6b ein zweites Ausführungsbeispiel für die Zuführung eines Lichtleitmittels zu einer Brennraumwand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Als Starthilfsmittel für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, werden bisher verschiedene Systeme genutzt. Dazu gehören die Verwendung einer Glühstiftkerze, einer Glühdrahtkerze, einer Flammstartanlage usw. Besonders Dieselmotoren benötigen für ein gutes Start- und Warmlaufverhalten bei tiefen Temperaturen eine Wärmequelle, die entweder das Gasgemisch, die Ansaugluft oder den Brennraum vorwärmen. Bei der Glühstiftkerze beispielsweise ragt der Heizkörper der Glühstiftkerze etwa 4 mm in den Brennraum hinein und erwärmt das Diesel-Luftgemisch.
Die Erfindung beschreibt nun eine neue Art, den Startvorgang und das Warmlaufverhalten von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren durch den Einsatz eines Laserelementes zu beeinflussen. Dabei werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, die eine Erwärmung im Brennraum durch die vom Laserelement zur Verfügung gestellte Energie ermöglichen.
In 1 kennzeichnet 5 einen Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor, der im Folgenden beispielhaft als Dieselmotor ausgebildet sein soll. Der gewählte Ausschnitt 5 des Dieselmotors ist dabei ein Zylinderkopf. Der Zylinderkopf 5 umfaßt einen Brennraum 20, der einerseits durch eine obere Brennraumwand 45 und zwei seitliche Brennraumwände 46 und andererseits durch einen Kolben 50 gebildet wird. Über eine erste Bohrung 75 in der oberen Brennraumwand 45 ist ein Heizelement 30 in Form eines Glühstiftes in den Brennraum 20 geführt. Über eine zweite Bohrung 80 der oberen Brennraumwand 45 ist eine Einspritzdüse 60 in den Brennraum 20 geführt. Über eine dritte Bohrung 85 der oberen Brennraumwand 45 ist ein Ventil 65 für die Zuführung der Verbrennungsluft bis zum Brennraum 20 geführt.
Der Glühstift 30 ist innen hohl, so dass er eine Aufnahme 90 für ein als Lichtleiter ausgebildetes Lichtleitmittel 25 umfaßt. Der Lichtleiter 25 nimmt einen Laserstrahl 15 eines Laserelementes, das beispielsweise als Laserdiode ausgebildet ist, auf und führt es bis in den Bereich der in den Brennraum 20 hineinragenden Spitze des Glühstifts 30.
Der Glühstift 30, der Lichtleiter 25 und die Laserdiode 10 bilden ein erfindungsgemäßes Starthilfsmittel, das in 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist.
Der Laserstrahl 15 wird vom Glühstift 30 im Bereich seiner in den Brennraum 20 hineinragenden Spitze zum großen Teil absorbiert und in thermische Energie umgewandelt, die für eine Erwärmung des Diesel-Luftgemisches im Brennraum 20 und somit zum Einleiten eines Verbrennungsvorgangs des Diesel-Luftgemisches im Brennraum 20 führt. Generell wird die optische Energie des Laserstrahls 15 am wirkungsvollsten in thermische Energie umgesetzt, wenn der Laserstrahl 15 auf ein gut absorbierendes, festes Massenelement trifft, das in diesem Fall durch die in den Brennraum 20 hineinragende Spitze des Glühstifts 30 gebildet ist und durch das Bezugszeichen 95 gekennzeichnet ist. Dazu muß das Material insbesondere an der Oberfläche, an der der Laserstrahl 15 im Bereich der Spitze 95 des Glühstifts 30 auftrifft so gewählt sein, dass es bei den hauptsächlich auftretenden Wellenlängen des Laserstrahls 15 die optische Energie des Laserstrahls 15 möglichst vollständig absorbiert und möglichst wenig optische Energie des Laserstrahls 15 reflektiert. Dazu kann auch die Laserdiode so gewählt werden, dass ihr Laserstrahl 15 hauptsächlich Wellenlängen umfaßt, die von dem verwendeten Material in der Spitze 95 des Glühstifts 30 möglichst vollständig absorbiert und möglichst wenig reflektiert werden. So kann das Material der in den Brennraum 20 hineinragenden Spitze 95 des Glühstifts 30 an die hauptsächlich auftretenden Wellenlängen des Laserstrahls 15 angepaßt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Laserdiode 10 so gewählt werden, dass die hauptsächlich im Laserstrahl 15 vorhandenen Wellenlängen an das Material der in den Brennraum 20 hineinragenden Spitze 95 des Heizelementes 30 angepaßt sind.
Das Material des Glühstifts 30 kann dabei insbesondere im Bereich der Spitze 95 aus einem Eisen- oder Nichteisenmetall bzw. aus Legierungen solcher Metalle, aus Keramik oder aus einem Verbund der genannten Werkstoffe bestehen.
Weiterhin sollte beachtet werden, dass die an der Spitze 95 des Glühstifts 30 erzeugte thermische Energie vor allem während ihres hauptsächlichen Bedarfs zu Beginn des Verbrennungsvorgangs nur unwesentlich über die obere Brennraumwand 45 abgeleitet wird, damit an der Spitze 95 des Glühstifts 30 nur ein unwesentlicher Temperaturabfall stattfindet. Dies kann entweder durch ein thermische Entkopplung der Spitze 95 des Glühstifts 30 von der oberen Brennraumwand 45 oder durch geeignete Wahl des Materials und dessen Oberfläche im Bereich der Spitze 95 des Glühstifts 30 sichergestellt werden. Zu diesem Zweck eignet sich gleichfalls die Verwendung eines Eisen- oder Nichteisenmetalls, von Legierungen aus diesen Metallen, von Keramik oder eines Verbundes aus den genannten Werkstoffen für das Material der in den Brennraum 20 hineinragenden Spitze 95 des Glühstifts 30, insbesondere an der von dem Laserstrahl 15 bestrahlten Oberfläche.
Weiterhin sollte die von der Laserdiode 10 in Form des Laserstrahls 15 abgestrahlte optische Energie so bemessen sein, dass es zu keinem erheblichen Materialabtrag im Bereich des Laserstrahls 15 auf der Spitze 95 des Glühstifts 30 kommt.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Starthilfsmittels, wobei in 2 gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wie in 1. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 das Heizelement 30 als ein im Innern des Brennraums 20 verankerter Heizkörper ausgebildet. Somit ist keine Bohrung in der oberen Brennraumwand 45 erforderlich, um das Heizelement wie noch beim ersten Ausführungsbeispiel von außen in den Brennraum 20 hineinführen zu können. Der Heizkörper 30 gemäß 2 kann dabei aus demselben Material gebildet sein wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach 1. Eine vierte Bohrung 100 in der oberen Brennraumwand 45 dient dazu, den Lichtleiter 25 von außen in den Brennraum 20 zu führen. Da sie nur den Lichtleiter 25 führen muß, kann sie mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet sein, als dies für die erste Bohrung 75 gemäß 1 der Fall ist. Der Heizkörper 30 ist nun beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 im Bereich der oberen Brennraumwand 45 im Brennraum 20 verankert. Die vierte Bohrung 100 mit dem Lichtleiter 25 verläuft nun nicht senkrecht, sondern schräg zur oberen Brennraumwand 45. Auf diese Weise wird der Laserstrahl 15 von der Laserdiode 10 parallel zur vierten Bohrung 100 und somit ebenfalls nicht senkrecht, sondern schräg zur oberen Brennraumwand 45 in den Brennraum 20 eingeführt. Der Lichtleiter 25 ragt dabei tiefer in den Brennraum 20 hinein als der Heizkörper 30. An seinem dem Brennraum 20 zugewandten Ende umfaßt der Lichtleiter 25 eine etwa parallel zur oberen Brennraumwand 45 verlaufende Reflexionsfläche 40, an der der Laserstrahl 15 reflektiert wird, so dass er nach Austritt aus dem Lichtleiter 25 auf die Oberfläche des Heizkörpers 30 trifft. Die optische Energie des Laserstrahls 15 wird dann in der beschriebenen Weise zu ihrem Großteil vom Heizkörper 30 absorbiert und in thermische Energie zur Einleitung des Verbrennungsvorgangs im Brennraum 20 umgewandelt.
Gemäß 2 sind Mittel 70 zur thermischen Entkopplung des Heizkörpers 30 von der oberen Brennraumwand 45 vorgesehen, so dass die am Heizkörper 30 gebildete thermische Energie nicht in nennenswertem Ausmaß an die obere Brennraumwand 45 abgegeben werden kann. Durch die Mittel 70 zur thermischen Entkopplung wird eine Wärmeisolation realisiert. Die Mittel 70 zur thermischen Entkopplung können dabei eine aus Keramik, beispielsweise Zirkondioxid gebildete Isolierschicht darstellen, die den Heizkörper 30 nahezu vollständig von der oberen Brennraumwand 45 thermisch isoliert.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem wiederum gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in den vorherigen Figuren. Beim dritten Ausführungsbeispiel nach 3 erfolgt die Zuführung des Lichtleiters 25 in den Brennraum 20 über eine fünfte Bohrung 105 in einer der beiden seitlichen Brennraumwände 46. Die Zuführung des Lichtleiters 25 über die fünfte Bohrung 105 erfolgt dabei etwa senkrecht zu dieser seitlichen Brennraumwand 46. Der Lichtaustritt des Laserstrahls 15 aus dem Lichtleiter 25 erfolgt dabei über eine angeschrägte Endfläche des Lichtleiters 25, die eine Ablenkfläche 35 bildet und den etwa senkrecht zu der seitlichen Brennraumwand 46 in den Brennraum 20 geführten Laserstrahl 15 in Richtung zur oberen Brennraumwand 45 derart ablenkt, dass der Laserstrahl 15 etwa auf eine Spitze der Einspritzdüse 60 trifft, wobei diese Spitze der Einspritzdüse 60 das Heizelement 30 bildet. Der Spitzenbereich der in den Brennraum 20 hineinragenden Einspritzdüse 60 wurde deshalb als Heizelement 30 gewählt, weil er sich aufgrund seines in den Brennraum 20 hinein verjüngenden Querschnitts besonders schnell durch den auftreffenden Laserstrahl 15 erwärmen läßt. Das Heizelement 30 kann dabei auf die Spitze der Einspritzdüse 60 aufgesetzt oder integraler Bestandteil der Einspritzdüse 60 sein. Das Material des Heizelementes 30 kann dabei wie bereits in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben gewählt werden. Dabei wird auch beim dritten Ausführungsbeispiel nach 3 in der zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise die optische Energie des Laserstrahls 15 am Heizelement 30 durch Absorption zu einem Großteil in thermische Energie umgewandelt, die an das Diesel-Luftgemisch im Brennraum 20 abgegeben wird und für ein Einleiten des Verbrennungsvorgangs sorgt.
In 3 ist in gestrichelter Form eine vierte Ausführungsform angedeutet, bei der eine nicht senkrecht sondern schräg zu einer der beiden seitlichen Brennraumwände 46 verlaufende sechste Bohrung 110 zur Aufnahme des Lichtleiters 25 vorgesehen ist, so dass der von der Laserdiode 10 initiierte Laserstrahl 15 schräg zu dieser seitliche Begrenzungswand 46 in den Brennraum 20 geführt wird und direkt auf eine dem Brennraum 20 zugewandte Endfläche 115 des Ventils 65 trifft, ohne dass eine Ablenkfläche am Ende des Lichtleiters 25 erforderlich ist. In diesem vierten Ausführungsbeispiel stellt dann die Endfläche 115 des Ventils 65 das Heizelement insbesondere im Bereich des Auftreffens des Laserstrahls 15 dar. Das Material für die Endfläche 115 kann dabei so gewählt werden, wie für die Heizelemente in den vorherigen Ausführungsbeispielen. Entsprechend wird ein Großteil der optischen Energie des Laserstrahls 15 wie auch in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben, von der Endfläche 15 absorbiert und in thermische Energie zum Einleiten des Verbrennungsvorgangs im Brennraum 20 umgewandelt. Da der Lichtleiter 25 auf die Endfläche 115 des Ventils 65 gerichtet ist, ist an dem dem Brennraum zugewandten Ende des Lichtleiters 25 keine Ablenkfläche erforderlich. Im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel ist somit die dem Brennraum 20 zugewandte Endfläche des Lichtleiters 25 beim vierten Ausführungsbeispiel nicht angeschrägt, sondern senkrecht zum Verlauf der sechsten Bohrung 110 bzw. zum Verlauf des Lichtleiters 25 angebracht.
In 4 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen. Über eine siebte Bohrung 120 in der oberen Brennraumwand 45 ist der Lichtleiter 25 von außen dem Brennraum 20 zugeführt und verläuft etwa senkrecht zur oberen Brennraumwand 45. Somit verläuft auch der Lichtleiter 25 und der Laserstrahl 15 etwa senkrecht zur oberen Brennraumwand 45. Der Laserstrahl 15 verläßt den Lichtleiter 25 etwa senkrecht zur oberen Brennraumwand 45 und trifft somit auf den Kolben 50 auf. Im Bereich des Auftreffens des Laserstrahls 15 auf den Kolben 50 kann der Kolben 50 wie in 4 dargestellt eine Hervorhebung aus der Kolbenoberfläche 55 aufweisen, die das Heizelement 30 bildet. Der Querschnitt dieser Hervorhebung 30 kann sich dabei zum Brennraum 20 hin verjüngen, wie dies ebenfalls in 4 dargestellt ist. Dadurch wird eine schnellere Erwärmung ermöglicht, wobei ein Großteil der optischen Energie des Laserstrahls 15 in der zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise vom Heizelement 30 absorbiert und somit in thermische Energie zur Einleitung des Verbrennungsvorgangs im Brennraum 20 umgewandelt wird.
In einer zur vierten Ausführungsform alternativen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Laserstrahl 15 durch den Lichtleiter 25 nicht auf die Endfläche 115 sondern auf die obere Brennraumwand 45 oder die gegenüberliegende seitliche Brennraumwand 46 gerichtet wird. Dort wo der Laserstrahl 15 auf die obere Brennraumwand 45 oder die gegenüberliegende seitliche Brennraumwand 46 auftrifft, kann gemäß der zweiten Ausführungsform ein als Heizkörper ausgebildetes Heizelement 30 angeordnet werden oder die obere Brennraumwand 45 bzw. die gegenüberliegende Brennraumwand 46 selbst fungiert als Heizelement in dem Bereich, in dem der Laserstrahl 15 auftrifft. Somit kann das Heizelement auch integraler Bestandteil der oberen Brennraumwand 45 bzw. der gegenüberliegenden seitlichen Brennraumwand 46 sein.
Beim vierten Ausführungsbeispiel nach 3 kann das Heizelement durch die Endfläche 1.15 selbst und damit als integraler Bestandteil des Ventils 65 gebildet sein oder durch ein separates Heizelement, das im Bereich des Auftreffens des Laserstrahls 15 auf der Endfläche 115 brennraumseitig angeordnet ist. Entsprechendes gilt für das fünfte Ausführungsbeispiel nach 4, bei dem die Hervorhebung 30 integraler Bestandteil des Kolbens 50 sein kann oder als separates Heizelement auf den Kolben 50 aufgesetzt sein kann.
Ist das Heizelement 30 nicht integraler Bestandteil der oberen Brennraumwand 45, einer der beiden seitlichen Brennraumwände 46, der Einspritzdüse 60, des Ventils 65 oder des Kolbens 50, so kann es an den genannten Elementen durch Einschrauben, Einschrumpfen, Einkleben, Aufdampfen oder Einsintern befestigt werden. Gemäß 5a) kann das Heizelement 30 aus einem anderen Stoff gebildet sein, als das das Heizelement aufnehmende Element, beispielsweise die obere Brennraumwand 45. Gemäß 5b) kann das Heizelement als Beschichtung eines der genannten Elemente, beispielsweise der oberen Brennraumwand 45 ausgebildet sein, wobei die obere Brennraumwand 45 im Bereich des Heizelementes 30 in den Brennraum 20 hineinragen und sich im Querschnitt verjüngen kann, um eine schnellere Erwärmung bei Auftreffen des Laserstrahls auf das Heizelement 30 zu ermöglichen. Diese Hervorhebung ist in 5b) durch das Bezugszeichen 125 gekennzeichnet. Gemäß 5c) ist das Heizelement in das aufnehmende Element, beispielsweise die obere Brennraumwand 45 integriert und kann in den Brennraum 20 als sich im Querschnitt verjüngende Hervorhebung hineinragen. Gemäß 5d) kann das Heizelement 30 an dem aufnehmenden Element, beispielsweise der oberen Brennraumwand 45 befestigt sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung und beispielsweise aus einem anderen Stoff gebildet sein als das aufnehmende Element. Die Befestigung kann auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch eine Steckverbindung, eine Klebeverbindung, oder dergleichen.
Gemäß 6a) ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Verlegung des Lichtleiters 25 in einer der Brennraumwände 45, 46 dargestellt. Dabei kann der Lichtleiter 25 beispielsweise über ein Klebeverbindung 135 in einer Bohrung 140 einer der seitlichen Brennraumwände 46 befestigt sein, wobei der Lichtleiter 25 brennraumseitig, also dem Brennraum 20 zugewandt durch ein optisches Fenster 130, beispielsweise eine Linse abgeschlossen sein kann. Alternativ kann der Lichtleiter 25 gemäß 6b) ohne Verwendung des optischen Fensters 130 bis an oder in den Brennraum 20 durch die Bohrung 140 einer der seitlichen Brennraumwände 46 geführt sein und zur Befestigung in die Bohrung 140 ohne Klebeverbindung 135 eingepreßt sein. Eine entsprechende Zuführung des Lichtleiters 45 ist natürlich auch über die obere Brennraumwand 45 möglich. Sie kann beispielsweise für das fünfte Ausführungsbeispiel nach 4 gewählt werden. Beim fünften Ausführungsbeispiel nach 4 muß der Lichtleiter 25 nicht bis in den Brennraum 20 hineinragen, sondern kann mit der oberen Brennraumwand 45 abschließen, entsprechend der Ausführungsform nach 6b), oder kann gemäß 6a) durch das optische Fenster 130 zum Brennraum 20 hin abgeschlossen sein.
Gemäß der fünften Ausführungsform nach 4 befindet sich der Lichtleiter 25 zwischen der Einspritzdüse 60 und dem Ventil 65. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Einspritzdüse 60 und das Ventil 65 auch bei der fünften Ausführungsform nach 4 einander benachbart sind und der Lichtleiter 25 schräg in der oberen Brennraumwand 45 verlegt wird, um den Laserstrahl 15 auf das Heizelement 30 des Kolbens 50 richten zu können. Natürlich ist dann auch die Laserdiode 10 zur Aussendung des Laserstrahls 15 entsprechend an geeigneter Stelle angeordnet, damit der Laserstrahl 15 in den Lichtleiter 25 eingekoppelt werden kann.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen wurde die Einkopplung des Laserstrahls 15 in den Lichtleiter 25 nicht beschrieben und erfolgt in dem Fachmann bekannter Art und Weise.
Der Betrieb der Laserdiode 10 kann in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Dieselmotors erfolgen, so dass eine Einbringung des Laserstrahls 15 in den Brennraum 20 und auf das Heizelement 30 nur dann erfolgt, wenn eine Erwärmung des Brennraums 20 während des Startvorgangs oder für das Warmlaufverhalten des Dieselmotors erforderlich ist, so dass die Energie der Laserdiode 10 nicht dauerhaft vorgehalten werden muß und Energie eingespart werden kann. Der optimale Zeitraum für die Erwärmung des Heizelementes 30 durch den Laserstrahl 15 durch entsprechende Ansteuerung der Laserdiode 10 kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit des Kurbelwinkels des Dieselmotors 5 erfolgen.
Der Durchmesser für die Bohrungen in den Brennraumwänden 45, 46, die nur den Lichtleiter 25 und nicht auch das Heizelement 30 führen müssen, kann etwa im Bereich von 3 mm liegen.
Eine Ablenkung des Laserstrahls 15 durch eine Ablenkfläche oder eine Reflexionsfläche des Lichtleiters 25 ist nur erforderlich, wenn die Achse des Lichtleiters 25 in ihrer Verlängerung nicht das Heizelement 30 trifft, so dass der Laserstrahl 15 nicht ohne Umlenkmaßnahmen auf das Heizelement 30 geführt werden kann.
Der Lichtleiter 25 selbst ist nicht erforderlich, wenn zwischen dem Laserelement und dem Heizelement 30 ein freier geradliniger Lichtpfad besteht. In diesem Fall wird der Laserstrahl 15 über den freien geradlinigen Lichtpfad ohne Lichtleiter 25 auf das Heizelement 30 gerichtet und somit direkt auf das Heizelement 30 eingekoppelt. Dazu ist das Laserelement 10 beispielsweise mittels einer in 1 durch das Bezugszeichen 1000 angedeuteten Verstelleinrichtung so ausgerichtet, dass der von ihm abgestrahlte Laserstrahl 15 über den freien geradlinigen Lichtpfad auf das Heizelement 30 gerichtet wird. Dabei kann die Aufnahme 90 in 1 den freien geradlinigen Lichtpfad bilden und der Lichtleiter 25 weggelassen werden. Mittels der Verstelleinrichtung 1000 sollte das Laserelement 10 so ausgerichtet werden können, dass der Laserstrahl etwa mit der optischen Achse des freien geradlinigen Lichtpfades zusammenfällt und auch das Heizelement 30 sollte in dieser optischen Achse liegen. Andernfalls sind Reflektoren an den Wänden des freien geradlinigen Lichtpfades erforderlich, mit deren Hilfe der Laserstrahl 15 vom Laserelement 10 über den freien geradlinigen Lichtpfad auf das Heizelement 30 gerichtet werden kann. In diesem Fall muss der freie Lichtpfad auch nicht unbedingt geradlinig sein.

Claims

Starthilfsmittel (1) für einen Verbrennungsmotor (5), insbesondere einen Dieselmotor, mit einem Laserelement (10), das einen Laserstrahl (15) in einen Brennraum (20) des Verbrennungsmotors (5) emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25) vorgesehen sind, die den Laserstrahl (15) auf ein im Brennraum (20) angeordnetes Heizelement (30, 115) richten.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25) als Lichtleitmittel ausgebildet sind.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitmittel (25) eine Ablenkfläche (35) umfaßt, an der der Laserstrahl (15) abgelenkt wird.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitmittel (25) eine Reflexionsfläche (40) umfaßt, an der der Laserstrahl (15) reflektiert wird.
Starthilfsmittel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) ein in den Brennraum (20) hineinragender Glühstift ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 5, soweit dieser auf einen der Ansprüche 2 bis 4 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitmittel (25) im Innern des Glühstiftes (30) angeordnet ist.
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) ein im Brennraum (20) verankerter Heizkörper ist.
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) integraler Bestandteil einer Brennraumwand (45, 46) ist.
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) an einem Kolben (50) des Brennraums (20) angeordnet ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) integraler Bestandteil des Kolbens (50) ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) durch eine, vorzugsweise sich im Querschnitt verjüngende, Hervorhebung aus der Kolbenoberfläche (55) gebildet ist.
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) an einer Einspritzdüse (60) des Brennraums (20) angeordnet ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) integraler Bestandteil der Einspritzdüse (60) ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30) durch eine Spitze der Einspritzdüse (60) gebildet ist.
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30, 115) an einem Ventil (65) des Brennraums (20) angeordnet ist.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (30, 115) integraler Bestandteil des Ventils (65) ist.
Starthilfsmittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (70) zur thermischen Entkopplung des Heizelementes (30) von der Brennraumwand (45, 46) vorgesehen sind.
Starthilfsmittel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einbringung des Laserstrahls (15) in den Brennraum (20) in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (5) erfolgt.
Starthilfsmittel (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung des Laserstrahls (15) in den Brennraum (20), insbesondere gepulst, in Abhängigkeit des Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors (5) erfolgt .
Starthilfsmittel (1) nach einem der Ansprüche 5, 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25) einen freien, insbesondere geradlinigen, Lichtpfad zwischen dem Laserelement (10) und dem Heizelement (30, 115) umfassen.