EP2358991A1 - Laserinduzierte fremdzündung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Laserinduzierte fremdzündung für eine brennkraftmaschine

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Publication number
EP2358991A1
EP2358991A1 EP09752835A EP09752835A EP2358991A1 EP 2358991 A1 EP2358991 A1 EP 2358991A1 EP 09752835 A EP09752835 A EP 09752835A EP 09752835 A EP09752835 A EP 09752835A EP 2358991 A1 EP2358991 A1 EP 2358991A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
ignition
diaphragm
combustion chamber
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09752835A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pascal Woerner
Manfred Vogel
Juergen Raimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2358991A1 publication Critical patent/EP2358991A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays

Definitions

  • the invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, wherein the ignition is triggered by an ignition laser.
  • an ignition which is referred to below as laser ignition, is known for example from WO 2005/066488 A1.
  • the ignition laser has a combustion chamber window which is transmissive to the laser pulses emitted by the ignition laser.
  • the combustion chamber window must withstand the high pressures and temperatures prevailing in the combustion chamber over the entire service life of the internal combustion engine, without the optical properties of the combustion chamber window being adversely affected.
  • the invention has for its object to make the laser ignition more reliable, trouble-free and low-maintenance.
  • This object is achieved with a laser ignition device for an internal combustion engine, comprising an ignition laser with a laser-active solid, a combustion chamber window and a housing, achieved in that at the end of the housing, on which the combustion chamber window is arranged, a diaphragm is provided.
  • This diaphragm ensures that the surface of the combustion chamber window is not affected by the exhaust gases and the gas flows in the combustion chamber. As a result, the formation of deposits on the combustion chamber window is drastically reduced. These deposits originate from the exhaust gases in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the diaphragm according to the invention By the diaphragm according to the invention, first, the amount of precipitating on the combustion chamber window residues is drastically reduced. Secondly, the momentum with which these residues impinge on the surface of the combustion chamber window is significantly reduced. Both effects ensure that the deposits on the combustion chamber window are significantly reduced and that the few deposits adhere less firmly to the combustion chamber window. As a result, the laser ignition device according to the invention is more reliable, trouble-free and low-maintenance.
  • the diameter of the laser pulse which can also be referred to as the beam diameter, can be determined according to the standard DIN EN ISO 11 145. This standard belongs to the expertise of a specialist in the field of laser technology, so that detailed explanations of the determination of the beam diameter by reference to the standard are dispensable.
  • the laser pulse of the laser ignition device is focused on an ignition point ZP and the optical precision of the focusing optics is very high, it is possible to dimension the diaphragm so that a gap of less than 1 mm exists between the outer contour of the laser pulse and that of the diaphragm , preferably of less than 0.5 mm, and more preferably less than 0.25 mm.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the diaphragm is conical, wherein the diameter of the diaphragm increases in the direction of the combustion chamber window and a cone angle of the diaphragm substantially corresponds to an exit angle of the laser pulse.
  • the aperture over the entire length with a distance of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm and particularly preferably with a distance of less than 0.25 mm, is arranged around the laser pulse around , The length of the aperture in the direction of the optical axis of the ignition laser, the penetration of exhaust gases and the attachment of impurities on the combustion chamber window is further reduced.
  • An advantageous embodiment of the laser ignition device according to the invention provides that the diaphragm is designed as a separate component and is attached to the housing of the ignition laser, in particular on a shoulder of the housing.
  • the ignition laser has a combustion chamber window, this is acted upon by the use of the diaphragm according to the invention only with comparatively low temperatures and with a significantly smaller amount of exhaust gases. As a result, the transmissivity of the combustion chamber window remains sufficiently high over the entire service life of the internal combustion engine to ensure undisturbed operation of the internal combustion engine.
  • the diaphragm shields the ignition laser only in regions, namely via a
  • the main flow direction of the exhaust gases in the combustion chamber must be determined separately for each engine type. So that the aperture is correctly positioned to the ignition laser, it is recommended to secure the ignition laser in a form-fitting and secure against rotation in the cylinder head of the internal combustion engine.
  • a mounted on the ignition laser nose which cooperates with a correspondingly shaped recess in the cylinder head, it can be ensured that the aperture is positioned in the manner described above relative to the ignition laser.
  • the diaphragm shields the ignition laser over a circumferential angle of less than 200 °, preferably from 160 ° to 180 °. This ensures sufficient shielding for many applications with minimal costs and minimal influence on the gas flow in the combustion chamber.
  • Figure 1 a is a schematic representation of an internal combustion engine with a laser-based ignition device
  • Figure 1 b is a schematic representation of the ignition device of Figure 1 and
  • FIGS 2 and 3 embodiments of inventive ignition laser.
  • FIG. 1 a An internal combustion engine in FIG. 1 a bears the reference number 10 overall. It can be used to drive a motor vehicle (not shown).
  • the internal combustion engine 10 comprises a plurality of cylinders, of which only one is designated by the reference numeral 12 in FIG.
  • a combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16.
  • Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18 which is connected to a fuel rail, also referred to as a rail.
  • fuel 22 is ignited by means of a laser pulse 24 which is radiated from an ignition laser 26 comprehensive ignition device 27 into the combustion chamber 14.
  • the ignition laser 26 is fed via a light guide device 28 with a pumping light, which is provided by a pumping light source 30.
  • the pumping light source 30 is controlled by a control unit 32, which also controls the injector 18.
  • the pumping light source 30 feeds a plurality of optical waveguide devices 28 for different ignition lasers 26, which are each assigned to a cylinder 12 of the internal combustion engine 10.
  • the pumping light source 30 has a plurality of individual laser light sources 340, which are connected to a pulse power supply 36.
  • a "stationary" distribution of pump light to the various ignition lasers 26 is realized so that no optical distributors or the like between the pump light source 30 and the ignition lasers 26 are required.
  • the ignition laser 26 has, for example, a laser-active solid 44 with a passive Q-switching circuit 46, which together with a Einkoppelapt 42nd and an output mirror 48 forms an optical resonator.
  • the ignition laser 26 Upon application of a pumping light generated by the pumping light source 30, the ignition laser 26 generates a laser pulse 24 in a manner known per se, which is focused by focusing optics 52 onto an ignition point ZP located in the combustion chamber 14 (FIG.
  • Components are separated from the combustion chamber 14 by a combustion chamber window 58.
  • FIG 2 the detail X of Figure 1 b is shown greatly enlarged in partial longitudinal section. From this greatly enlarged illustration it becomes clear that the combustion chamber window 58 is sealingly connected to the housing 38.
  • the seal between the housing 38 and the combustion chamber window may be formed in the region of the reference numeral 60 in the form of a cohesive or non-positive connection.
  • the housing 38 is made of a heat-resistant material and, as a result, also has sufficient fatigue strength at the operating temperatures prevailing in the combustion chamber.
  • the housing 38 is formed in two parts. It comprises an inner sleeve 62 and an outer sleeve 64.
  • the outer sleeve 64 has a shoulder 66 at an end facing the combustion chamber 14 (see FIG. 1 a).
  • the shoulder 66 serves to press the combustion chamber window 58 against the inner sleeve 62 and thereby increase the tightness in the region of the reference numeral 60.
  • a female thread is provided on the outer sleeve 64, which cooperates with a corresponding bolt thread of the inner sleeve 62. This thread, consisting of female thread and bolt thread is indicated in its entirety by the reference numeral 68.
  • a further sealing surface 72 is formed between the shoulder 66 and the combustion chamber window.
  • the end facing the combustion chamber 14 of the ignition laser 26 is shown significantly enlarged.
  • focusing optics which focuses the laser pulse 24 to the ignition point ZP, which corresponds to the focus of the optics of the ignition laser 26.
  • the outer contour of the focused laser pulse 24 is indicated by the conical H ü ulia (without reference numeral). These envelope lines intersect in the Ignition point ZP and exit with a diameter D A from the combustion chamber window 58.
  • the invention provides to see between the combustion chamber window 58 and the ignition point ZP to arrange a panel 74.
  • the diameter of the diaphragm is denoted by the reference numeral D 6 .
  • the diameter D 6 of the aperture 74 is selected as small as possible. As a result, it is sufficient if the diaphragm 74 has a radial distance to the laser pulse 24 or its outer contour of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm and particularly preferably less than 0.25 mm. This dimensioning of the diameter D 6 of the diaphragm 74 results in that the ignition power of the laser pulse 24 is not reduced and, on the other hand, the gas exchange between the combustion chamber and the "dead space" 70 present between the diaphragm 74 and the combustion chamber window 58 is minimized.
  • Aperture 74 may for example be soldered, welded or otherwise secured in the form of a sheet metal disc to the outer sleeve 64.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an aperture according to the invention
  • the aperture 74 is shown. The main differences can be seen in the fact that the aperture 74 is part of the outer sleeve 64 and the aperture 74 is conical.
  • the cone angle ß of the aperture 74 corresponds to the angle ⁇ of the laser pulse 24.
  • Dead space 70 was further reduced in this embodiment compared to the embodiment shown in Figure 2, even fewer deposits on the combustion chamber window 58 are deposited.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird eine Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Zündlaser (26) vorgeschlagen, bei dem einem Brennraumfenster (58) eine Blende (74) vorgelagert ist.

Description

Beschreibung
Titel
Laserinduzierte Fremdzündung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Zündung durch einen Zündlaser ausgelöst wird. Eine solche Zündung, die nachfolgend als Laserzündung bezeichnet wird, ist beispielsweise aus der WO 2005/066488 A1 bekannt.
Der Zündlaser weist ein Brennraumfenster auf, welches transmissiv für die von dem Zündlaser emittierten Laserimpulse ist. Gleichzeitig muss das Brennraumfenster den im Brennraum herrschenden hohen Drücke und Temperaturen über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine widerstehen, ohne dass die optischen Eigenschaften des Brennraumfensters nachteilig beeinflusst werden.
Dabei können an der dem Brennraum zugewandten Oberfläche des Brennraumfensters Oberflächentemperaturen von über 600° C und Drücke von über 250 bar während des Arbeitstakts der Brennkraftmaschine auftreten. Außerdem können chemisch aggressive Bestandteile der Abgase das Brennraumfernster schädigen und Ablagerungen auf dem Brennraumfenster dessen Transmissivität reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Laserzündeinrichtung zuverlässi- ger, störungsfreier und wartungsärmer zu gestalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Zündlaser mit einem laseraktiven Festkörper, ein Brennraumfenster und ein Gehäuse, dadurch gelöst, dass an dem Ende des Gehäuses, an welchem das Brennraumfenster angeordnet ist, eine Blende vorgesehen ist.
Diese Blende sorgt dafür, dass die Oberfläche des Brennraumfensters nicht von den Abgasen und den im Brennraum befindlichen Gasströmungen tangiert wird. In Folge dessen wird die Bildung von Ablagerungen auf dem Brennraumfenster drastisch reduziert. Diese Ablagerungen stammen von den Abgasen im Brenn- räum der Brennkraftmaschine.
Durch die erfindungsgemäße Blende wird erstens die Menge der sich auf dem Brennraumfenster niederschlagenden Rückstände drastisch reduziert. Zweitens wird der Impuls mit dem diese Rückstände auf die Oberfläche des Brennraumfensters auftreffen, deutlich reduziert wird. Beide Effekte sorgen jeweils dafür, dass die Ablagerungen auf dem Brennraumfenster deutlich verringert und die wenigen Ablagerungen weniger fest am Brennraumfenster haften. In Folge dessen ist die erfindungsgemäße Laserzündeinrichtung zuverlässiger, störungsfreier und wartungsärmer.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Durch- messer der Blende so zu bemessen, dass ein Laserimpuls des Zündlasers die
Blende ungehindert passieren kann. Allerdings soll der Durchmesser der Blende auch nicht größer als unbedingt nötig sein, um das Brennraumfenster bestmöglich zu schützen. Dabei kann der Durchmesser des Laserimpulses, der auch als Strahldurchmesser bezeichnet werden kann, gemäß der Norm DIN EN ISO 11 145 ermittelt werden. Diese Norm gehört zum Fachwissen eines Fachmanns auf den Gebiet der Lasertechnik, so dass detaillierte Erläuterungen zur Ermittlung des Strahldurchmessers durch den Verweis auf die Norm entbehrlich sind.
Da der Laserimpuls der Laserzündeinrichtung auf einen Zündpunkt ZP fokussiert wird und die optische Genauigkeit der Fokussieroptik sehr hoch ist, ist es mög- lieh, die Blende so zu bemessen, dass zwischen der Außenkontur des Laserimpulses und dem der Blende ein Spalt von weniger als 1 mm, bevorzugt von weniger als 0,5 mm, und besonders bevorzugt von weniger als 0,25 mm, vorhanden ist. Je kleiner der Durchmesser der Blende ist, desto weniger Gase strömen in die Blende ein und können somit an das Brennraumfenster gelangen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Blende konisch ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Blende in Richtung des Brennraumfensters zunimmt und ein Kegelwinkel der Blende im Wesentlichen einem Austrittswinkel des Laserimpulses entspricht. Auch hier ist es möglich, dass die Blende über die gesamte Länge mit einem Abstand von weniger als 1 mm, bevorzugt von weniger als 0,5 mm und besonders bevorzugt mit einem Abstand von weniger als 0,25 mm, um den Laserimpuls herum angeordnet ist. Durch die Länge der Blende in Richtung der optischen Achse des Zündlasers wird das Eindringen von Abgasen und das Anlagern von Verunreinigungen auf dem Brennraumfenster weiter verringert. Gleichzeitig wird das Totvolumen der Blende verringert, was sich vorteilhaft auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung sieht vor, dass die Blende als separates Bauteil ausgebildet ist und am Gehäuse des Zündlasers, insbesondere an einem Absatz des Gehäuses, befestigt ist.
Dadurch ist es möglich, auch bereits in Fertigung befindliche Laserzündeinrichtungen mit der erfindungsgemäßen Blende nachzurüsten. Des Weiteren ist es möglich, den Durchmesser der Blende und den Kegelwinkel der Blende durch ein
Auswechseln des separaten Bauteils an die optischen Eigenschaften des Zündlasers anzupassen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, bei der Verwendung eines Zündlasers in Brennräumen mit unterschiedlichen Brennraumgeometrien, den Zündpunkt ZP des Zündlasers mehr oder weniger weit entfernt vom Brennraumfenster anzuordnen. Eine solche Änderung des Zündpunkts erfordert in aller Regel eine Anpassung von Durchmesser und Kegelwinkel der Blende. Dies kann mit einer als separates Bauteil ausgeführten Blende ohne Weiteres geschehen.
Es ist jedoch in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls ohne Weiteres möglich, die Blende einstückig mit dem Gehäuse des Zündlasers auszubilden.
Wenn der Zündlaser ein Brennraumfensters aufweist, wird dies bei durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Blende nur mit vergleichsweise geringen Temperaturen und mit einer deutlich geringeren Menge von Abgasen beaufschlagt. Dadurch bleibt die Transmissivität des Brennraumsfensters über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine ausreichend hoch, um einen ungestörten Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserzündeinrich- tung schirmt die Blende den Zündlaser nur bereichsweise, nämlich über einen
Umfangswinkel von weniger als 360 °, ab. Dabei ist darauf zu achten, dass die Blende in eingebautem Zustand des Zündlasers bezogen auf die Hauptströmungsrichtung der Abgase im Brennraum stromaufwärts des Zündlasers angeordnet ist. Wenn die Blende in dieser Weise relativ zu dem Zündlaser positioniert ist, wird die gewünschte Abschirmung erreicht.
Die Hauptströmungsrichtung der Abgase im Brennraum ist für jeden Motortyp gesondert zu ermitteln. Damit die Blende richtig zu dem Zündlaser positioniert ist, empfiehlt es sich, den Zündlaser formschlüssig und verdrehsicher in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu befestigen. Durch eine an dem Zündlaser angebrachte Nase, die mit einer entsprechend geformten Vertiefung im Zylinderkopf zusammenwirkt, kann sichergestellt werden, dass die Blende in der oben beschriebenen Weise relativ zu dem Zündlaser positioniert ist.
Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn die Blende den Zündlaser über einen Umfangswinkel von weniger als 200°, bevorzugt von 160 ° bis 180°, abschirmt. Damit ist eine für viele Anwendungen ausreichende Abschirmung bei minimalen Kosten und minimaler Beeinflussung der Gasströmung im Brennraum gewährleistet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehm- bar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Kurze Beschreibung der Zeichnungen In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 a eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer laserbasierten Zündeinrichtung; Figur 1 b eine schematische Darstellung der Zündeinrichtung aus Figur 1 und
Figuren 2 und 3 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zündlaser.
Ausführungsformen der Erfindung Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 a insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-
Druckspeicher 20 angeschlossen ist.
In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer einen Zündlaser 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird der Zündlaser 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.
Wie aus Figur 1 b hervorgeht, speist die Pumplichtquelle 30 mehrere Lichtleitereinrichtungen 28 für verschiedene Zündlaser 26, die jeweils einem Zylinder 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Hierzu weist die Pumplichtquelle 30 mehrere einzelne Laserlichtquellen 340 auf, die mit einer Pulsstromversorgung 36 verbunden sind. Durch das Vorhandensein der mehreren einzelnen Laserlichtquellen 340 ist gleichsam eine „ruhende" Verteilung von Pumplicht an die verschiedenen Zündlaser 26 realisiert, so dass keine optischen Verteiler oder dergleichen zwischen der Pumplichtquelle 30 und den Zündlasern 26 erforderlich sind.
Der Zündlaser 26 weist beispielsweise einen laseraktiven Festkörper 44 mit einer passiven Güteschaltung 46 auf, die zusammen mit einem Einkoppelspiegel 42 und einem Auskoppelspiegel 48 einen optischen Resonator bildet. Unter Beaufschlagung mit von der Pumplichtquelle 30 erzeugtem Pumplicht erzeugt der Zündlaser 26 in an sich bekannter Weise einen Laserimpuls 24, der durch eine Fokussieroptik 52 auf einen in dem Brennraum 14 (Figur 1 a) befindlichen Zünd- punkt ZP fokussiert ist. Die in dem Gehäuse 38 des Zündlasers 26 vorhandenen
Komponenten sind durch ein Brennraumfenster 58 von dem Brennraum 14 getrennt.
In Figur 2 ist das Detail X der Figur 1 b stark vergrößert im Teillängsschnitt dargestellt. Aus dieser stark vergrößerten Darstellung wird deutlich, dass das Brenn- raumfenster 58 mit dem Gehäuse 38 dichtend verbunden ist. Die Abdichtung zwischen Gehäuse 38 und Brennraumfenster kann im Bereich des Bezugszeichens 60 in Form einer stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet sein.
Wegen der hohen thermischen Belastungen ist darauf zu achten, dass das Ge- häuse 38 aus einem warmfesten Werkstoff besteht und in Folge dessen auch eine ausreichende Dauerfestigkeit bei den im Brennraum herrschenden Betriebstemperaturen aufweist.
Bei den in Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse 38 zweiteilig ausgebildet. Es umfasst eine Innenhülse 62 und eine Außenhülse 64. Die Außenhülse 64 weist an einem dem Brennraum 14 (siehe Figur 1 a) zugewandten Ende einen Absatz 66 auf. Der Absatz 66 dient dazu, das Brennraumfenster 58 gegen die Innenhülse 62 zu pressen und dadurch die Dichtheit im Bereich des Bezugszeichens 60 zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist an der Außenhülse 64 ein Muttergewinde vorgesehen, welches mit einem entsprechenden Bolzengewinde der Innenhülse 62 zusammenwirkt. Dieses Gewinde, bestehend aus Muttergewinde und Bolzengewinde, ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 68 gekennzeichnet. Durch das Verspannen von Außenhülse 64 und Innenhülse 62 entsteht zwischen dem Absatz 66 und dem Brennraumfenster eine weitere Dichtfläche 72 In Figur 2 ist das dem Brennraum 14 des Zündlasers 26 zugewandte Ende deutlich vergrößert dargestellt. Im Inneren des Gehäuses 38 befindet sich eine nicht dargestellte Fokussieroptik, welche den Laserimpuls 24 auf den Zündpunkt ZP, der dem Brennpunkt der Optik des Zündlasers 26 entspricht, fokussiert. Die Außenkontur des fokussierten Laserimpulses 24 ist durch die kegelförmigen H ü Uli— nien (ohne Bezugszeichen) angedeutet. Diese Hülllinien schneiden sich im Zündpunkt ZP und treten mit einem Durchmesser DA aus dem Brennraumfenster 58 aus.
Damit die dem Brennraum zugewandte Seite des Brennraumfensters 58 den Abgasen möglichst wenig ausgesetzt ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwi- sehen dem Brennraumfenster 58 und dem Zündpunkt ZP eine Blende 74 anzuordnen. Der Durchmesser der Blende ist mit dem Bezugszeichen D6 gekennzeichnet.
Dabei ist der Durchmesser D6 der Blende 74 so klein wie möglich gewählt. Im Ergebnis ist es ausreichend, wenn die Blende 74 einen radialen Abstand zu dem Laserimpuls 24 beziehungsweise dessen Außenkontur von weniger als 1 mm, bevorzugt von weniger als 0,5 mm und besonders bevorzugt von weniger als 0,25 mm, aufweist. Diese Bemessung des Durchmessers D6 der Blende 74 führt dazu, dass die Zündleistung des Laserimpulses 24 nicht verringert wird, und andererseits der Gasaustausch zwischen dem Brennraum und dem zwischen Blen- de 74 und Brennraumfenster 58 vorhandenen "Totraum" 70 minimiert wird. Die
Blende 74 kann beispielsweise in Form einer Blechscheibe auf die äußere Hülse 64 aufgelötet, geschweißt oder auf andere Weise befestigt werden.
Je weniger Abgase aus dem Brennraum in den Totraum 70 gelangen, desto weniger Ablagerungen schlagen sich auf dem Brennraumfenster 58 nieder. Häufig ist es vorteilhaft, die Blende 74 möglichst nah in Richtung des Zündpunks ZP zu verlagern. Allerdings hat dies auch eine Grenze, da der Zündpunkt ZP möglichst in der Mitte des Brennraums 14, angeordnet sein soll und die Blende 74 die Strömungsverhältnisse im Brennraum 14 (siehe Figur 1a) möglichst wenig beeinträchtigen soll. In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blende
74 dargestellt. Die wesentlichen Unterschiede sind darin zu sehen, dass die Blende 74 Teil der äußeren Hülse 64 ist und die Blende 74 konisch ausgebildet ist. Der Kegelwinkel ß der Blende 74 entspricht dabei dem Winkel α des Laserimpulses 24. Auch hierbei ist darauf zu achten, dass der radiale Abstand zwi- sehen Blende 74 und dem Zündimpuls 24 möglichst gering ist. Dadurch, dass der
Totraum 70 bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel noch weiter verkleinert wurde, werden nochmals weniger Ablagerungen auf dem Brennraumfenster 58 niedergeschlagen.

Claims

Ansprüche
1. Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine (10) umfassend einen
Zündlasers (26) mit einem laseraktiven Festkörper (44), ein Brennraumfenster (58) und ein Gehäuse (38), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende des Gehäuses (38), an welchem das Brennraumfenster (58) angeordnet ist, eine Blende (74) vorgesehen ist.
2. Laserzündeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Durchmesser (D6) der Blende (74) so bemessen ist, dass ein Laserimpuls (24) des Zündlasers (26) die Blende (74) ungehindert passieren kann.
3. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (74) konisch ausgebildet ist, wobei der Durchmesser (D6) der Blende (74) in Richtung des Brennraumfensters (58) zunimmt, und dass ein Kegelwinkel (ß) der Blende (74) im Wesentlichen einem Austrittswinkel (α) des Laserimpulses (24) entspricht.
4. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (74) als separates Bauteil ausgebildet ist, und dass die Blende (74) am Gehäuse (38) des Zündlasers (26), insbesondere an einem Absatz (66) des Gehäuses (38), befestigt ist.
5. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (74) einstückig mit dem Gehäuse (38) des Zündlasers (26), insbesondere einem Absatz (66) des Gehäuses (38), aus- gebildet ist.
6. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) eine Innenhülse (62) und eine Außenhülse (64) umfasst.
7. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eingebautem Zustand des Zündlasers (26) die
Blende (74) im Wesentlichen bündig mit einer Brennraumwand einer Brennkraftmaschine abschließt.
8. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (74) den Zündlaser (76) nur teilweise abschirmt, und dass die Blende (74) in eingebautem Zustand des Zündlasers (76) bezogen auf die Hauptströmungsrichtung der Abgase im Brennraum (14) stromaufwärts des Zündlasers (76) angeordnet ist.
9. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (74) den Zündlaser (76) über einen Um- fangswinkel von maximal 200°, bevorzugt von 160 ° bis 180° abschirmt.
EP09752835A 2008-11-21 2009-11-18 Laserinduzierte fremdzündung für eine brennkraftmaschine Withdrawn EP2358991A1 (de)

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