EP2841762A2 - Laserzündeinrichtung und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Laserzündeinrichtung und betriebsverfahren hierfür

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Publication number
EP2841762A2
EP2841762A2 EP13711616.6A EP13711616A EP2841762A2 EP 2841762 A2 EP2841762 A2 EP 2841762A2 EP 13711616 A EP13711616 A EP 13711616A EP 2841762 A2 EP2841762 A2 EP 2841762A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
laser
ignition device
spark plug
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13711616.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Stoppel
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2841762A2 publication Critical patent/EP2841762A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/12—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F01P3/16—Arrangements for cooling other engine or machine parts for cooling fuel injectors or sparking-plugs
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/242—Arrangement of spark plugs or injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/365—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of side valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0407—Liquid cooling, e.g. by water

Definitions

  • the invention relates to a laser ignition device for an internal combustion engine, wherein the laser ignition device has at least one laser spark plug and a cooling device for tempering, in particular cooling, of the laser spark plug.
  • Liquid cooling based have the disadvantage that leaked from a cooling circuit of the cooling system cooling fluid, especially water
  • the cooling device containing a coolant Cooling circuit which is thermally connectable to at least one component of the laser spark plug, wherein a volume of the cooling liquid contained in the cooling circuit less than or equal to about 50 percent of a
  • Compression volume of a cylinder of the internal combustion engine is,
  • the compression volume of a cylinder of the internal combustion engine corresponds to the minimum combustion chamber volume that can be set during the working cycle of the cylinder.
  • the compression volume is reached when the piston of the cylinder in question is at the top dead center.
  • the volume of the cooling liquid contained in the cooling circuit is less than or equal to a predetermined proportion of the compression volume of the cylinder is advantageously achieved that no inadmissibly high combustion chamber pressure occurs in the cylinder, even if accidentally the coolant partially or completely entered the combustion chamber.
  • Compression volume of the cylinder of the internal combustion engine is related to achieve a limitation of the occurring as a result of water entering the combustion chamber overpressure.
  • the principle of limiting the liquid quantity of the cooling liquid can also provide for the provision of an absolute maximum amount of cooling liquid.
  • Invention variant is a volume of that contained in the cooling circuit Coolant less than or equal to about 0.1 liter, preferably less than or equal to 0.05 liters, whereby typical applications of the laser ignition device according to the invention, namely the use in stationary large gas engines, are covered.
  • Such large gas engines usually have
  • the amount of the cooling liquid to values less than about 0.05 liters, for example, values less than about 0.02 liters or even less than 0.01 liters are limited.
  • the cooling circuit has a first heat exchanger, which is thermally connectable to at least one component of the laser spark plug, wherein the cooling circuit has a second heat exchanger, which is thermally connectable with a heat sink, and wherein funding is provided, to cause a circulation of the cooling liquid in the cooling circuit.
  • the volume of the conveying means which can be acted upon with cooling liquid is advantageously included in the dimensioning according to the invention of the maximum volume of the coolant.
  • the first heat exchanger may advantageously be connected directly to a housing of the laser spark plug to be cooled or to a component of the laser spark plug.
  • a direct thermal connection of the first heat exchanger to a heat source of the laser spark plug for example to a semiconductor laser or the like.
  • the second heat exchanger is advantageously arranged remotely from the
  • Laser spark plug and with a heat sink connectable or connected As a heat sink, for example, the following components can serve:
  • Temperature of the heat sink in this case corresponds to the temperature of the intake air, which is usually between about 20 ° C and about 35 ° C.
  • a plurality of cylinders associated heat conduction for example, metal tube or stainless steel corrugated hose or the like, which in turn is cooled by means of coolant, for example, flows through cooling water of the internal combustion engine associated intercooler or mixture cooler.
  • coolant for example, flows through cooling water of the internal combustion engine associated intercooler or mixture cooler.
  • the maximum temperature of the heat sink is about 45 ° C in typical
  • a housing of the internal combustion engine itself can serve as a heat sink, wherein the maximum temperature corresponds approximately to the cooling water temperature of the engine cooling of the internal combustion engine, that is about 85 ° C.
  • air-flow pipe are taken, for example, the integration of cooling fins in the air-conducting cross-section of the tube.
  • the laser ignition device consists in a metal tube or a stainless steel corrugated hose, wherein these elements are flowed through by cooling water of a primary cooler, which is provided for the laser ignition device on the internal combustion engine.
  • This primary cooler can be for example a so-called chiller (with constant temperature selection) or an air-water cooler (temperature depends on ambient temperature).
  • This design of the heat sink is slightly more complex and expensive than the above four variants. Other designs for the heat sink and combinations of
  • one or more Peltier elements can be provided in series, wherein the Peltier elements or either in the laser spark plug between the heat source (semiconductor laser) and the first heat exchanger of the cooling circuit or be arranged outside the laser spark plug.
  • the or the Peltier elements can also be arranged between the second heat exchanger and the heat sink or elsewhere in the cooling circuit.
  • Peltier elements can generally be characterized by the following
  • Laser ignition device or its cooling circuit to be connected by clamping with two-sided application of thermal grease and / or
  • the control operates, for example, with a temperature sensor, which is preferably fastened near a cold side of the Peltier element.
  • the cooling circuit has at least one fluid line for guiding the cooling liquid, wherein the fluid line is preferably designed to be flexible.
  • Provision of one or more fluid lines advantageously allows a spatially separate arrangement of the first and second heat exchangers such that the waste heat of the laser spark plug to be cooled can be transported to a remote heat sink.
  • the cooling circuit has a first fluid line, which from the heat sink or the second heat exchanger to the first heat exchanger, ie, the "hot" end of the cooling circuit, and a second fluid line, which leads the cooling fluid heated in the area of the first heat exchanger back to the heat sink. Circulation of the cooling liquid in the cooling circuit is provided by provision of conveying means, in particular a pump preferably a miniaturized electric motor
  • this pump has a maximum electrical
  • At least one fluid line has an inner diameter of at most about 4 mm (millimeters), preferably at most about 3 mm, whereby on the one hand a measure is implemented which limits the total volume of the cooling liquid in the cooling circuit, and on the other hand advantageous one
  • fluid lines for the cooling circuit according to the invention which have a maximum inner diameter of less than 3 mm.
  • an aggregated total length of all fluid lines of the cooling circuit amounts to a maximum of about 4 m (meters), preferably about 2 m, whereby flow-dynamic effects impairing the circulation of the cooling fluid are limited.
  • a limitation of the total volume of the cooling liquid is made possible by the choice or limitation of the aggregated total length of all fluid lines of the cooling circuit.
  • the cooling circuit has a flow rate of cooling fluid per time of at least about 2 ml / min (milliliters per minute), preferably at least about 50 ml / min.
  • the fluid then circulates preferably once a minute in the
  • Cooling circuit In a further advantageous embodiment, it is provided that at least one fluid line for guiding the cooling fluid and / or
  • Conveying means for the cooling liquid are at least partially integrated in a wiring harness of the laser spark plug.
  • the wiring harness usually contains for the
  • Laser ignition are protected by the same mechanical means for protecting the wiring harness, as provided for the electrical or optical lines of the laser spark plug anyway.
  • the cooling fluid in the fluid lines allows a cooling function of
  • Coolant at least partially thermally isolated from an environment. For example, on surfaces of the fluid lines a
  • Heat insulation arranged, which prevents unwanted heating of the cooling fluid due to irradiation of radiated heat by the internal combustion engine. Particularly preferred is according to another embodiment of the
  • Production operation take place, so that an opening of the fluid circuit of the cooling device according to the invention locally, that is in the region of
  • Figure 1 is a simplified sectional view of arranged on a combustion chamber of an internal combustion engine housing sections and a laser ignition device in a first embodiment
  • Figure 2 is an alternative to Figure 1 arrangement with a second
  • Embodiment of the laser ignition device Embodiment of the laser ignition device.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention
  • Laser ignition device 100 has a laser spark plug 110, which is arranged in a manner known per se in a cylinder shaft 104 of the internal combustion engine 102. Furthermore, the laser ignition device 100 comprises a
  • Cooling device 120 for tempering, in particular cooling, the
  • the cooling device 120 has a cooling circuit 122 which contains a cooling liquid 128.
  • the cooling circuit 122 is thermally connectable or connected to at least one component of the laser spark plug 110.
  • the laser spark plug 110 includes, inter alia, a housing 12, in which a semiconductor laser 14 and a first heat exchanger WT1 of the cooling circuit 122 are arranged.
  • the heat exchanger WT1 and the semiconductor laser 1 14 are presently adjacent and thermally coupled.
  • the cooling circuit 122 in a top right area of the drawing on a second heat exchanger WT2, which is thermally coupled to a heat sink 126.
  • a cylinder 132 is arranged, which has a combustion chamber 106 and a piston 134 of the cylinder 132.
  • a volume of the cooling liquid 128 contained in the cooling circuit 122 is less than or equal to approximately fifty percent of a compression volume of the cylinder 132 of the internal combustion engine 102, preferably less than or equal to approximately ten percent of the compression volume of the cylinder 132 of the internal combustion engine 102.
  • the volume of the cooling liquid 128 contained in the cooling circuit 122 is less than or equal to a predetermined proportion of the compression volume of the
  • Coolant 128 as a result of leakage or failure in the maintenance of the laser ignition 100 completely flowed into the combustion chamber 106, damage to the internal combustion engine 102 (for example, by
  • Compression volume of the cylinder 132 of the internal combustion engine 102 is related to achieve a limitation of the occurring as a result of water entering the combustion chamber 106 overpressure.
  • a volume of the cooling liquid 128 contained in the cooling circuit 122 is less than or equal to about 0.1 liter, preferably limited to less than or equal to 0.05 liters.
  • Such large gas engines usually have cylinder volumes between about 2 liters and about 4 liters.
  • the limitation of the volume of the cooling liquid 128 to about 0.1 liter or less than about 0.05 liter is particularly advantageous because in an accidental leakage of the cooling liquid 128 from the cooling circuit 122 of the laser ignition device 100 in a cylinder 132 of the large gas engine an impermissibly high compression pressure in the top dead center of the cylinder 132 is hardly to be feared.
  • the cooling circuit 122 further comprises a pump P ("conveying means").
  • a first and a second fluid line 122a and 122b of the cooling circuit 122 are connected to an end region of the laser spark plug 110 remote from the combustion chamber or to the heat exchanger WT1.
  • the fluid lines 122a and 122b are preferably flexible and, in FIG. 1, lead upward out of the cylinder shaft 104.
  • the heat sink 126 in the present case is a metal housing of an air feed (intake manifold) of the internal combustion engine 102.
  • the intake manifold is flowed through by the ambient air required for operating the internal combustion engine 102 and thus generally has a temperature of approximately + 20 ° C. to + 35 ° C.
  • the heat sink 126 is a continuous metal tube arranged on a cylinder bank of the internal combustion engine 102 or a stainless steel corrugated hose. This element is derived from the cooling water of a
  • Charge air cooler or mixture cooler flows through, which generally has a temperature below + 45 ° C.
  • the heat sink 126 is a housing of the internal combustion engine 102, which as As a result of the engine cooling a temperature of generally not more than + 85 ° C has.
  • the heat sink 126 is a tube through which the ambient air flows (approximately + 20 ° C. to + 35 ° C.), the tube preferably having integrated cooling fins.
  • the heat sink 126 is a
  • Metal tube or a stainless steel corrugated hose which is flowed through with cooling water from a primary cooler.
  • This primary cooler is designed specifically for cooling the laser ignition device 100 and is for example a so-called "chiller" with a constant temperature setpoint.
  • the primary cooler may also be an air-water cooler, the temperature depending on the ambient temperature. This latter embodiment of the heat sink 126 can be comparatively expensive and also cause comparatively high operating costs.
  • the cooling device 120 together with the fluid lines 122a and 122b, according to a particularly preferred embodiment, a closed cooling circuit 122.
  • the fluid lines 122a and 122b are filled with the cooling liquid 128 and are integrated in a preferred embodiment together with the pump P ("mini-pump") in a wire harness 130 ("terminal strand" of the laser spark plug 1 10).
  • the wiring harness 130 is shown in the drawing by a dashed frame.
  • the fluid lines 122a and 122b presently have an inner diameter of at most about 4 mm (millimeters) and a total length of at most about 2 m (meters). This amounts to a volume of
  • thermal insulation is arranged on surfaces of the fluid lines 122a and 122b, thereby preventing radiation of heat radiated by the internal combustion engine 102.
  • a surge tank can be integrated, the pressure and
  • a plasma 136 is generated periodically by means of the laser spark plug 110, whereby a gas-air mixture present in the combustion chamber 106 and compressed by the piston 134 is ignited.
  • the pump P preferably delivers the cooling liquid 128 continuously at a flow rate of approximately 5 ml / min (milliliters per minute) through the cooling circuit 122
  • Semiconductor laser 1 14 generated and transmitted to the heat exchanger WT1 heat conveyed by means of the circulating in the cooling circuit 122 cooling liquid 128 to the heat exchanger WT2.
  • the heat exchanger WT2 transmits the
  • Cooling circuit 122 also increased by means of appropriate dimensioning of the pump P and increased, for example, to 2000 ml / min.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the laser ignition device 100.
  • the laser ignition device 100 of FIG. 2 additionally comprises a Peltier element 138, which is arranged between the semiconductor laser 14 and the heat exchanger WT1.
  • a Peltier element 138 which is arranged between the semiconductor laser 14 and the heat exchanger WT1.
  • Peltier element 138 'between the heat exchanger WT2 and the heat sink 126 may be arranged.
  • the Peltier element 138 ' is shown in dashed lines in the drawing.
  • the Peltier element 138 or 138 ' may have a metallized surface on both sides and thus between the respective
  • Connection partners may be arranged by means of soldering. In operation, the
  • Peltier element 138 or 138 ' preferably regulated (Peltier control).
  • the cold side of the Peltier element 138 or 138 ' is thermally coupled to a temperature sensor.
  • the cooling device 120 is designed such that a flow rate of coolant 128 of less than or equal to about 2000 ml / min, preferably less than or equal to about 50 ml / min, is sufficient to sufficiently cool the laser spark plug during operation.
  • each cylinder of the internal combustion engine is very simple, because the components 120, 122a, 122b, P are advantageously integrated into the wiring harness 130.
  • each cylinder of the internal combustion engine is very simple, because the components 120, 122a, 122b, P are advantageously integrated into the wiring harness 130.
  • each cylinder of the internal combustion engine is very simple, because the components 120, 122a, 122b, P are advantageously integrated into the wiring harness 130.
  • each cylinder of the internal combustion engine is very simple, because the components 120, 122a, 122b, P are advantageously integrated into the wiring harness 130.
  • each cylinder of the internal combustion engine is very simple, because the components 120, 122a, 122b, P are advantageously integrated into the wiring harness 130.
  • a laser ignition device 100 is assigned.
  • a "cylinder-individual" cooling circuit that is to say a respective cooling circuit 122 per cylinder, with its own conveying means P, it is advantageously ensured that, even in the event of failure of the

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Abstract

Es wird eine Laserzündeinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine (102) vorgestellt, wobei die Laserzündeinrichtung (100) mindestens eine Laserzündkerze (110) und eine Kühleinrichtung (120) zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der Laserzündkerze (110) aufweist. Erfindungsgemäß weist die Kühleinrichtung (120) einen eine Kühlflüssigkeit (128) enthaltenden Kühlkreislauf (122) auf, der thermisch mit wenigstens einer Komponente der Laserzündkerze (110) verbindbar ist, wobei ein Volumen der in dem Kühlkreislauf (122) enthaltenen Kühlflüssigkeit (128) kleiner oder gleich etwa fünfzig Prozent eines Kompressionsvolumens eines Zylinders (132) der Brennkraftmaschine (102) ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa zehn Prozent eines Kompressionsvolumens des Zylinders (132) der Brennkraftmaschine (102).

Description

Beschreibung Titel
Laserzündeinrichtung und Betriebsverfahren hierfür Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Laserzündeinrichtung mindestens eine Laserzündkerze und eine Kühleinrichtung zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der Laserzündkerze aufweist.
Bekannte Kühlsysteme von Laserzündeinrichtungen, welche auf
Flüssigkeitskühlung beruhen, haben den Nachteil, dass aus einem Kühlkreislauf des Kühlsystems ausgelaufenes Kühlfluid, insbesondere Wasser
(Leckagewasser), in den Zylinderschacht der Brennkraftmaschine einfließen und bei einem Wechsel der Laserzündkerze sogar in den Brennraum eintreten kann. Dadurch wird beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Kompressionsverhältnis erhöht, da das Kühlfluid, insbesondere Wasser, bekanntlich nicht kompressibel ist, so dass die Brennkraftmaschine infolge des Leckagewassers zerstört werden kann (Wasserschlag). Die Ursache für das Leckagewasser sind in der Regel undichte Kühlwasseranschlüsse oder Installationsfehler.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Laserzündeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Risiko eines Wasserschlags reduziert beziehungsweise vollständig vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei der Laserzündeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kühleinrichtung einen eine Kühlflüssigkeit enthaltenden Kühlkreislauf aufweist, der thermisch mit wenigstens einer Komponente der Laserzündkerze verbindbar ist, wobei ein Volumen der in dem Kühlkreislauf enthaltenen Kühlflüssigkeit kleiner oder gleich etwa 50 Prozent eines
Kompressionsvolumens eines Zylinders der Brennkraftmaschine ist,
vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 10 Prozent eines Kompressionsvolumens des Zylinders der Brennkraftmaschine.
Das Kompressionsvolumen eines Zylinders der Brennkraftmaschine entspricht dem minimalen Brennraumvolumen, das sich während des Arbeitszyklus des Zylinders einstellen kann. Das Kompressionsvolumen wird dann erreicht, wenn der Kolben des betrachteten Zylinders sich in dem oberen Totpunkt befindet.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das Volumen der in dem Kühlkreislauf enthaltenen Kühlflüssigkeit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Anteil des Kompressionsvolumens des Zylinders zu halten, wird vorteilhaft erreicht, dass kein unzulässig hoher Brennraumdruck in dem Zylinder auftritt, auch dann, wenn versehentlich die Kühlflüssigkeit teilweise oder ganz in den Brennraum eingetreten ist.
Das erfindungsgemäße Prinzip sieht demnach eine Begrenzung der
Flüssigkeitsmenge der Kühlflüssigkeit vor, die vorteilhaft auf das
Kompressionsvolumen des Zylinders der Brennkraftmaschine bezogen ist, um eine Begrenzung des infolge von Wassereintritts in den Brennraum auftretenden Überdrucks zu erzielen. Alternativ kann das Prinzip der Begrenzung der Flüssigkeitsmenge der Kühlflüssigkeit auch die Vorsehung einer absoluten Maximalmenge an Kühlflüssigkeit vorsehen.
Besonders vorteilhaft wird die maximal in dem Kühlkreislauf der
Laserzündeinrichtung enthaltene Menge an Kühlflüssigkeit beziehungsweise ihr Volumen in Bezug auf das Kompressionsvolumen eines Zylinders festgelegt, dem eine Laserzündkerze der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung zugeordnet werden soll.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Laserzündeinrichtung gemäß Patentanspruch 2 angegeben. Bei dieser
Erfindungsvariante ist ein Volumen der in dem Kühlkreislauf enthaltenen Kühlflüssigkeit kleiner oder gleich etwa 0,1 Liter, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05 Liter, wodurch typische Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung, nämlich der Einsatz in stationären Großgasmotoren, abgedeckt werden. Derartige Großgasmotoren haben üblicherweise
Zylindervolumina zwischen etwa 2 Liter und etwa 4 Liter. Die erfindungsgemäße
Begrenzung des Volumens der Kühlflüssigkeit auf etwa 0,1 Liter oder weniger als etwa 0,05 Liter ist besonders vorteilhaft, da bei einem versehentlichen Austritt der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf der erfindungsgemäßen
Laserzündeinrichtung in einen Zylinder des Großgasmotors ein unzulässig hoher Kompressionsdruck in dem oberen Totpunkt des Zylinders nicht zu befürchten ist.
Für Brennkraftmaschinen mit geringeren Zylindervolumina, beispielsweise Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und dergleichen, ist eine
entsprechend geringere Menge an Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf vorzusehen. Beispielsweise kann für übliche Brennkraftmaschinen von
Kraftfahrzeugen die Menge der Kühlflüssigkeit auf werte kleiner etwa 0,05 Liter, beispielsweise Werte kleiner etwa 0,02 Liter oder sogar kleiner 0,01 Liter begrenzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf einen ersten Wärmetauscher aufweist, der thermisch verbindbar ist mit mindestens einer Komponente der Laserzündkerze, wobei der Kühlkreislauf einen zweiten Wärmetauscher aufweist, der thermisch verbindbar ist mit einer Wärmesenke, und wobei Fördermittel vorgesehen sind, um eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf zu bewirken. Der mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbare Rauminhalt der Fördermittel wird bei der erfindungsgemäßen Bemessung des Maximalvolumens des Kühlmittels vorteilhaft mit einbezogen.
Der erste Wärmetauscher kann beispielsweise vorteilhaft direkt mit einem Gehäuse der zu kühlenden Laserzündkerze oder mit einer Komponente der Laserzündkerze verbunden sein. Besonders vorteilhaft ist eine direkte thermische Anbindung des ersten Wärmetauschers an eine Wärmequelle der Laserzündkerze, beispielsweise an einen Halbleiterlaser oder dergleichen. Der zweite Wärmetauscher ist vorteilhaft entfernt angeordnet von der
Laserzündkerze und mit einer Wärmesenke verbindbar beziehungsweise verbunden. Als Wärmesenke können beispielsweise die folgenden Komponenten dienen:
1 . Metallgehäuse eines Ansaugstutzens der Brennkraftmaschine. Die
Temperatur der Wärmesenke entspricht in diesem Fall der Temperatur der Ansaugluft, welche üblicherweise zwischen etwa 20° C und etwa 35° C beträgt.
2. Ein mehreren Zylindern zugeordnetes Wärmeleitmittel, beispielsweise Metallrohr oder Edelstahlwellschlauch oder dergleichen, welches seinerseits mittels Kühlmitteln gekühlt wird, beispielsweise durchströmt wird von Kühlwasser eines der Brennkraftmaschine zugeordneten Ladeluftkühlers beziehungsweise Gemischkühlers. In diesem Fall ist die maximale Temperatur der Wärmesenke etwa 45° C in typischen
Anwendungsfällen.
3. Auch ein Gehäuse der Brennkraftmaschine selbst kann als Wärmesenke dienen, wobei die Maximaltemperatur etwa der Kühlwassertemperatur der Motorkühlung der Brennkraftmaschine entspricht, also etwa maximal 85° C.
4. Ein luftdurchströmtes Rohr, welches mit Umgebungsluft beaufschlagt wird, so dass sich als Temperatur der Wärmesenke wiederum etwa Umgebungslufttemperatur zwischen 20° C und 35° C ergibt. Optional können oberflächenvergrößernde Maßnahmen bei dem
luftdurchströmten Rohr getroffen werden, beispielsweise die Integration von Kühlrippen in dem luftleitenden Querschnitt des Rohres.
5. Eine weitere Alternative zur Ausbildung einer Wärmesenke für die
Verwendung mit der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung besteht in einem Metallrohr oder einem Edelstahlwellschlauch, wobei diese Elemente von Kühlwasser eines Primärkühlers durchflössen sind, der für die Laserzündeinrichtung an der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Dieser Primärkühler kann beispielsweise ein sogenannter Chiller (mit konstanter Temperaturwahl) oder ein Luft-Wasser-Kühler (Temperatur hängt von Umgebungstemperatur ab) sein. Diese Ausbildung der Wärmesenke ist etwas komplexer und aufwendiger als die vorstehenden vier Varianten. Andere Ausführungen für die Wärmesenke sowie Kombinationen der
vorstehenden Maßnahmen 1 bis 5 sind ebenfalls denkbar.
Um ein verbessertes Temperaturgefälle zwischen dem Kühlkreislauf und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke zu erreichen, kann optional ein oder mehrere Peltierelemente in Serie vorgesehen sein, wobei das beziehungsweise die Peltierelemente entweder in die Laserzündkerze zwischen der Wärmequelle (Halbleiterlaser) und den ersten Wärmetauscher des Kühlkreislaufs oder auch außerhalb der Laserzündkerze angeordnet werden. Beispielsweise kann das beziehungsweise können die Peltierelemente auch zwischen dem zweiten Wärmetauscher und der Wärmesenke oder an anderer Stelle des Kühlkreislaufs angeordnet werden. Peltierelemente können generell durch folgende
Verbindungstechniken mit den Komponenten der erfindungsgemäßen
Laserzündeinrichtung beziehungsweise ihres Kühlkreislaufs verbunden werden: durch Klemmen bei beidseitigem Auftrag von Wärmeleitpaste und/oder
Wärmeleitkleber und/oder Wärmeleitfolie beziehungsweise durch Auflöten bei beidseitig metallisierten Oberflächen des Peltierelements.
Es ist auch möglich eine Oberfläche der Peltierelemente mit Wärmeleitpaste zu beaufschlagen und eine andere Oberfläche der Peltierelemente, welche metallisiert ist, zu verlöten. Kombinationen der vorstehend genannten
Verbindungstechniken sind ebenfalls denkbar.
Um die durch das Peltierelement bereitgestellte Temperaturdifferenz exakt einstellen zu können, ist eine Steuerung beziehungsweise Regelung notwendig. Die Regelung arbeitet beispielsweise mit einem Temperatursensor, der bevorzugt nahe einer kalten Seite des Peltierelements befestigt ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf mindestens eine Fluidleitung zur Führung der Kühlflüssigkeit aufweist, wobei die Fluidleitung vorzugsweise flexibel ausgebildet ist. Die
Vorsehung von einer oder mehreren Fluidleitungen erlaubt vorteilhaft eine räumlich getrennte Anordnung der ersten und zweiten Wärmetauscher derart, dass die Abwärme der zu kühlenden Laserzündkerze an eine entfernt angeordnete Wärmesenke transportiert werden kann. Besonders vorteilhaft weist der Kühlkreislauf eine erste Fluidleitung auf, welche von der Wärmesenke beziehungsweise dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher, also dem„heißen" Ende des Kühlkreislaufs, führt, und eine zweite Fluidleitung, welche das im Bereich des ersten Wärmetauschers erhitzte Kühlfluid wieder zurück zu der Wärmesenke führt. Eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf wird durch Vorsehung von Fördermitteln, insbesondere einer Pumpe, besonders bevorzugt einer miniaturisierten elektromotorisch
angetriebenen Pumpe, realisiert. Bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist diese Pumpe eine maximale elektrische
Leistungsaufnahme von etwa acht Watt auf. Andere Fördermittel
(Membranpumpe usw.) sind ebenfalls denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Fluidleitung einen Innendurchmesser von maximal etwa 4 mm (Millimeter) aufweist, bevorzugt maximal etwa 3 mm, wodurch einerseits eine Maßnahme realisiert ist, welche das Gesamtvolumen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf begrenzt, und wodurch andererseits vorteilhaft eine
Geschwindigkeit begrenzt wird, mit der Kühlflüssigkeit im Fall einer Leckage aus dem Kühlkreislauf ausläuft, beispielsweise in den Zylinderschacht der
Brennkraftmaschine.
Es ist auch denkbar, Fluidleitungen für den erfindungsgemäßen Kühlkreislauf vorzusehen, welche einen maximalen Innendurchmesser von weniger als 3 mm aufweisen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine aggregierte Gesamtlänge aller Fluidleitungen des Kühlkreislaufs maximal etwa 4 m (Meter) beträgt, vorzugsweise etwa 2 m, wodurch die Zirkulation des Kühlfluids beeinträchtigende strömungsdynamische Effekte begrenzt werden. Darüber hinaus wird auch durch die Wahl beziehungsweise Begrenzung der aggregierten Gesamtlänge aller Fluidleitungen des Kühlkreislaufs eine Limitierung des Gesamtvolumens der Kühlflüssigkeit ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf eine Durchflussrate von Kühlflüssigkeit je Zeit von mindestens etwa 2 ml/min (Milliliter pro Minute), vorzugsweise von mindestens etwa 50 ml/min aufweist. Das Fluid zirkuliert dann vorzugsweise einmal pro Minute im
Kühlkreislauf. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Fluidleitung zur Führung der Kühlflüssigkeit und/oder
Fördermittel für die Kühlflüssigkeit zumindest teilweise in einen Kabelbaum der Laserzündkerze integriert sind. Der Kabelbaum enthält üblicherweise für den
Betrieb der Laserzündkerze erforderliche Ansteuerleitungen, welche elektrisch und/oder optisch ausgebildet sein können. Durch die Integration der Fluidleitung beziehungsweise der Fördermittel für die Kühlflüssigkeit in den Kabelbaum ist eine besonders einfache Montage der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung ermöglicht. Gleichzeitig können die Fluidleitungen der erfindungsgemäßen
Laserzündeinrichtung durch dieselben mechanischen Mittel zum Schutz des Kabelbaums geschützt werden, wie sie für die elektrischen beziehungsweise optischen Leitungen der Laserzündkerze ohnehin vorgesehen sind. Außerdem ermöglicht die Kühlflüssigkeit in den Fluidleitungen eine Kühlfunktion des
Kabelbaums.
In einer weiteren Ausgestaltung der Laserzündeinrichtung sind mindestens eine Fluidleitung zur Führung der Kühlflüssigkeit und/oder Fördermittel für die
Kühlflüssigkeit zumindest teilweise thermisch gegenüber einer Umgebung isoliert. Beispielsweise ist auf Oberflächen der Fluidleitungen eine
Wärmeschutzisolierung angeordnet, wodurch einer unerwünschten Erwärmung des Kühlfluids aufgrund von Einstrahlung von durch die Brennkraftmaschine abgestrahlter Wärme vorgebeugt wird. Besonders bevorzugt ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Kühlkreislauf geschlossen ausgebildet. Das bedeutet, dass keine
Fluidverbindungen zwischen den Komponenten des Kühlkreislaufs
(Fluidleitung(en), Fördermittel, Wärmetauscher) vorgesehen sind, die für den Einbeziehungsweise Ausbau der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung zu öffnen beziehungsweise zu schließen sind. Vielmehr kann vorteilhaft der
Zusammenbau der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung in einem
Fertigungsbetrieb erfolgen, so dass eine Öffnung des Fluidkreislaufs der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung vor Ort, das heißt im Bereich der
Brennkraftmaschine, nicht erforderlich ist. Dadurch wird das Leckagerisiko weiter vermindert. Als weitere Lösungen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 1 sowie Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 12 und 13 vorgesehen.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung finden sich ferner in den nachfolgenden Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen
Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung von an einem Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordneten Gehäuseabschnitten und einer Laserzündeinrichtung in einer ersten Ausführungsform; und
Figur 2 eine zu der Figur 1 alternative Anordnung mit einer zweiten
Ausführungsform der Laserzündeinrichtung.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Laserzündeinrichtung 100 für eine Brennkraftmaschine 102 in Einbaulage im
Bereich eines Zylinderkopfes 108 der Brennkraftmaschine 102. Die
Laserzündeinrichtung 100 weist eine Laserzündkerze 1 10 auf, die in an sich bekannter Weise in einem Zylinderschacht 104 der Brennkraftmaschine 102 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Laserzündeinrichtung 100 eine
Kühleinrichtung 120 zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der
Laserzündkerze 1 10. Hierfür weist die Kühleinrichtung 120 einen Kühlkreislauf 122 auf, der eine Kühlflüssigkeit 128 enthält. Der Kühlkreislauf 122 ist thermisch mit wenigstens einer Komponente der Laserzündkerze 1 10 verbindbar bzw. verbunden. Die Laserzündkerze 1 10 umfasst vorliegend u.a. ein Gehäuse 1 12, in welchem ein Halbleiterlaser 1 14 sowie ein erster Wärmetauscher WT1 des Kühlkreislaufs 122 angeordnet sind. Der Wärmetauscher WT1 und der Halbleiterlaser 1 14 sind vorliegend benachbart angeordnet und thermisch gekoppelt. Weiterhin weist der Kühlkreislauf 122 in einem oberen rechten Bereich der Zeichnung einen zweiten Wärmetauscher WT2 auf, welcher mit einer Wärmesenke 126 thermisch gekoppelt ist.
In der Zeichnung unterhalb des Zylinderkopfes 108 ist ein Zylinder 132 angeordnet, welcher einen Brennraum 106 und einen Kolben 134 des Zylinders 132 aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Volumen der in dem Kühlkreislauf 122 enthaltenen Kühlflüssigkeit 128 kleiner oder gleich etwa fünfzig Prozent eines Kompressionsvolumens des Zylinders 132 der Brennkraftmaschine 102 ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa zehn Prozent des Kompressionsvolumens des Zylinders 132 der Brennkraftmaschine 102. Durch diese Maßnahme, das Volumen der in dem Kühlkreislauf 122 enthaltenen Kühlflüssigkeit 128 kleiner oder gleich einem vorgegebenen Anteil des Kompressionsvolumens des
Zylinders 132 zu halten, wird vorteilhaft erreicht, dass kein unzulässig hoher Brennraumdruck in dem Zylinder 132 auftritt, auch dann, wenn versehentlich die Kühlflüssigkeit 128 teilweise oder ganz in den Brennraum 106 eingetreten ist. Auf diese Weise kann selbst im denkbar ungünstigsten Fall, falls nämlich die
Kühlflüssigkeit 128 als Folge einer Undichtheit oder eines Fehlers bei der Wartung der Laserzündeinrichtung 100 vollständig in den Brennraum 106 einströmte, eine Beschädigung der Brennkraftmaschine 102 (z.B. durch
Wasserschlag) im Wesentlichen vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip sieht demnach eine Begrenzung der
Flüssigkeitsmenge der Kühlflüssigkeit 128 vor, die vorteilhaft auf das
Kompressionsvolumen des Zylinders 132 der Brennkraftmaschine 102 bezogen ist, um eine Begrenzung des infolge von Wassereintritts in den Brennraum 106 auftretenden Überdrucks zu erzielen.
In einer alternativen Erfindungsvariante ist ein Volumen der in dem Kühlkreislauf 122 enthaltenen Kühlflüssigkeit 128 auf kleiner oder gleich etwa 0,1 Liter, vorzugsweise auf kleiner oder gleich 0,05 Liter begrenzt. Dadurch können typische Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung 100, nämlich der Einsatz in stationären Großgasmotoren, abgedeckt werden.
Derartige Großgasmotoren haben üblicherweise Zylindervolumina zwischen etwa 2 Liter und etwa 4 Liter. Die Begrenzung des Volumens der Kühlflüssigkeit 128 auf etwa 0,1 Liter oder weniger als etwa 0,05 Liter ist besonders vorteilhaft, da bei einem versehentlichen Austritt der Kühlflüssigkeit 128 aus dem Kühlkreislauf 122 der Laserzündeinrichtung 100 in einen Zylinder 132 des Großgasmotors ein unzulässig hoher Kompressionsdruck in dem oberen Totpunkt des Zylinders 132 kaum zu befürchten ist.
Um eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit 128 in dem Kühlkreislauf 122 und damit einen Wärmetransport von dem ersten Wärmetauscher WT1 zu dem zweiten, vorzugsweise entfernt angeordneten Wärmetauscher WT2, zu bewirken, umfasst der Kühlkreislauf 122 außerdem eine Pumpe P ("Fördermittel"). An einem brennraumabgewandten Endabschnitt der Laserzündkerze 1 10 bzw. an dem Wärmetauscher WT1 ist eine erste und eine zweite Fluidleitung 122a und 122b des Kühlkreislaufs 122 angeschlossen. Die Fluidleitungen 122a und 122b sind bevorzugt flexibel ausgeführt und führen in der Figur 1 nach oben aus dem Zylinderschacht 104 heraus.
Die Wärmesenke 126 ist vorliegend ein Metallgehäuse einer Luftzuführung (Ansaugstutzen) der Brennkraftmaschine 102. Der Ansaugstutzen wird von der zum Betrieb der Brennkraftmaschine 102 benötigten Umgebungsluft durchströmt und weist somit im Allgemeinen eine Temperatur von in etwa +20°C bis +35°C auf.
Bei einer in der Figur 1 nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Laserzündeinrichtung 100 ist die Wärmesenke 126 ein an einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine 102 angeordnetes durchgehendes Metallrohr oder ein Edelstahlwellschlauch. Dieses Element wird von dem Kühlwasser eines
Ladeluftkühlers bzw. Gemischkühlers durchströmt, der im Allgemeinen eine Temperatur unterhalb von +45°C aufweist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Laserzündeinrichtung 100 ist die Wärmesenke 126 ein Gehäuse der Brennkraftmaschine 102, welches als Folge der Motorkühlung eine Temperatur von im Allgemeinen höchstens +85°C aufweist. In einer nochmals weiteren Ausführungsform ist die Wärmesenke 126 ein von der Umgebungsluft (in etwa +20°C bis +35°C) durchstromtes Rohr, wobei das Rohr vorzugsweise integrierte Kühlrippen aufweist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform ist die Wärmesenke 126 ein
Metallrohr oder ein Edelstahlwellschlauch, welches bzw. welcher mit Kühlwasser aus einem Primärkühler durchflössen wird. Dieser Primärkühler ist spezifisch zur Kühlung der Laserzündeinrichtung 100 ausgebildet und ist beispielsweise ein so genannter "Chiller" mit einem konstanten Temperatur-Sollwert. Alternativ kann der Primärkühler auch ein Luft-Wasser-Kühler sein, wobei die Temperatur von der Umgebungstemperatur abhängt. Diese letztgenannte Ausführungsform der Wärmesenke 126 kann vergleichsweise teuer sein und ebenso vergleichsweise hohe Betriebskosten verursachen.
Die Kühleinrichtung 120 bildet zusammen mit den Fluidleitungen 122a und 122b gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen geschlossen Kühlkreislauf 122. Das bedeutet, dass keine Fluidverbindungen zwischen den Komponenten des Kühlkreislaufs 122 (Fluidleitung(en) 122a bzw. 122b, Pumpe P, Wärmetauscher WT1 und WT2) vorgesehen sind, die für den Einbau bzw. den Ausbau der Laserzündeinrichtung 100 zu öffnen bzw. zu schließen sind.
Die Fluidleitungen 122a und 122b sind mit der Kühlflüssigkeit 128 gefüllt und sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zusammen mit der Pumpe P ("Mini- Pumpe") in einem Kabelbaum 130 ("Anschlussstrang" der Laserzündkerze 1 10) integriert. Der Kabelbaum 130 ist in der Zeichnung durch einen gestrichelten Rahmen dargestellt. Die Fluidleitungen 122a und 122b weisen vorliegend einen Innendurchmesser von maximal etwa 4 mm (Millimeter) und eine Gesamtlänge von maximal etwa 2 m (Meter) auf. Dadurch beträgt ein Volumen der
Kühlflüssigkeit 128 in den Fluidleitungen 122a und 122b, in der Pumpe P sowie in den Wärmetauschern WT1 und WT2 vorliegend insgesamt lediglich etwa 0,05 Liter (50 ml, Milliliter). In einer Ausgestaltung der Laserzündeinrichtung 100 ist auf Oberflächen der Fluidleitungen 122a und 122b eine Wärmeschutzisolierung angeordnet, wodurch einer Einstrahlung von durch die Brennkraftmaschine 102 abgestrahlter Wärme vorgebeugt wird. An der Pumpe oder nahe der Pumpe kann ein Ausgleichsbehälter integriert sein, der Druck- und
Volumenschwankungen der Kühlflüssigkeit ausgleicht. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 102 bzw. der Laserzündeinrichtung 100 wird mittels der Laserzündkerze 1 10 periodisch ein Plasma 136 erzeugt, wodurch ein im dem Brennraum 106 vorhandenes und mittels des Kolbens 134 verdichtetes Gas-Luft-Gemisch gezündet wird. Die Pumpe P fördert die Kühlflüssigkeit 128 bevorzugt kontinuierlich mit einer Durchflussrate von vorliegend etwa 5 ml/min (Milliliter pro Minute) durch den Kühlkreislauf 122. Dabei wird die in dem
Halbleiterlaser 1 14 erzeugte und auf den Wärmetauscher WT1 übertragene Wärme mittels der in dem Kühlkreislauf 122 zirkulierenden Kühlflüssigkeit 128 zum Wärmetauscher WT2 gefördert. Der Wärmetauscher WT2 überträgt die
Wärme an die Wärmesenke 126. Auf diese Weise kann eine Betriebstemperatur des Halbleiterlasers 1 14 bzw. der Laserzündkerze 1 10 innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden. Bei Bedarf kann die Durchflussrate in dem
Kühlkreislauf 122 mittels entsprechender Bemessung der Pumpe P auch erhöht und beispielsweise auf 2000 ml/min gesteigert werden.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Laserzündeinrichtung 100. Im Unterschied zu der Figur 1 umfasst die Laserzündeinrichtung 100 der Figur 2 zusätzlich ein Peltierelement 138, welches zwischen dem Halbleiterlaser 1 14 und dem Wärmetauscher WT1 angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann ein
Peltierelement 138' zwischen dem Wärmetauscher WT2 und der Wärmesenke 126 angeordnet sein. Das Peltierelement 138' ist in der Zeichnung gestrichelt gezeichnet. Das Peltierelement 138 bzw. 138' kann in einer ersten Ausgestaltung durch
Klemmen und unter Verwendung von Wärmeleitpaste, Wärmeleitkleber oder Wärmeleitfolie zwischen dem Halbleiterlaser 1 14 und dem Wärmetauscher WT1 bzw. zwischen dem Wärmetauscher WT2 und der Wärmesenke 126 angeordnet sein. In einer zweiten Ausgestaltung kann das Peltierelement 138 bzw. 138' eine beidseitig metallisierte Oberfläche aufweisen und damit zwischen den jeweiligen
Verbindungspartnern mittels Löten angeordnet sein. Im Betrieb wird das
Peltierelement 138 bzw. 138' vorzugsweise geregelt (Peltierregelung). Dazu ist die kalte Seite des Peltierelements 138 bzw. 138' mit einem Temperatursensor thermisch gekoppelt. Durch die Verwendung des Peltierelements 138 bzw. 138' wird der Wärmetransport von der Laserzündkerze 1 10 zur Wärmesenke 126 verbessert und somit die Effizienz der Kühleinrichtung 120 insgesamt erhöht. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kühleinrichtung 120 so ausgelegt, dass eine Durchflussrate von Kühlmittel 128 von kleiner gleich etwa 2000 ml/min, bevorzugt kleiner gleich etwa 50 ml/min, ausreichend ist, um die Laserzündkerze während des Betriebs hinreichend gut zu kühlen.
Neben der Vermeidung eines Wasserschlags durch die besondere Auslegung des erfindungsgemäßen Systems ist die Installation an der Brennkraftmaschine sehr einfach, weil die Komponenten 120, 122a, 122b, P vorteilhaft in den Kabelbaum 130 integrierbar sind. Bevorzugt kann jedem Zylinder der
Brennkraftmaschine 102 eine erfindungsgemäße Laserzündeinrichtung 100 zugeordnet werden. Durch die Vorsehung eines„zylinderindividuellen" Kühlkreislaufs, d.h. jeweils eines Kühlkreislaufs 122 pro Zylinder, mit eigenen Fördermitteln P, ist vorteilhaft sichergestellt, dass auch bei Ausfall des
Kühlkreislaufs 122 bei einem Zylinder die weiteren Zylinder bzw. ihre
Laserzündkerzen betriebsbereit bleiben.

Claims

Ansprüche
1 . Laserzündeinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine (102), wobei die Laserzündeinrichtung (100) mindestens eine Laserzündkerze (1 10) und eine Kühleinrichtung (120) zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der
Laserzündkerze (1 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kühleinrichtung (120) einen eine Kühlflüssigkeit (128) enthaltenden
Kühlkreislauf (122) aufweist, der thermisch mit wenigstens einer
Komponente der Laserzündkerze (1 10) verbindbar ist, wobei ein Volumen der in dem Kühlkreislauf (122) enthaltenen Kühlflüssigkeit (128) kleiner oder gleich etwa fünfzig Prozent eines Kompressionsvolumens eines Zylinders (132) der Brennkraftmaschine (102) ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa zehn Prozent eines Kompressionsvolumens des Zylinders (132) der Brennkraftmaschine (102).
2. Laserzündeinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine (102), wobei die Laserzündeinrichtung (100) mindestens eine Laserzündkerze (1 10) und eine Kühleinrichtung (120) zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der
Laserzündkerze (1 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kühleinrichtung (120) einen eine Kühlflüssigkeit (128) enthaltenden
Kühlkreislauf (122) aufweist, der thermisch mit wenigstens einer
Komponente der Laserzündkerze (1 10) verbindbar ist, wobei ein Volumen der in dem Kühlkreislauf (122) enthaltenen Kühlflüssigkeit (128) kleiner oder gleich etwa 0,1 Liter ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 0,05 Liter.
3. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (122) einen ersten Wärmetauscher (WT1 ) aufweist, der thermisch verbindbar ist mit mindestens einer Komponente der
Laserzündkerze (1 10), wobei der Kühlkreislauf (122) einen zweiten
Wärmetauscher (WT2) aufweist, der thermisch verbindbar ist mit einer Wärmesenke (126), und wobei Fördermittel (P) vorgesehen sind, um eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit (128) in dem Kühlkreislauf (122) zu bewirken.
4. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (122) mindestens eine Fluidleitung (122a, 122b) zur Führung der Kühlflüssigkeit (128) aufweist, wobei die Fluidleitung (122a, 122b) vorzugsweise flexibel ausgebildet ist.
5. Laserzündeinrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei mindestens eine
Fluidleitung (122a, 122b) einen Innendurchmesser von maximal etwa 4 Millimeter aufweist, bevorzugt maximal etwa 3 Millimeter.
6. Laserzündeinrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine aggregierte Gesamtlänge aller Fluidleitungen (122a, 122b) des Kühlkreislaufs (122) maximal etwa 4 Meter beträgt, vorzugsweise maximal etwa 2 Meter.
7. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (122) eine Durchflussrate von Kühlflüssigkeit (128) je Zeit von mindestens etwa 2 Milliliter je Minute, vorzugsweise von mindestens etwa 50 Milliliter je Minute aufweist.
8. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Fluidleitung (122a, 122b) zur Führung der Kühlflüssigkeit (128) und/oder Fördermittel (P) für die Kühlflüssigkeit (128) zumindest teilweise in einen Kabelbaum (130) der Laserzündkerze (1 10) integriert sind.
9. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Fluidleitung (122a, 122b) zur Führung der Kühlflüssigkeit (128) und/oder Fördermittel (P) für die Kühlflüssigkeit (128) zumindest teilweise thermisch gegenüber einer Umgebung isoliert sind.
10. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (122) geschlossen ausgebildet ist.
1 1 . Brennkraftmaschine (102) mit mindestens einer Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
12. Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung (100) für eine
Brennkraftmaschine (102), wobei die Laserzündeinrichtung (100)
mindestens eine Laserzündkerze (1 10) und eine Kühleinrichtung (120) zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der Laserzündkerze (1 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (120) einen eine
Kühlflüssigkeit (128) enthaltenden Kühlkreislauf (122) aufweist, der thermisch mit wenigstens einer Komponente der Laserzündkerze (1 10) verbindbar ist, und dass ein Volumen von in dem Kühlkreislauf (122) enthaltenen Kühlflüssigkeit (128) verwendet wird, das kleiner oder gleich etwa fünfzig Prozent eines Kompressionsvolumens eines Zylinders (132) der Brennkraftmaschine (102) ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa zehn Prozent eines Kompressionsvolumens des Zylinders (132) der
Brennkraftmaschine (102).
13. Verfahren zum Betreiben einer Laserzündeinrichtung (100) für eine
Brennkraftmaschine (102), wobei die Laserzündeinrichtung (100) mindestens eine Laserzündkerze (1 10) und eine Kühleinrichtung (120) zum Temperieren, insbesondere Kühlen, der Laserzündkerze (1 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (120) einen eine
Kühlflüssigkeit (128) enthaltenden Kühlkreislauf (122) aufweist, der thermisch mit wenigstens einer Komponente der Laserzündkerze (1 10) verbindbar ist, und dass ein Volumen von in dem Kühlkreislauf (122) enthaltener Kühlflüssigkeit (128) verwendet wird, das kleiner oder gleich etwa 0,1 Liter ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 0,05 Liter.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT511802B1 (de) * 2012-02-28 2013-03-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Kanalförmige Anschlussvorrichtung für Zündungskomponenten einer Brennkraftmaschine
US9410867B2 (en) * 2014-12-09 2016-08-09 Caterpillar Inc. Laser system for measuring internal cylinder pressure
US9574541B2 (en) * 2015-05-27 2017-02-21 Princeton Optronics Inc. Compact laser ignition device for combustion engine
EP3217490A1 (de) * 2016-03-10 2017-09-13 Ricoh Company, Ltd. Laserstrahlemittierende vorrichtung und motorzündkerzensystem

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1519039A1 (de) * 2003-09-23 2005-03-30 AVL List GmbH Gütegeschaltener, gepumpter Festkörperlaser
AT508801B1 (de) 2009-10-07 2011-09-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg Brennkraftmaschinenzündvorrichtung
DE102010031598A1 (de) 2010-07-21 2012-01-26 Robert Bosch Gmbh Kühlvorrichtung für eine Laserzündkerze
DE102011079507A1 (de) 2011-07-20 2013-01-24 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze und Kühler für eine Laserzündkerze

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013160017A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013160017A2 (de) 2013-10-31
DE102012206643A1 (de) 2013-10-24
US9784173B2 (en) 2017-10-10
WO2013160017A3 (de) 2013-12-19
US20150136049A1 (en) 2015-05-21

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