WO1985003109A1 - Internal combustion engine with ignition by high energy rays which may be introduced into the combustion chamber - Google Patents

Internal combustion engine with ignition by high energy rays which may be introduced into the combustion chamber Download PDF

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WO1985003109A1
WO1985003109A1 PCT/EP1985/000002 EP8500002W WO8503109A1 WO 1985003109 A1 WO1985003109 A1 WO 1985003109A1 EP 8500002 W EP8500002 W EP 8500002W WO 8503109 A1 WO8503109 A1 WO 8503109A1
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light guide
light
internal combustion
ignition
combustion chamber
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PCT/EP1985/000002
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German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Schick
Herbert Kaniut
Original Assignee
Joachim Schick
Herbert Kaniut
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00Other ignition
    • F02P23/04Other physical ignition means, e.g. using laser rays

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine in which an ignitable fuel mixture is compressed in a combustion chamber during compression by means of a reciprocating piston or a rotary piston, with light guides opening into this combustion chamber space and via which high-energy radiation emanating from a light source arrangement can be introduced into the combustion chamber in the form of several unfocused beams, in particular laser beams.
  • the object of the invention is to achieve an internal combustion engine of the general type briefly described at the outset in such a way that, even when lean and very lean ignitable fuel mixtures are used, high efficiency and low pollutant emission by the Exhaust gases and a comparatively simple structure of the internal combustion engine can be achieved.
  • a three-dimensional structure is created which is interspersed with a multitude of high-energy rays in a network-like or lattice-like manner, so that at the time of ignition in this layer an essentially over the entire cylinder - left -
  • Ignition layer extending cross-section or combustion chamber cross-section can be produced, from which flame fronts which correspond essentially to the combustion chamber cross-section on the one hand spread stable flame fronts towards the combustion chamber walls and on the other hand towards the piston end face, before a substantial movement of the piston end face in the expansion phase has taken place.
  • the generation of the ignition layer in the aforementioned sense can be supported by a number of measures.
  • One of these measures provides for a particularly high compression of the ignitable fuel mixture so that the molecular movement within the combustion chamber space containing the compressed ignitable fuel mixture is, with high statistical probability, a sufficiently large number of molecular combinations causing the ignition into the Drives a large number of high-energy rays within the combustion chamber space.
  • a further possibility for supporting the formation of the ignition layer consists in adding radiation absorption means to the ignitable fuel mixture, the corresponding absorption means being specified in detail below.
  • an improvement in the triggering of the ignition processes can be achieved by pulsing the ignition-triggering radiation.
  • pulse frequencies in the range from 500 Hz to 1 MHz can be used.
  • the combustion chamber walls and the piston end face are shaped in such a way that they at least in some areas correspond to those of the The layer penetrated by the rays run parallel at a short distance.
  • the shape of the combustion chamber is therefore preferably selected such that it is optimally adapted to the layer of the combustion chamber space penetrated by rays, so that the walls of the combustion chamber enclose the igniting light rays on a small scale.
  • the arrangement can also be such that the igniting light beams sweep the combustion chamber space to fill the space in the compression phase. In this way, reliable ignition is obtained with lean air-fuel mixtures, e.g. B. up to approximately equal to 1.7 and also in the case of super-lean air-fuel mixtures, eg. B. to / ⁇ over about 2.0.
  • the beams can be introduced into the combustion chamber space in large numbers by means of light guides, the light guides leading away from the common chamber from a common light source, in particular a laser.
  • Special cooling devices expediently protect both the light guide and the light source from the temperature rise due to the heat which is transmitted from the engine block by radiation or heat conduction.
  • the light guides can be guided in fixed or exchangeable light guide housings.
  • a particularly expedient embodiment for reciprocating piston internal combustion engines provides that the individual light guides are guided in a light guide housing in the form of a light guide ring, a common light source being located at a point on the outer circumference of the light guide ring and the light guides starting from the light source and being circumferential finally distribute radially inwards towards the bore of the light guide ring, which corresponds to the cylinder cross-section, in order to finally merge into the bore inner wall of the light guide ring from all sides at a large number of points.
  • Another embodiment which is suitable both for reciprocating piston internal combustion engines and for rotary piston internal combustion engines, contains, as the light guide housing, a rotationally symmetrical body with a beam entry surface and a beam exit surface, of which due to a diverging profile of the individual light guides in a fan of rays emerges into the combustion chamber space in the rotationally symmetrical body.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a reciprocating piston internal combustion engine with an ignition system of the type specified here and in a type without a cylinder head gasket
  • FIG. 2 shows a cross section through the internal combustion engine according to FIG. 1 corresponding to the section line A-A indicated in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a reciprocating piston internal combustion engine in a different embodiment and in a type with a cylinder head gasket
  • FIGS. 1 and 3 show a half of a light guide insert for introducing the igniting light beams into the combustion chamber space of the reciprocating piston internal combustion engines according to FIGS. 1 and 3,
  • FIG. 5 shows an end view of two joined halves of the light guide insert according to FIG. 4, 6 shows a longitudinal section through yet another embodiment of a reciprocating piston internal combustion engine with an optical fiber housing in the form of an optical fiber ring, which is attached to it with the aid of an optical fiber cable
  • FIG. 7 is a partially drawn in section! View of the light guide ring of the internal combustion engine according to FIG. 6 accordingly
  • FIG. 9 shows a sectional view through the internal combustion engine according to FIG. 8 in accordance with the sectional plane D-D indicated in this drawing figure,
  • FIG. 10 shows a partial view of the rotary piston of the internal combustion engine according to FIG. 8 corresponding to the viewing direction indicated by the arrow E in FIG. 8 and
  • Fig. 11 is a double diagram to explain the
  • the internal combustion engine according to FIG. 1 has an engine cylinder 12, the cylinder head of which is connected in one piece to the cylinder block.
  • the reciprocating piston 14, which is connected to the connecting rod 16 in the usual manner, is guided within the cylinder.
  • the Reciprocating piston 14 has a flat end face which faces a corresponding flat combustion chamber wall, the valves located in the cylinder head part 17 opening into these planes, in a radial surface relative to the cylinder axis, which results in a very simple construction.
  • a light guide insert 1 having a frustoconical front end is used as a light guide housing via a conical ring seal 22, for example made of copper , is used.
  • the light guide insert 1 is interposed by a pressure compensation ring 46, the punctiform. Avoids pressure concentrations on the light guide insert 1, by means of a holding flange 20 equipped with support legs 21 in the manner shown in FIG. 1 attached to the cylinder block 12 or the cylinder head 17.
  • multiple light guides 31 run from a beam entry surface 38 of the light guide insert to a convex beam exit surface 36 in the manner shown in FIG. 2 in such a way that the igniting light beams running in the flat disk-shaped combustion chamber space or cylinder space 30 within the space mentioned fulfill a thin layer often penetrated by light rays.
  • the light guide insert 1 can be made of technical ceramic or Invar steel, while the light guide inside can be made of quartz.
  • the light guide insert 1 is preferably made of two halves 33 which have grooves which are incorporated in their mutually facing contact surfaces for receiving the light guides 31.
  • two half-compartments of the light guides are formed, which emerge in two planes one above the other.
  • the jet exit surface 36 has a small diameter in order to absorb little heat to reach. The convex shape serves for easier cleaning.
  • the two halves 33 of the light guide insert 1 are processed, for example by gluing or brazing with silver solder, in particular on the sealing surfaces and the force introduction surfaces.
  • the beam entry area; 38 and the beam exit surface 36 are finely machined.
  • the holding flange 20 is preferably designed as a triangular flange with three holding screws and three support legs 21.
  • a rear cylindrical extension of the light guide insert 1 extends through the central opening of the holding flange and the holding flange exerts a pressure holding force on the planar annular surface J PS light guide insert 1 via the pressure compensation ring 46, which can be made of aluminum or copper.
  • the depth of the tapered base receiving bore for the light guide extension 1 from the support surface of the holding flange 20 is tolerated so that the ring seal 22 seals when the support legs 21 of the holding flange 20 positively sit against the support surface.
  • the holding flange 20 has an outer centering collar 24, on which a centering cap 29 of a housing 25 with a sliding seat fits, the housing 25 enclosing a radiation-generating device 5, in particular a laser.
  • a beam of rays emerges from the radiation-generating device 5 in the middle and is centered on the entry ends of the light guides 31 in the middle of the beam entry surface 38 of the light guide insert 1.
  • the housing 25 for the radiation-generating device 5 has three cooling devices in order to keep the heat of the internal combustion engine away from the radiation-generating device 5 and also to effectively dissipate the heat generated in the radiation-generating device 5 itself.
  • a cooling device forms the arrangement of outer cooling fins that can be seen in FIGS. 1 and 2; ensure that the rear end of the housing to which the radiation-generating device 5 is connected is cooler than the front end of the housing 25 fastened to the internal combustion engine.
  • the second cooling device is of such a design! of the housing 25 created that a cooling air flow through the '. Housing comes about, which at the rear end in the housing; enters at 26 and exits at 28 at the front end of the housing on the internal combustion engine side.
  • a third cooling device takes the form of a radiation protection ring and cooling air guide ring 27 with a polished surface, which keeps the heat radiation of the holding flange 20 away from the radiation-generating device 5 and directs the cooling air towards the end of the device.
  • the ignition system proposed here is applied to a reciprocating piston internal combustion engine which has a cylinder head device, then the light guide insert 1 and the beam-generating device 5 according to FIG. 3 can assume a different position from the vertical position with respect to the cylinder axis and that The system can be connected to the cylinder head 17 in the manner shown in the drawing.
  • the cylinder head gasket is designated 23 in FIG.
  • the same reference numerals are used in FIG. 3 as are entered in FIGS. 1 and 2 for corresponding components. While in the embodiment according to FIGS.
  • the combustion chamber space in the compression phase has the shape of a : flat disk into which the fan of the igniting rays ; from the periphery of the disc radially inwards at half the height of the disc, a corresponding close.
  • 'Enclosure of the fan beam through the combustion chamber walls [and the piston end face in the embodiment of Figure 3; can be achieved in that the piston head a rotational; symmetrical hump 18 receives a spherical crest and! has rounded transitions to the piston crown and its
  • a feed device 7 for controlling the radiation-generating device 5 is controlled via a feed line from the ignition contact on the camshaft.
  • the power supply is designated 10 and the ignition switch on the ignition key is indicated at 11. .
  • FIGS. 6 and 7 show a particularly expedient embodiment of the light guide housing for an internal combustion engine with a cylinder head 17 separated from the cylinder block 12.
  • the light guide housing has the shape of a light guide ring 2 which, as can be seen from FIG. 6, consists of two halves 35 is composed. These halves in turn have grooves on their mutually facing contact surfaces for receiving light guides 32 and the light guides accommodated therein lead from the beam entry surface 39 to the beam exit surface 37 matched to the cylinder inner surface.
  • the embodiment according to FIG 4 with 34 designated grooves have a depth corresponding to the diameter of the light guide, so that one half of the light guide body carries the light guide to form a beam fan, while the other half of the light guide body supports the light guide formation of the second fan of rays.
  • 35 half-grooves can be formed on the mutually facing surfaces of the halves, so that channels for laying out the light guides 32 are formed in a single plane after the light guide ring halves have been assembled.
  • the conductor ring 2 has a low overall height in order to realize a small beam exit area 37 for the purpose of only a low heat absorption.
  • the two light guide ring halves 35 can in turn be made of technical ceramic or Invar steel and glued to one another or soldered with silver solder.
  • the cylinder head seals 23 on both sides of the light guide ring 2 effect appropriate cooling of the ring by appropriate heat dissipation to the cooling water jacket of the internal combustion engine, conditions similar to those described for the light guide insert 1 of the previously described embodiments .
  • a radiation-generating device for example a laser 6, which is acted upon by the feed device 7, is arranged away from the internal combustion engine and with the light guide ring 2 via a light guide cable 3 and a Optical fiber coupling 4 is connected.
  • the light guide insert 1 can also be used for Wankel rotary piston internal combustion engines, but has a greater length than in the case of Reciprocating internal combustion engines because the epitrochoid-shaped housing wall of the motor housing 13, which is provided with inlet and outlet channels, has a flat entry angle for the light; blasting as shown in Figure 8. Therefore it is
  • the centering attachment can also be provided for shorter light guide inserts for reciprocating piston internal combustion engines.
  • the igniting light beams 30 are introduced from the central region of a rectangular side of the combustion chamber at half the height of the combustion chamber.
  • a special feature of the Wankel rotary piston internal combustion engine shown is the additional flame retainer 42 in the form of the additional sealing strip which only seals on the circumference and has a limited stroke in front of the circumferential sealing strips 41, ie. H. , leading the peripheral sealing strips. Due to the stroke limitation, the flame retainers 42 do not touch the entire trochoidally shaped housing wall, but only the flattened parts of the trochoids.
  • FIG. 10 The effect of the flame retardant is illustrated in FIG. 10.
  • the combustion gases 45 flow around the flame retardant strips on both sides, then the narrow gap between the rotary piston and trochoid between the two sealing strips 41 and 42 to the inside and finally reach outside the peripheral sealing strip 41 and along the width of the slot 44 into the fresh gas of the subsequent chamber.
  • the fuel gases are cooled by the cool machine parts and especially by the trochoid wall and the flame is extinguished.
  • the flame retardant strips 42 can be made from coal or from technical ceramics.
  • the relationships of the super-lean combustion concept are shown in FIG. 10 with the aid of known internal combustion engine diagrams and with moderate turbulence in the combustion chamber.
  • the leanness limit for electrical single-point spark ignition is indicated at 64 and the working range for electrical single-point spark ignition at 65.
  • the area 66 is the working area in the case of light beam ignition with the realization of a multiplicity of points with elementary ignition processes.
  • the arrow 67 indicates the shift in the lean limit 64 by the light beam ignition.
  • a design point for a light-beam ignited internal combustion engine is entered, for example.
  • the characteristic curves of the hydrocarbon emission in the case of ignition with one ignition spark or with two ignition sparks or with three ignition sparks or with five ignition sparks are shown in the diagram.
  • FIG. 10 is a double diagram which shows the known relationships between the air-fuel ratio J ⁇ and the compression in the upper part, and that in the lower part Relationship between the air-fuel ratio ⁇ and the exhaust gas emissions CO, O and CH illustrated. Since the air ! Fuel ratio is arranged on the horizontal axes in both sub-diagrams, one can determine its value! the upper part directly into the lower part, and; vice versa. I ⁇
  • the super-lean combustion concept due to the construction specified here is located in the right half of both part diagrams, to the right of the leanness limit 64.
  • the conventional single-point spark! fertilizer can no longer be used advantageously, because in the very: lean air-fuel mixture, the front burns up prematurely, extinguishes, a lot of unburned hydrocarbons remain as residual gases, and the CH emissions increase.
  • An improvement through Combustion throughout the cylinder charge can only- by a multiplicity: be repeatedly achieved ignition and turn on the mixture simultaneously in many points. For this, z. B. ten or more spark plugs useful, but which are not to be accommodated in the cylinder head, and whose power supply would be very expensive and difficult.
  • the light beam ignition is proposed, which is the mechanical engineering basis for the super-lean combustion concept.
  • the light beam ignition is designed from the outset to generate many ignition points that are also spatially distributed in the combustion chamber. Comparable to this is e.g. B. a spatial distribution of the ignition points in spark plugs is not possible.
  • a light beam ignition with a beam fan is suitable for successively striking the small and very small fuel droplets in the combustion chamber which are caused by spatial turbulence in the whirling movements and their individual burn-off or burn-off with several small ones Burning to cause fronts. It is important that the temperature increase required to achieve ignition in the light beams is not great, since the ignition temperature of the air-fuel mixture
  • the light beam ignition also offers the following operational options:
  • the exhaust gas catalytic converter is superfluous and can be omitted, the super-lean combustion ensuring low harmful exhaust gas emissions, which may be even cheaper than when using a catalytic converter. This makes the internal combustion engine cheaper to manufacture and to maintain; b * the motor vehicle can (temporarily) also run on leaded fuels without suffering any damage;
  • the light beam ignited internal combustion engine can, for.
  • Fuel injection can also be operated with diesel oil or with kerosene.
  • dyes can be added to the fuel, which increase the radiation absorption and thereby improve the readiness to ignite and which lighten up when burned in order to open the way to further, still unburned mixture areas for the igniting light beam.
  • dyes are, for example, cryptocamine-methanol solutions in combination with ruby lasers as the radiation source or phthalocyanine nitrobenzene solutions in combination with Nd gas lasers or explosives, such as picric acid for lasers in the yellow spectrum range or for broadband lasers.
  • the ignition processes can be improved by pulsing the laser beams in the frequency range from 500 Hz to 1 MHz.

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Abstract

A substantially instantaneous ignition of an ignitable fuel mixture during the compression phase in the volume of the combustion chamber of an alternating or rotary piston machine may be obtained together with a combination of a lean mixture and a reduction of noxious product emission by introducing high energy rays in the form of a plurality of unfocused laser rays (30) into the combustion chamber so as to generate in the combustion chamber at least at the ignition time a layer traversed by a plurality of those rays (30), the arrangement being such that the wall of the combustion chamber, and during the compression phase, the front surface of the piston facing said walls are close to the layer and that, at the ignition moment, at least in a surface area of the layer, elementary ignition processes are triggered so that the flame fronts providing from the neighbouring elementary ignition processes meet before a displacement of the front surface of the piston during the expansion stroke.

Description

Brennkraftmaschine mit Zündung durch in die Brennkammer ein¬ führbare hochenergetische Strahlen. Internal combustion engine with ignition by high-energy rays that can be introduced into the combustion chamber.
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, bei welcher ein zündbares Brennstoffgemisch während einer Verdichtungs ha¬ se mittels eines Hubkolbens oder- eines Kreiskolbens in einem Brennkammer äum verdichtet wird, mit in diesen Brennkammer¬ raum einmündenden Lichtleitern, über welche von einer Licht¬ quellenanordnung ausgehende hochenergetische Strahlung in Form mehrerer nichtfokussierter Strahlen, insbesondere Laserstrah¬ len in die Brennkammer einführbar ist.The invention relates to an internal combustion engine in which an ignitable fuel mixture is compressed in a combustion chamber during compression by means of a reciprocating piston or a rotary piston, with light guides opening into this combustion chamber space and via which high-energy radiation emanating from a light source arrangement can be introduced into the combustion chamber in the form of several unfocused beams, in particular laser beams.
Es ist bereits bekannt, ein in einem Brennkammerräum einge¬ schlossenes zündbares Brennstoffgemisch zum ZündZeitpunkt mittels Strahlung zu zünden, welche mittels einer geeigneten Optik auf einen Punkt innerhalb des das verdichtete zündbare Brennstoffgemisch enthaltenden Brennkammerraumes fokussiert wird. Dieser Brennpunkt entspricht dem Lichtbogen oder* Zünd¬ funken zwischen den Elektroden der Zündkerze eines herkömm¬ lichen Zündsystems und bildet den Ausgangspunkt von Flammen¬ fronten, die sich durch das zündbare Brennstoffgemisch hin¬ durch zu den Brennkammerwänd n und zur diesen benachbarten Kolbenstirnfläche hin ausbreiten. Es hat sich gezeigt, daß bei Ausbreitung der Flammenfronten von einem Punkte inner- halb des Brennkammerraumes aus vergleichsweise fette zündba¬ re Brennstoffgemische für eine ordnungsgemäße Wirkungsweise Voraussetzung sind, wobei diese fetten Gemische wiederum die Ursache für eine vergleichsweise hohe Schadstoffemission durch- die Abgase der betreffenden Brennkraftmaschine sind.It is already known to ignite an ignitable fuel mixture enclosed in a combustion chamber space at the ignition time by means of radiation, which is focused by means of suitable optics on a point within the combustion chamber space containing the compressed ignitable fuel mixture. This focal point corresponds to the arc or * Zünd¬ sparks between the electrodes of the spark plug of a herkömm¬ union ignition system and forms the starting point of Flammen¬ fronts, the hin¬ through the combustible fuel mixture by the Brennkammerwänd n and propagate towards this adjacent piston end face. It has been shown that when the flame fronts spread from a point within Half of the combustion chamber space made of comparatively rich ignitable fuel mixtures are a prerequisite for proper functioning, these rich mixtures in turn being the cause for a comparatively high pollutant emission by the exhaust gases of the internal combustion engine in question.
Breitet sich aber bei Verwendung magererer zündbarer Brennstoff¬ gemische die Flammenfront langsamer aus oder kommt es bereichs¬ weise zu einem Erlöschen der Flammenfront, so kann ein voll¬ ständiges Durchzünden des verdichteten zündbaren Brennstoffge- misches gestört werden und mitunter läuft der Kolben bei Be¬ ginn des Expansionstaktes der Flammenfront gleichsam davon, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine herabgesetzt wird und sich wiederum die Schadstoffemission erhöht.However, if the flame front spreads more slowly when using leaner ignitable fuel mixtures or if the flame front extinguishes in some areas, complete ignition of the compressed ignitable fuel mixture can be disturbed and sometimes the piston runs at the start of the expansion stroke of the flame front as it were, whereby the performance of the internal combustion engine is reduced and in turn the pollutant emission increases.
Aus der US-Patentschrift 4 314 530 ist eine Brennkraftma¬ schine der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei der über mehrere Lichtleiter von mehreren Lichtquellen aus Laserstrah¬ len in den das verdichtete zündbare Brennstoffgemisch enthal¬ tenden Brennkammerraum mit dem Ziele eingeleitet werden, an mehreren Punkten, die sich längs der Laserstrahlen in ihrem den Brennkammerraum durchsetzenden Abschnitt aneinanderreihen, elementare ZündVorgänge auszulösen, um auf diese Weise eine vollstän igere Verbrennung durch die hochenergetische Strah¬ lung auslösen zu können. Bei diesem bekannten System kann es jedoch vorkommen, daß insbesondere bei der Verwendung magerer zündbarer Brennstoffgemische bevorzugt nur bestimmte Flächen¬ bereiche des Querschnittes des Zylinders mit Punkten belegt werden, in denen elementare Zündvorgänge ausgelöst werden, so daß eine stark unregelmäßige Beanspruchung des Kolbens und der Zylinderwände auftritt und eine angestrebte gleich¬ mäßige Zündung des verdichteten zündbaren Brennstoffgemisches nicht erreicht wird.From US Pat. No. 4,314,530, an internal combustion engine of the type described in the introduction is known, in which multiple light guides are used to introduce laser beams from several light sources into the combustion chamber space containing the compressed ignitable fuel mixture, with the aim of at several points , which line up along the laser beams in their section passing through the combustion chamber space, to trigger elementary ignition processes in order in this way to be able to trigger a more complete combustion by the high-energy radiation. In this known system, however, it can happen that, especially when using lean ignitable fuel mixtures, only certain areas of the cross-section of the cylinder are preferably covered with points in which elementary ignition processes are triggered, so that a highly irregular loading of the piston and the cylinder walls occurs and a desired uniform ignition of the compressed ignitable fuel mixture is not achieved.
Ferner ist es aus der japanischen Patentanmeldung 56-173934 bekannt, in einen ein zündbares Brennstoffgemisch enthalten- den Brennkammerraum Laserstrahlen in solcher Weise einzulei¬ ten und innerhalb des Brennkammerraumes zu führen, daß eine iFokussierung der Laserstrahlen an einer Mehrzahl von Brennpunk- ' ten innerhalb des Brennkammerraumes erfolgt. Auch diese bekann- ι te Art und Weise der StrahlungsZündung ermöglicht nicht ein Jim wesentlichen gleichmäßiges Zünden des verdichteten zündba-Furthermore, it is known from Japanese patent application 56-173934 to contain an ignitable fuel mixture in a to introduce the laser chamber into the combustion chamber space and to guide it within the combustion chamber space such that the laser beams are focused at a plurality of focal points within the combustion chamber space. These too well-known ι te way the radiation ignition does not allow a Jim substantially uniform ignition of the compressed zündba-
! ren Brennstoffgemisches und hat überdies den Nachteil eines i beträchtlichen technischen Aufwandes.! ren fuel mixture and also has the disadvantage of i considerable technical effort.
I II I
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine .Brennkraftmaschine der eingangs kurz beschriebenen allgemei- I nen Art in solcher Weise auszugestalten, daß auch bei Verwen¬ dung magerer und sehr magerer zündbarer Brennstoffgemische gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad, eine geringe Schadstoff¬ emission durch die Abgase und ein vergleichsweise einfacher Aufbau der Brennkraftmaschine erreicht werden.The object of the invention is to achieve an internal combustion engine of the general type briefly described at the outset in such a way that, even when lean and very lean ignitable fuel mixtures are used, high efficiency and low pollutant emission by the Exhaust gases and a comparatively simple structure of the internal combustion engine can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß inde- | stens zum ZündZeitpunkt in der Brennkammer eine von einer | Vielzahl der Strahlen durchsetzte Schicht erzeugbar ist und :die Anordnung so getroffen ist, daß die Brennkammerwände und, ! in der Verdichtungsphase, die diesen gegenüberliegende Kol¬ benstirnfläche nahe dieser Schicht gelegen sind und daß fer¬ ner zum ZündZeitpunkt mindestens in einem wesentlichen Flä¬ chenbereich der Schicht elementare Zündvorgänge solchermaßen auslösbar sind, daß die von benachbarten elementaren Zündvor-This object is achieved in that inde- | At least at the ignition point in the combustion chamber, one of | A large number of layers penetrated by radiation can be generated and: the arrangement is such that the combustion chamber walls and,! in the compression phase, which are located opposite this piston face near this layer and that at the time of ignition at least in a substantial area of the layer elementary ignition processes can be triggered in such a way that those of neighboring elementary ignition processes
II.
1 gangen ausgehenden Flammenfronten sich vor einer wesentlichen Verlagerung der Kolbenstirnfläche im Expansionstakt treffen. 1 outgoing flame fronts meet before a significant displacement of the piston face in the expansion cycle.
Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß in dem das verdichtete r zündbare Brennstoffgemisch enthaltenden BrennkammervolumenThis means that according to the invention in the combustion chamber volume containing the compressed r ignitable fuel mixture
1 in Gestalt eines flachen, beispielsweise scheibenförmigen ι 1 in the form of a flat, for example disk-shaped ι
Raumgebildes eine Schicht geschaffen wird, die netzartig oder gitterartig von einer Vielzahl von hochenergetischen Strahlen durchsetzt ist, so daß im ZündZeitpunkt in dieser Schicht eine sich im wesentlichen über den gesamten Zylinder- - li -A three-dimensional structure is created which is interspersed with a multitude of high-energy rays in a network-like or lattice-like manner, so that at the time of ignition in this layer an essentially over the entire cylinder - left -
Querschnitt oder Brennkammerquerschnitt erstreckende Zünd¬ schicht erzeugt werden kann, von der aus sich dem Brennkam¬ merquerschnitt im wesentlichen entsprechende Flammenfronten zum einen zu den Brennkammerwänden hin und zum anderen zur Kolbenstirnfläche hin stabile Flammenfronten ausbreiten, be¬ vor eine wesentliche Bewegung der Kolbenstirnfläche in der Expansionsphase stattgefunden hat.Ignition layer extending cross-section or combustion chamber cross-section can be produced, from which flame fronts which correspond essentially to the combustion chamber cross-section on the one hand spread stable flame fronts towards the combustion chamber walls and on the other hand towards the piston end face, before a substantial movement of the piston end face in the expansion phase has taken place.
Erfindungsgemäß kann die Erzeugung der ZündSchicht im vorge¬ nannten Sinne durch eine Anzahl von Maßnahmen unterstützt werden.According to the invention, the generation of the ignition layer in the aforementioned sense can be supported by a number of measures.
Eine dieser Maßnahmen sieht vor, daß eine besonders hohe Ver¬ dichtung des zündbaren Brennstoffgemisches stattfindet, so daß die Molekularbewegung innerhalb des das verdichtete zünd¬ bare Brennstoffgemisch enthaltenden Brennkammerraumes mit ho¬ her statistischer Wahrscheinlichkeit eine ausreichend große Anzahl von die Zündung bewirkenden Molekülkom inationen in die Vielzahl hochenergetischer Strahlen innerhalb des Brenn¬ kammerraumes treibt.One of these measures provides for a particularly high compression of the ignitable fuel mixture so that the molecular movement within the combustion chamber space containing the compressed ignitable fuel mixture is, with high statistical probability, a sufficiently large number of molecular combinations causing the ignition into the Drives a large number of high-energy rays within the combustion chamber space.
Eine weitere Möglichkeit zur Unterstützung der Bildung der Zündschicht besteht in der Beigabe von Strahlungsabsorptions- mitteln zum zündbaren Brennstoffgemisch, wobei entsprechende Absorptionsmittels weiter unten im einzelnen angegeben seien.A further possibility for supporting the formation of the ignition layer consists in adding radiation absorption means to the ignitable fuel mixture, the corresponding absorption means being specified in detail below.
Außerdem kann eine Verbesserung der Auslösung der Zündvor¬ gänge durch ein Pulsieren der zündauslösenden Strahlung er¬ reicht werden. Je nach verwendetem Brennstoffgemisch und je nach Drehzahl der Brennkraftmaschine können Pulsfrequenzen im Bereich von 500 Hz bis 1 MHz zur Anwendung kommen.In addition, an improvement in the triggering of the ignition processes can be achieved by pulsing the ignition-triggering radiation. Depending on the fuel mixture used and the speed of the internal combustion engine, pulse frequencies in the range from 500 Hz to 1 MHz can be used.
Weiterhin ist es für eine verbesserte Wirkungsweise der Brennkraftmaschine der hier vorgeschlagenen Art bedeutsam, wenn die Brennkammerwände und die Kolbenstirnfläche so ge¬ formt sind, daß sie mindestens bereichsweise zu der von den Strahlen durchsetzten Schicht in geringem Abstand parallel verlaufen. Die Brennkammerform ist also vorzugsweise so ge¬ wählt, daß sie an die von Strahlen durchsetzte Schicht des Brennkammerraumes optimal angepaßt ist, so daß die Wände der Brennkammer die zündenden Lichtstrahlen kleinräumig umschlies- sen. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß die zün¬ denden Lichtstrahlen den Brennkammerraum in der Verdichtungs- phase raumfüllend bestreichen. Auf diese Weise erhält man eine zuverlässige Zündung bei mageren Luft-Kraftstoff-Gemi¬ schen, z. B. bis etwa gleich 1,7 sowie auch bei superma- geren Luft-Kraftstoff-Gemischen, z. B. bis /\ über etwa 2,0.Furthermore, it is important for an improved mode of operation of the internal combustion engine of the type proposed here if the combustion chamber walls and the piston end face are shaped in such a way that they at least in some areas correspond to those of the The layer penetrated by the rays run parallel at a short distance. The shape of the combustion chamber is therefore preferably selected such that it is optimally adapted to the layer of the combustion chamber space penetrated by rays, so that the walls of the combustion chamber enclose the igniting light rays on a small scale. The arrangement can also be such that the igniting light beams sweep the combustion chamber space to fill the space in the compression phase. In this way, reliable ignition is obtained with lean air-fuel mixtures, e.g. B. up to approximately equal to 1.7 and also in the case of super-lean air-fuel mixtures, eg. B. to / \ over about 2.0.
Wie bereits gesagt, können die Strahlen in großer Anzahl mit¬ tels Lichtleitern in den Brennkammerraum eingeführt werden, wobei die Lichtleiter außerhalb des Brennkammerraumes von einer gemeinsamen Lichtquelle, insbesondere einem Laser, weg¬ führen. Besondere Kühlvorrichtungen schützen zweckmäßig so¬ wohl die Lichtleiter als auch die Lichtquelle vor der Tempe¬ ratureinwi kung aufgrund der Wärme, welche vom Motorblock durch Strahlung oder Wärmeleitung übertragen wird. Dabei kön¬ nen die Lichtleiter in ortsfest oder auswechselbar ausgebil¬ deten Lichtleitergehäusen geführt sein.As already said, the beams can be introduced into the combustion chamber space in large numbers by means of light guides, the light guides leading away from the common chamber from a common light source, in particular a laser. Special cooling devices expediently protect both the light guide and the light source from the temperature rise due to the heat which is transmitted from the engine block by radiation or heat conduction. The light guides can be guided in fixed or exchangeable light guide housings.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform für Hubkolben- Brennkraftmaschinen sieht vor, daß die einzelnen Lichtleiter in einem Lichtleitergehäuse in Gestalt eines Lichtleiterrin¬ ges geführt sind, wobei eine gemeinsame Lichtquelle sich an einem Punkt am Außenumfang des Lichtleiterringes befindet und die Lichtleiter von der Lichtquelle ausgehend und sich umfangsmäßig verteilend schließlich radial nach einwärts in Richtung auf die Bohrung des Lichtleiterringes verlaufen, welche dem Zylinderquerschnitt entspricht, um schließlich in der Bohrungsinnenwand des Lichtleiterringes von allen Seiten her an einer Vielzahl von Punkten einzumünden. Eine andere Ausführungsform, welche sich sowohl für Hubkol- ben-Brennkraftmaschinen als auch für Kreiskolben-Brennkraft¬ maschinen eignet, enthält als Lichtleitergehäuse einen rota¬ tionssymmetrischen Körper mit einer Strahleintrittsfläche und einer Strahlaustrittsfläche, von der aufgrund eines diver¬ gierenden Verlaufes der einzelnen Lichtleiter in den rotations¬ symmetrischen Körper ein Strahlenfächer in den Brennkammerraum hinein austritt.A particularly expedient embodiment for reciprocating piston internal combustion engines provides that the individual light guides are guided in a light guide housing in the form of a light guide ring, a common light source being located at a point on the outer circumference of the light guide ring and the light guides starting from the light source and being circumferential finally distribute radially inwards towards the bore of the light guide ring, which corresponds to the cylinder cross-section, in order to finally merge into the bore inner wall of the light guide ring from all sides at a large number of points. Another embodiment, which is suitable both for reciprocating piston internal combustion engines and for rotary piston internal combustion engines, contains, as the light guide housing, a rotationally symmetrical body with a beam entry surface and a beam exit surface, of which due to a diverging profile of the individual light guides in a fan of rays emerges into the combustion chamber space in the rotationally symmetrical body.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Some exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the attached drawing. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hubkolben- Brennkraftmaschine mit einem ZündSystem der hier angegebenen Art und in einer Bauart ohne Zylinderkopfdichtung,1 shows a longitudinal section through a reciprocating piston internal combustion engine with an ignition system of the type specified here and in a type without a cylinder head gasket,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Brennkraft¬ maschine nach Figur 1 entsprechend der in Figur* 1 angedeuteten Schnittlinie A-A,2 shows a cross section through the internal combustion engine according to FIG. 1 corresponding to the section line A-A indicated in FIG. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Hubkolben- Brennkraftmaschine in einer anderen Aus¬ führungsform sowie in einer Bauart mit Zylinderkopfdichtung,3 shows a longitudinal section through a reciprocating piston internal combustion engine in a different embodiment and in a type with a cylinder head gasket,
Fig. 4 eine Hälfte eines Lichtleitereinsatzes zur Einleitung der zündenden Lichtstrah¬ len in den Brennkammerraum der Hubkolben- Brennkraftmaschinen nach den Figuren 1 und 3,4 shows a half of a light guide insert for introducing the igniting light beams into the combustion chamber space of the reciprocating piston internal combustion engines according to FIGS. 1 and 3,
Fig. 5 eine Stirnansicht zweier zusammengefügter Hälften des Lichtleiter-Einsatzes gemäß Figur 4, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine wiederum andere Ausführungsform einer Hubkolben- Brennkraftmaschine mit einem Lichtleiter¬ gehäuse in Gestalt eines Lichtleiterringes, , der mit Hilfe eines Lichtleiterkabels an5 shows an end view of two joined halves of the light guide insert according to FIG. 4, 6 shows a longitudinal section through yet another embodiment of a reciprocating piston internal combustion engine with an optical fiber housing in the form of an optical fiber ring, which is attached to it with the aid of an optical fiber cable
I i ein entfernt angeordnetes strahlenerzeu-I i a remote radiation generator
■ gendes Gerät angeschlossen ist,■ the device is connected,
! Fig. 7 eine teilweise im Schnitt gezeichnete ! Ansicht des Lichtleiterringes der Brenn- i kraftmaschine gemäß Figur 6 entsprechend! Fig. 7 is a partially drawn in section! View of the light guide ring of the internal combustion engine according to FIG. 6 accordingly
| der in dieser Zeichnungsfigur angedeuteten| of those indicated in this figure
' Schnittebene C-C,'' Cutting plane C-C,
Fig. 8 einen Schnitt durch eine Kreiskolben- Brennkraftmaschine mit einem ZündSystem i der hier angegebenen Art,8 shows a section through a rotary piston internal combustion engine with an ignition system i of the type specified here,
Fig. 9 eine Schnittdarstellung durch die Brenn¬ kraftmaschine gemäß Figur 8 entsprechend der in dieser Zeichnungsfigur angedeuteten Schnittebene D-D,9 shows a sectional view through the internal combustion engine according to FIG. 8 in accordance with the sectional plane D-D indicated in this drawing figure,
Fig. 10 eine Teilansicht des Kreiskolbens der Brennkraftmaschine gemäß Figur 8 ent¬ sprechend der in Figur 8 durch den Pfeil E angedeuteten Blickrichtung und10 shows a partial view of the rotary piston of the internal combustion engine according to FIG. 8 corresponding to the viewing direction indicated by the arrow E in FIG. 8 and
Fig. 11 ein Doppeldiagramm zur Erläuterung derFig. 11 is a double diagram to explain the
Zusammenhänge bei der Verbrennung super¬ magerer zündbarer Gemische.Relationships in the combustion of super lean ignitable mixtures.
Die Brennkraftmaschine nach Figur 1 weist einen Motorzylinder 12 auf, dessen Zylinderkopf einstückig mit dem Zylinderblock verbunden ist. Innerhalb des Zylinders ist der in üblicher Weise mit der Pleuelstange 16 verbundene Hubkolben 14 geführt. Der Hubkolben 14 besitzt eine ebene Stirnfläche, welche einer ent¬ sprechenden ebenen Brennkammerwand gegenübersteht, wobei die im Zylinderkopfteil 17 befindlichen Ventile in diese Ebenen, in einer Radialfläche relativ zur Zylinderachse gelegenen Brenn¬ kammerwand ausmünden, wodurch sich eine sehr einfache Bauweise ergibt. Zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf 17 befindet sich eine in den oberen Bereich des Zylinderraumes einmündende, etwa radial zur Zylinderachse orientierte Bohrung mit kegeligem Grund, in die ein ein kegelstumpfförmiges Vorder¬ ende aufweisender Lichtleitereinsatz 1 als Lichtleitergehäuse über eine kegelförmige Ringdichtung 22, beispielsweise aus Kupfer, eingesetzt ist. Der Lichtleitereinsatz 1 ist unter Zwischenlage eines Druck-Ausgleichsringes 46, der punktförmige . Druckkonzentrationen am Lichtleitereinsatz 1 vermeidet, ver¬ mittels eines mit Stützbeinen 21 ausgerüsteten Halteflansches 20 in der aus Figur 1 ersichtlichen Weise an dem Zylinder¬ block 12 bzw. dem Zylinderkopf 17 befestigt. In dem Lichtlei¬ tereinsatz 1 verlaufen Vielfachlichtleiter 31 von einer Strahl¬ eintrittsfläche 38 des Lichtleitereinsatzes zu einer konvex gekrümmten Strahlaustrittsfläche 36 in der aus Figur 2 er¬ sichtlichen Weise solchermaßen, daß die in dem flachscheiben¬ förmigen Brennkammerräum bzw. Zylinderraum verlaufenden zün¬ denden Lichtstrahlen 30 innerhalb des genannten Raumes eine von Lichtstrahlen vielfach durchsetzte dünne Schicht erfüllen.The internal combustion engine according to FIG. 1 has an engine cylinder 12, the cylinder head of which is connected in one piece to the cylinder block. The reciprocating piston 14, which is connected to the connecting rod 16 in the usual manner, is guided within the cylinder. The Reciprocating piston 14 has a flat end face which faces a corresponding flat combustion chamber wall, the valves located in the cylinder head part 17 opening into these planes, in a radial surface relative to the cylinder axis, which results in a very simple construction. Between the cylinder block and the cylinder head 17 there is a bore with a conical base that opens into the upper region of the cylinder chamber and is approximately radial to the cylinder axis, into which a light guide insert 1 having a frustoconical front end is used as a light guide housing via a conical ring seal 22, for example made of copper , is used. The light guide insert 1 is interposed by a pressure compensation ring 46, the punctiform. Avoids pressure concentrations on the light guide insert 1, by means of a holding flange 20 equipped with support legs 21 in the manner shown in FIG. 1 attached to the cylinder block 12 or the cylinder head 17. In the light guide insert 1, multiple light guides 31 run from a beam entry surface 38 of the light guide insert to a convex beam exit surface 36 in the manner shown in FIG. 2 in such a way that the igniting light beams running in the flat disk-shaped combustion chamber space or cylinder space 30 within the space mentioned fulfill a thin layer often penetrated by light rays.
Im einzelnen ist zu dem Lichtleitereinsatz 1 festzustellen, daß dieser aus technischer Keramik oder aus Invar-Stahl gefer¬ tigt sein kann, während die Lichtleiter im Inneren aus Quarz gefertigt sein können. Wie weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 ausgeführt wird, ist der Lichtleiterein¬ satz 1 vorzugsweise aus zwei Hälften 33 gefertigt, die an ihren zueinander gekehrten Berührungsflächen eingearbeitete Rillen für die Aufnahme der Lichtleiter 31 haben. Vorzugsweise werden zwei Halbfächer der Lichtleiter gebildet, die in zwei Ebenen dicht übereinander austreten. Die Strahlaustrittsfläche 36 hat kleinen Durchmesser, um eine geringe Wärmeaufnahme zu erreichen. Die konvexe Form dient der leichteren Säuberung.In particular, it should be noted with regard to the light guide insert 1 that it can be made of technical ceramic or Invar steel, while the light guide inside can be made of quartz. As will be explained further below in connection with FIGS. 4 and 5, the light guide insert 1 is preferably made of two halves 33 which have grooves which are incorporated in their mutually facing contact surfaces for receiving the light guides 31. Preferably, two half-compartments of the light guides are formed, which emerge in two planes one above the other. The jet exit surface 36 has a small diameter in order to absorb little heat to reach. The convex shape serves for easier cleaning.
Die beiden Hälften 33 des Lichtleitereinsatzes 1 werden nach dem Zusammenfügen beispielsweise durch Verkleben oder Ver¬ böten mit Silberlot insbesondere an den Dichtflächen und den j Krafteinleitungsflächen bearbeitet. Die Strahleintrittsfläche ; 38 und die Strahlaustrittsfläche 36 werden feinst bearbeitet. : Die erwähnte, beispielsweise aus Kupfer bestehende Ringdich¬ tung 22 bewirkt eine gute Wärmeableitung von dem Lichtleiter- . einsatz zum Kühlwassermantel der Brennkraftmaschine hin. Die ; Kühlung ist so eingestellt, daß einerseits die Strahlaus- ! trittsflache 36 von Kraftstofftröpfchen freigehalten wird, andererseits aber ein Glühen der Strahlaustrittsfläche 36 • verhindert wird.After joining, the two halves 33 of the light guide insert 1 are processed, for example by gluing or brazing with silver solder, in particular on the sealing surfaces and the force introduction surfaces. The beam entry area; 38 and the beam exit surface 36 are finely machined. : The aforementioned ring seal 22, which is made, for example, of copper, brings about good heat dissipation from the light guide. Use to the cooling water jacket of the internal combustion engine. The ; Cooling is set so that on the one hand the jet! tread surface 36 is kept free of fuel droplets, but on the other hand a glow of the jet exit surface 36 is prevented.
Der Halteflansch 20 ist vorzugsweise als Dreiecksflansch mit drei Halteschrauben und drei Stützbeinen 21 ausgebildet. Durch die mittlere Öffnung des Halteflansches reicht ein hinterer zylindrischer Ansatz des Lichtleitereinsatzes 1 hindurch und der Halteflansch übt eine Druck-Haltekraft auf die planare Ringfläche JPS Lichtleitereinsatzes 1 über den Druckausgleichs¬ ring 46 aus, der aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sein kann. Das Tiefenmaß der mit kegeligem Grund ausgebildeten Aufnahme- bohrung für den Lichtleiteransatz 1 von der Abstützfläche des Halteflansches 20 aus ist so toleriert, daß die Ringdichtung 22 dann abdichtet, wenn die Stützbeine 21 des Halteflansches 20 sich gegen die Abstützfläche kraftschlüssig aufsetzen. Außer¬ dem hat der Halteflansch 20 einen äußeren Zentrierbund 24, auf den eine Zentrierkappe 29 eines Gehäuses 25 mit Schiebe¬ sitz paßt, wobei das Gehäuse 25 ein strahlenerzeugendes Gerät 5, insbesondere einen Laser umschließt. Aus dem strahlener¬ zeugenden Gerät 5 tritt ein Strahlenbündel mittig aus und wird auf die Eintrittsenden der Lichtleiter 31 in der Mitte der Strahleneintrittsfläche 38 des Lichtleitereinsatzes 1 zentriert. Das Gehäuse 25 für das strahlenerzeugende Gerät 5 hat drei Kühleinrichtungen, um die Wärme der Brennkraftmaschine vom strahlenerzeugenden Gerät 5 abzuhalten und auch die im strahlenerzeugenden Gerät 5 selbst erzeugte Wärme wirksam abzuleiten. Eine Kühleinrichtung bildet die aus den Figuren 1 und 2 ersichtliche Anordnung äußerer Kühlrippen, die dafür ; sorgen, daß das hintere Ende des Gehäuses, an das das strah¬ lenerzeugende Gerät 5 angeschlossen ist, kühler ist, als das an der Brennkraftmaschine befestigte vordere Ende des Ge¬ häuses 25.The holding flange 20 is preferably designed as a triangular flange with three holding screws and three support legs 21. A rear cylindrical extension of the light guide insert 1 extends through the central opening of the holding flange and the holding flange exerts a pressure holding force on the planar annular surface J PS light guide insert 1 via the pressure compensation ring 46, which can be made of aluminum or copper. The depth of the tapered base receiving bore for the light guide extension 1 from the support surface of the holding flange 20 is tolerated so that the ring seal 22 seals when the support legs 21 of the holding flange 20 positively sit against the support surface. In addition, the holding flange 20 has an outer centering collar 24, on which a centering cap 29 of a housing 25 with a sliding seat fits, the housing 25 enclosing a radiation-generating device 5, in particular a laser. A beam of rays emerges from the radiation-generating device 5 in the middle and is centered on the entry ends of the light guides 31 in the middle of the beam entry surface 38 of the light guide insert 1. The housing 25 for the radiation-generating device 5 has three cooling devices in order to keep the heat of the internal combustion engine away from the radiation-generating device 5 and also to effectively dissipate the heat generated in the radiation-generating device 5 itself. A cooling device forms the arrangement of outer cooling fins that can be seen in FIGS. 1 and 2; ensure that the rear end of the housing to which the radiation-generating device 5 is connected is cooler than the front end of the housing 25 fastened to the internal combustion engine.
1 Die zweite Kühleinrichtung ist durch eine solche Gestaltung ! des Gehäuses 25 geschaffen, daß ein Kühlluftstrom durch das '. Gehäuse zustande kommt, der am hinteren Ende in das Gehäuse ; bei 26 eintritt und am vorderen, am brennkraftmaschinensei- ■ tigen Ende des Gehäuses bei 28 austritt. 1 The second cooling device is of such a design! of the housing 25 created that a cooling air flow through the '. Housing comes about, which at the rear end in the housing; enters at 26 and exits at 28 at the front end of the housing on the internal combustion engine side.
Schließlich hat eine dritte Kühleinrichtung die Gestalt eines Strahlungs-Schutzringes und Kühlluft-Leitringes 27 mit polierter Oberfläche, der die Wärmestrahlung des Halteflan¬ sches 20 vom strahlenerzeugenden Gerät 5 abhält und die Kühl¬ luft auf das Geräteende richtet.Finally, a third cooling device takes the form of a radiation protection ring and cooling air guide ring 27 with a polished surface, which keeps the heat radiation of the holding flange 20 away from the radiation-generating device 5 and directs the cooling air towards the end of the device.
Wird das hier vorgeschlagene ZündSystem auf eine Hubkolben- Brennkraftmaschine angewendet, welche eine Zylinderkopf ich- tung aufweist, so kann der Lichtleitereinsatz 1 und das strah¬ lenerzeugende Gerät 5 gemäß Figur 3 eine von der lotrechten Stellung mit Bezug auf die Zylinderachse verschiedene Stellung einnehmen und das System kann in der aus der Zeichnung er¬ sichtlichen Weise an den Zylinderkopf 17 angeschlossen sein. . Die Zylinderkopfdichtung ist in Figur 3 mit 23 bezeichnet. Im übrigen sind in Figur 3 dieselben Bezugszeichen verwendet, wie sie in den Figuren 1 und 2 für entsprechende Bauteile einge¬ tragen sind. Während bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 der Brennkammerräum in der Verdichtungsphase die Gestalt einer : flachen Scheibe hat, in die der Fächer der zündenden Strahlen ; von der Scheibenperipherie radial nach innen auf der halben ' Scheibenhöhe eingeleitet wird, kann eine entsprechende enge . ' Umschließung des Strahlenfächers durch die Brennkammerwände [ und die Kolbenstirnfläche bei der Ausführungsform nach Figur 3 ; dadurch erreicht werden, daß der Kolbenboden einen rotations- ; symmetrischen Höcker 18 erhält, der eine sphärische Kuppe und ! ausgerundete Übergänge zum Kolbenboden aufweist und dessenIf the ignition system proposed here is applied to a reciprocating piston internal combustion engine which has a cylinder head device, then the light guide insert 1 and the beam-generating device 5 according to FIG. 3 can assume a different position from the vertical position with respect to the cylinder axis and that The system can be connected to the cylinder head 17 in the manner shown in the drawing. , The cylinder head gasket is designated 23 in FIG. For the rest, the same reference numerals are used in FIG. 3 as are entered in FIGS. 1 and 2 for corresponding components. While in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the combustion chamber space in the compression phase has the shape of a : flat disk into which the fan of the igniting rays ; from the periphery of the disc radially inwards at half the height of the disc, a corresponding close. 'Enclosure of the fan beam through the combustion chamber walls [and the piston end face in the embodiment of Figure 3; can be achieved in that the piston head a rotational; symmetrical hump 18 receives a spherical crest and! has rounded transitions to the piston crown and its
Achse zur Kolbenachse einen bei 19 angedeuteten e zentrischen ! Abstand besitzt.Axis to the piston axis an e centric indicated at 19! Has distance.
Im übrigen ist zu den Ausführungsformen nach den Figuren 1 ; und 2 sowie nach Figur 3 zu bemerken, daß ein Speisegerät 7 ■ zur Beaufschlagung des strahlenerzeugenden Gerätes 5 über eine Zuleitung vom Zündkontakt an der Nockenwelle her gesteuert wird. Die Stromversorgung ist mit 10 bezeichnet und bei 11 ist der Zündschalter am Zündschlüssel angedeutet. ,Otherwise, the embodiments according to FIGS. 1; and 2 as well as according to FIG. 3 that a feed device 7 for controlling the radiation-generating device 5 is controlled via a feed line from the ignition contact on the camshaft. The power supply is designated 10 and the ignition switch on the ignition key is indicated at 11. .
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine besonders zweckmäßige Ausfüh¬ rungsform des Lichtleitergehäuses für eine Brennkraftmaschine mit einem vom Zylinderblock 12 getrennten Zylinderkopf 17. Das Lichtleitergehäuse hat bei dieser Ausführungsform die Gestalt eines Lichtleiterringes 2, welcher, wie aus Figur 6 ersichtlich,, aus zwei Hälften 35 zusammengesetzt ist. Diese Hälften weisen wiederum an ihren einander zugekehrten Berühungsflachen einge¬ arbeitete Rillen für die Aufnahme von Lichtleitern 32 auf und die darin untergebrachten Lichtleiter führen von der Strahlein¬ trittsfläche 39 zu der der Zylinderinnenfläche angepaßten Strahlaustrittsfläche 37. Die bei der zuvor beschriebenen Aus¬ führungsform gemäß Figur 4 mit 34 bezeichneten Rillen haben eine Tiefe entsprechend dem Durchmesser der Lichtleiter, so daß die eine Hälfte des Lichtleiterkörpers die Lichtleiter zur Ausbildung eines Strahlenfächers trägt, während die jeweils andere Hälfte des Lichtleiterkörpers die Lichtleiter zur Aus- bildung des zweiten Strahlenfächers beherbergt. In dem Licht¬ leiterring 2 können an den einander zugekehrten Flächen der Hälften 35 Halbrillen ausgebildet sein, so daß Kanäle zum Aus¬ legen der Lichtleiter 32 in einer einzigen Ebene nach dem Zu- sammensetzen der Lichtleiterringhälften entstehen. Der Licht- ! leiterring 2 hat eine geringe Gesamthöhe, um eine kleine Strahl¬ austrittsfläche 37 zum Zwecke einer nur geringen Wärmeaufnahme zu verwirklichen.FIGS. 6 and 7 show a particularly expedient embodiment of the light guide housing for an internal combustion engine with a cylinder head 17 separated from the cylinder block 12. In this embodiment, the light guide housing has the shape of a light guide ring 2 which, as can be seen from FIG. 6, consists of two halves 35 is composed. These halves in turn have grooves on their mutually facing contact surfaces for receiving light guides 32 and the light guides accommodated therein lead from the beam entry surface 39 to the beam exit surface 37 matched to the cylinder inner surface. The embodiment according to FIG 4 with 34 designated grooves have a depth corresponding to the diameter of the light guide, so that one half of the light guide body carries the light guide to form a beam fan, while the other half of the light guide body supports the light guide formation of the second fan of rays. In the light guide ring 2 35 half-grooves can be formed on the mutually facing surfaces of the halves, so that channels for laying out the light guides 32 are formed in a single plane after the light guide ring halves have been assembled. The light ! The conductor ring 2 has a low overall height in order to realize a small beam exit area 37 for the purpose of only a low heat absorption.
Die beiden Lichtleiterringhälften 35 können wiederum aus tech¬ nischer Keramik oder aus Invar-Stahl gefertigt sein und mitein¬ ander verklebt oder mit Silberlot verlötet werden. Die Zylinder¬ kopf ichtungen 23 zu beiden Seiten des Lichtleiterringes 2 be¬ wirken eine angemessene Kühlung des Ringes durch entsprechende Wärmeabfuhr zum Kühlwassermantel der Brennkraftmaschine hin, wobei- ähnliche Verhältnisse herrschen wie dies für den Licht¬ leitereinsatz 1 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen dar¬ gelegt wurde.The two light guide ring halves 35 can in turn be made of technical ceramic or Invar steel and glued to one another or soldered with silver solder. The cylinder head seals 23 on both sides of the light guide ring 2 effect appropriate cooling of the ring by appropriate heat dissipation to the cooling water jacket of the internal combustion engine, conditions similar to those described for the light guide insert 1 of the previously described embodiments .
Fernerhin ist bemerkenswert, daß bei der Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 ein strahlenerzeugendes Gerät, beispiels¬ weise ein Laser 6, welcher von dem Speisegerät 7 beaufschlagt, wird, von der Brennkraftmaschine entfernt angeordnet und mit dem Lichtleiterring 2 über ein Lichtleiterkabel 3 sowie eine Lichtleiterkupplung 4 verbunden ist.It is also noteworthy that in the embodiment according to FIGS. 6 and 7, a radiation-generating device, for example a laser 6, which is acted upon by the feed device 7, is arranged away from the internal combustion engine and with the light guide ring 2 via a light guide cable 3 and a Optical fiber coupling 4 is connected.
Es sei aber darauf hingewiesen, daß diese Ausbildung auch bei Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 oder nach Figur 3 angewendet werden kann, während umgekehrt die Verbindung des Lichtleitereinsatzes 1 der zuvor beschriebenen Ausführungs¬ formen mit dem strahlenerzeugenden Gerät auch über Lichtlei¬ terkabel und Lichtleiterkupplung, wie in Figur 6 und Figur 7 gezeigt, vorgenommen werden kann.However, it should be pointed out that this design can also be used in the embodiments according to FIGS. 1 and 2 or according to FIG. 3, while conversely the connection of the light guide insert 1 of the previously described embodiments with the radiation-generating device can also be carried out via optical fiber cables and optical fiber coupling , as shown in Figure 6 and Figure 7 can be made.
Wie in den Figuren 8 bis 10 gezeigt, kann der Lichtleiter¬ einsatz 1 auch für Wankel-Kreiskolben-Brennkraft aschinen verwendet werden, hat jedoch eine größere Länge als bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen, weil die nach der Epitrochoide ' geformte Gehäusewand des mit Zu- und Abstromkanälen versehenen j Motorgehäuses 13 einen flachen Eintrittswinkel für die Licht- ; strahlen fordert, wie in Figur 8 gezeigt. Deshalb ist es zweck- | mäßig, am Halteflansch 20 einen zusätzlichen Zentrieranatz 47 : vorzusehen, der in eine entsprechende Ausdrehung im Gehäuse i der Brennkraftmaschine mit engem Schiebesitz Aufnahme findet. Der Zentrieransatz kann aber auch bei kürzeren Lichtleiterein- j sätzen für Hubkolben-Brennkraftmaschinen vorgesehen werden.As shown in FIGS. 8 to 10, the light guide insert 1 can also be used for Wankel rotary piston internal combustion engines, but has a greater length than in the case of Reciprocating internal combustion engines because the epitrochoid-shaped housing wall of the motor housing 13, which is provided with inlet and outlet channels, has a flat entry angle for the light; blasting as shown in Figure 8. Therefore it is | moderate, on the holding flange 20, an additional centering shoulder 47: to be provided, which is accommodated in a corresponding recess in the housing i of the internal combustion engine with a narrow sliding seat. The centering attachment can also be provided for shorter light guide inserts for reciprocating piston internal combustion engines.
I II I
: Der Kreiskolben 15, welcher mit Umfangs-Dichtleisten 41 und ! einem Flammenrückhalter 42 in Form zusätzlicher Dichtleisten ! mit begrenztem Hub versehen ist, wobei Haltestücke 43 die Hub- ' begrenzung der Elammenrückhalter 42 vornehmen, ist am Kreis- : kolbenboden mit Brennraum-Längsrillen 40 ausgestattet, die ; I auf jeder Seite des dreieckigen Kolbens von annähernd einer: The rotary piston 15, which with circumferential sealing strips 41 and! a flame retainer 42 in the form of additional sealing strips! is provided with a limited stroke, with holding pieces 43 limiting the stroke of the elam retainers 42, is provided on the circular: piston bottom with combustion chamber longitudinal grooves 40 which ; I of approximately one on each side of the triangular piston
| Umfangsdichtleiste bis zur anderen Umfangsdichtleiste reichen. In diese Längsrillen 40, die mit der trochoiden Wand eine| Extend circumferential sealing strip to the other circumferential sealing strip. In these longitudinal grooves 40, the one with the trochoid wall
; flache rechteckige Brennkammer bilden, werden vom Mittelbe¬ reich einer Rechtecksseite der Brennkammer in halber Brenn¬ kammerhöhe die zündenden Lichtstrahlen 30 eingeleitet. ; form flat rectangular combustion chamber, the igniting light beams 30 are introduced from the central region of a rectangular side of the combustion chamber at half the height of the combustion chamber.
Eine Besondeχ-heit des gezeigten Wankel-Kreiskolben-Brennkraft- motors ist der zusätzliche Flammen-Rückhalter 42 in Form der nur am Umfang abdichtenden zusätzlichen Dichtleiste mit be¬ grenztem Hub jeweils vor den Ümfangsdichtleisten 41, d. h. , den Ümfangsdichtleisten voreilend. Durch die Hubbegrenzung berühren die Flammen-Rückhalter 42 nicht die ganze trochoidal geformte Gehäusewand, sondern nur die abgeflachten Teile der Trochoide.A special feature of the Wankel rotary piston internal combustion engine shown is the additional flame retainer 42 in the form of the additional sealing strip which only seals on the circumference and has a limited stroke in front of the circumferential sealing strips 41, ie. H. , leading the peripheral sealing strips. Due to the stroke limitation, the flame retainers 42 do not touch the entire trochoidally shaped housing wall, but only the flattened parts of the trochoids.
Die Wirkung der Flammen-Rückhalter veranschaulicht Figur 10. Wenn die Ümfangs ichtleisten 41 den Brennkammerschlitz 44 zur Einleitung der zündenden Lichtstrahlen passieren, wobei der Schlitz breiter ist als die sogenannte Schußöffnung bei fun- kenelektrischex" Zündung, umströmen die Verbrennungsgase 45 die Flammenrückhalterleisten an beiden Seiten, sodann den schmalen Spalt zwischen Kreiskolben und Trochoide zwischen den beiden Dichtleisten 41 und 42 nach innen und gelangen schlie߬ lich außerhalb der Umfangsdichtleiste 41 und auf der Breite des Schlitzes 44 in das Frischgas der nachfolgenden Kammer. Dabei werden die Brenngase durch die kühlen Maschinenteile und insbesondere durch die Trochoidenwand abgekühlt und die Flamme verlöscht. Gleichzeitig wird aus dem Raum zwischen den beiden Dichtleisten das Frischgas in die nachfolgende Kammer zurück¬ geblasen und kann im weiteren Verlauf des Kreiskolbenprozesses nicht mehr als unverbrannter Kohlenwasserstoffanteil in die Auspuffgase gelangen, wodurch die Kohlenwasserstoffemission in den Auspuffgasen herabgesetzt wird. Die Flammenrückhalter¬ leisten 42 können aus Kohle oder aus technischer Keramik ge¬ fertigt sein.The effect of the flame retardant is illustrated in FIG. 10. When the circumferential strips 41 pass through the combustion chamber slot 44 to introduce the igniting light beams, the slot being wider than the so-called firing opening in the case of spark-electric ignition, the combustion gases 45 flow around the flame retardant strips on both sides, then the narrow gap between the rotary piston and trochoid between the two sealing strips 41 and 42 to the inside and finally reach outside the peripheral sealing strip 41 and along the width of the slot 44 into the fresh gas of the subsequent chamber. The fuel gases are cooled by the cool machine parts and especially by the trochoid wall and the flame is extinguished. At the same time, the fresh gas is blown back into the subsequent chamber from the space between the two sealing strips and, in the further course of the rotary piston process, can no longer get into the exhaust gases as an unburned hydrocarbon fraction, as a result of which the hydrocarbon emission in the exhaust gases is reduced. The flame retardant strips 42 can be made from coal or from technical ceramics.
• In Figur 10 sind die Zusammenhänge des super-mageren Ver¬ brennungs-Konzeptes mit Hilfe bekannter Brennkraftmaschinen- Diagramme und bei einer mittleren Turbulenz in der Brennkammer dargesteilt. Die Entflammungsgrenze ist mit 62, die Klopf¬ grenze bei z. B. ROZ = 92 mit 63 bezeichnet. Ferner sind bei 64 die Abmagerungsgrenze bei elektrischer Einpunkt-Funkenzün- dung und bei 65 der Arbeitsbereich bei elektrischer Einpunkt- Funkenzündung angedeutet. Der Bereich 66 ist der Arbeitsbe¬ reich bei LichtstrahlZündung unter Verwirklichung einer Viel¬ zahl von Punkten mit elementaren ZündVorgängen. Der Pfeil 67 kennzeichnet die Verschiebung der Abmagerungsgrenze 64 durch die Lichtstrahlzündung. Bei 68 ist ein Konstruktionspunkt für eine lichtstrahlgezündete Brennkraftmaschine beispielsweise eingetragen. Mit 69, 70, 71 und 72 sind die Kennlinien der Kohlenwasserstoffemission bei Zündung mit einem Zündfunken bzw. mit zwei Zündfunken bzw. mit drei Zündfunken bzw. mit fünf Zündfunken in das Diagramm eingezeichnet.The relationships of the super-lean combustion concept are shown in FIG. 10 with the aid of known internal combustion engine diagrams and with moderate turbulence in the combustion chamber. The ignition limit is 62, the knock limit at z. B. RON = 92 with 63. Furthermore, the leanness limit for electrical single-point spark ignition is indicated at 64 and the working range for electrical single-point spark ignition at 65. The area 66 is the working area in the case of light beam ignition with the realization of a multiplicity of points with elementary ignition processes. The arrow 67 indicates the shift in the lean limit 64 by the light beam ignition. At 68, a design point for a light-beam ignited internal combustion engine is entered, for example. With 69, 70, 71 and 72, the characteristic curves of the hydrocarbon emission in the case of ignition with one ignition spark or with two ignition sparks or with three ignition sparks or with five ignition sparks are shown in the diagram.
Die Figur 10 ist ein Doppel-Diagramm, das im oberen Teil die bekannten Beziehungen zwischen dem Luft-Kraftstoff-VerhältnisJζ und der Verdichtung darstellt, und das im unteren Teil die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ^ und den Abgas- Emissionen CO, O und CH veranschaulicht. Da das Luft- ! Kraftstoff-Verhältnis in beiden Teil-Diagrammen auf den horizontalen Achsen angeordnet ist, kann man dessen Wert aus ! dem oberen Teil direkt in den unteren Teil übertragen, und ; umgekehrt. I ιFIG. 10 is a double diagram which shows the known relationships between the air-fuel ratio Jζ and the compression in the upper part, and that in the lower part Relationship between the air-fuel ratio ^ and the exhaust gas emissions CO, O and CH illustrated. Since the air ! Fuel ratio is arranged on the horizontal axes in both sub-diagrams, one can determine its value! the upper part directly into the lower part, and; vice versa. I ι
Das super-magere Verbrennungs-Konzept aufgrund der hier ange- ι gebenen Konstruktion ist in der rechten Hälfte beider Teil- Diagramme, rechts von der Abmagerungsgrenze 64, angesiedelt.The super-lean combustion concept due to the construction specified here is located in the right half of both part diagrams, to the right of the leanness limit 64.
, In diesem Bereich kann die konventionelle Einpunkt-Funkenzün- ! düng nicht mehr vorteilhaft angewendet werden, weil in dem sehr : , mageren Lu t-Kraftstoff-Gemisch die Abbrand front vorzeitig ver- { , löscht, viel unverbrannte Kohlenwasserstoffe als Restgase übrig bleiben, und die CH-Emissionen erhöhen. Eine Verbesserung durch | Verbrennung der ganzen Zylinderladung kann nur- durch eine Viel- : fachzündung erreicht werden, die in vielen Punkten das Gemisch gleichzeitig anzündet. Dafür wären z. B. zehn oder noch mehr Zündkerzen dienlich, die aber im Zylinderkopf nicht unterzu¬ bringen sind, und deren Stromversorgung sehr teuer und schwierig sein würde., In this area, the conventional single-point spark! fertilizer can no longer be used advantageously, because in the very: lean air-fuel mixture, the front burns up prematurely, extinguishes, a lot of unburned hydrocarbons remain as residual gases, and the CH emissions increase. An improvement through Combustion throughout the cylinder charge can only- by a multiplicity: be repeatedly achieved ignition and turn on the mixture simultaneously in many points. For this, z. B. ten or more spark plugs useful, but which are not to be accommodated in the cylinder head, and whose power supply would be very expensive and difficult.
Um die gleiche Wirkung mit bedeutend einfacheren Mitteln zu erzielen, wird die Lichtstrahl-Zündung vorgeschlagen, die die maschinenbautechnische Grundlage für das super-magere Verbren¬ nungs-Konzept darstellt.In order to achieve the same effect with significantly simpler means, the light beam ignition is proposed, which is the mechanical engineering basis for the super-lean combustion concept.
Die Lichtstrahl-Zündung ist von vornherein dafür ausgelegt, viele Zündpunkte zu erzeugen, die in der Brennkammer auch noch räumlich verteilt sind. Vergleichbar dazu, ist z. B. eine räumliche Verteilung der Zünd punkte bei Zündkerzen nicht mög¬ lich. Insbesondere eine Lichtstrahl-Zündung mit einem Strahlen- Fächer ist geeignet, die in der Brennkammer durch eine mitt¬ lere Turbulenz in räumliche Schwirr-Bewegungen versetzten Klein-und Kleinst-Kraftstofftröpfchen nacheinander in den zündenden Lichtstrahlen zu treffen und deren Einzelabbrand oder Abbrand mit mehreren kleinen Abbrand fronten zu bewirken. Dabei ist von Bedeutung, daß die zur Erzielung der Zündung in den Lichtstrahlen erforderliche Temperatur-Erhöhung nicht groß ist, da die Zündtemperatur des Luft-Kraftstoff-GemischesThe light beam ignition is designed from the outset to generate many ignition points that are also spatially distributed in the combustion chamber. Comparable to this is e.g. B. a spatial distribution of the ignition points in spark plugs is not possible. In particular, a light beam ignition with a beam fan is suitable for successively striking the small and very small fuel droplets in the combustion chamber which are caused by spatial turbulence in the whirling movements and their individual burn-off or burn-off with several small ones Burning to cause fronts. It is important that the temperature increase required to achieve ignition in the light beams is not great, since the ignition temperature of the air-fuel mixture
. bei erhöhter Verdichtung schon bei ca. 250 °C liegt, und dem auch noch die Temperatur- Er höhung infolge der Verdichtung. with increased compression is already around 250 ° C, and the temperature increase due to the compression
> entgegenkommt. Durch die räumliche Vielpunkt-Zündung bei einer mittleren Turbulenz in der Brennkammer können unver¬ brannte Kohlenwasserstoffe als Restgase im wesentlichen nicht übrig bleiben, so. daß, wie bei 74 und 73 angedeutet, die CH-Emission dieses Bereiches 66 wirksam gesenkt werden können.> accommodates. Due to the spatial multi-point ignition with a medium turbulence in the combustion chamber, unburned hydrocarbons can essentially not remain as residual gases. that, as indicated at 74 and 73, the CH emission of this region 66 can be effectively reduced.
Auf dieser Grundlage ist in beiden Teil-Diagrammen ein Kon¬ struktionspunkt 68 für eine lichtstrahlgezündete Brennkraft¬ maschine eingetragen, mit z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis von +~ 1,9; einer Verdichtung ζ von ^» 13 und einer CH-Emission von**l,5 g/KWh. Dabei wird angenommen, daß auch noch höhere Abmagerungen und Verdichtungen realisierbar sind, wie bei 75 eingetragen.On this basis, a construction point 68 for a light-beam-ignited internal combustion engine is entered in both partial diagrams, with z. B. Air-fuel ratio of + ~ 1.9; a compression ζ of ^ »13 and a CH emission of * * l, 5 g / KWh. It is assumed that even higher leanings and densifications can be achieved, as entered at 75.
Außerdem bietet die Lichtstrahl-Zündung noch folgende betriebs¬ technische Möglichkeiten:In addition, the light beam ignition also offers the following operational options:
a) der Abgas-Katalysator ist überflüssig und kann wegge¬ lassen werden, wobei die super-magere Verbrennung für geringe schädliche Abgas-Emissionen sorgt, die noch günstiger ausfallen dürfen als bei Verwendung eines Katalysators. Dadurch wird die Brennkraftmaschine billiger in der Herstellung und in der Wartung; b* das Kraftfahrzeug kann (vorübergehend) auch mit verbleiten Kraftstoffen betrieben werden, ohne einen Schaden zu erleiden;a) the exhaust gas catalytic converter is superfluous and can be omitted, the super-lean combustion ensuring low harmful exhaust gas emissions, which may be even cheaper than when using a catalytic converter. This makes the internal combustion engine cheaper to manufacture and to maintain; b * the motor vehicle can (temporarily) also run on leaded fuels without suffering any damage;
c) der Kraftstoff-Verbrauch sinkt weiter ab, weil das Luft-Kraftstoff-Gemisch noch einmal abgemagert wird;c) the fuel consumption drops further because the air-fuel mixture is emaciated again;
d) die klopfende Verbrennung wird gänzlich wegfallen, weil durch die gleichzeitige räumliche Vielpunkt- Zündung bei mittlerer Turbulenz keine Gemisch- Restbereiche übrig bleiben, die durch die Zündungs- Druckerhöhung in der Brennkammer von selbst zünden;d) the knocking combustion will be completely eliminated, because due to the simultaneous spatial multi-point ignition with medium turbulence, no residual mixture areas remain which ignite automatically due to the ignition pressure increase in the combustion chamber;
e) der Oktan-Zahl-Bedarf der Brennkraftmaschine wird gesenkt (ersichtlich im oberen Teil-Diagramm der Figur 10), wodurch man im Kraftstoff kein Blei- etraäthyl und vielleicht auch kaum andere Klopf¬ bremsen benötigt:e) the octane number requirement of the internal combustion engine is reduced (can be seen in the upper part diagram of FIG. 10), as a result of which no lead ethyl and perhaps hardly any other knocking brakes are required in the fuel:
f) die leichtstrahlgezündete Brennkraftmaschine kann bei z. B. Einspritzung des Kraftstoffes auch mit Dieselöl oder mit Kerosin betrieben werden.f) the light beam ignited internal combustion engine can, for. B. Fuel injection can also be operated with diesel oil or with kerosene.
Wie bereits angemerkt, können dem Treibstoff Farbstoffe bei¬ gemengt werden, welche die Strahlungsabsorption erhöhen und dadurch die Zündbereitschaft verbessern und welche sich bei Verbrennung aufhellen, um für den zündenden Lichtstrahl den Weg zu weiteren, noch unverbrannten Gemischbereichen freizu¬ geben. Als solche Farbstoffe kommen beispielsweise Crypto- cyamin-Methanollösungen in Verbindungen mit Rubinlasern als Strahlungsquelle oder Phtalocyanin-Nitrobenzenlösungen in Verbindung mit Nd-Gaslasern oder Sprengstoffe, wie Pikrinsäure für Laser im gelben Spektrumsbereich oder für Breitbandlaser in Frage. Außerdem kann, wie bereits gesagt, eine Verbesserung der ZündVorgänge durch Pulsieren der Laserstrahlen im Fre¬ quenzbereich von 500 Hz bis 1 MHz erreicht werden. As already noted, dyes can be added to the fuel, which increase the radiation absorption and thereby improve the readiness to ignite and which lighten up when burned in order to open the way to further, still unburned mixture areas for the igniting light beam. Such dyes are, for example, cryptocamine-methanol solutions in combination with ruby lasers as the radiation source or phthalocyanine nitrobenzene solutions in combination with Nd gas lasers or explosives, such as picric acid for lasers in the yellow spectrum range or for broadband lasers. In addition, as already mentioned, the ignition processes can be improved by pulsing the laser beams in the frequency range from 500 Hz to 1 MHz.

Claims

Patentansprüche Claims
1 1. Brennkraftmaschine, welcher ein zündbares Brennstof fgemisch j 1 1. Internal combustion engine, which is an ignitable fuel mixture j
I währenä einer Verdichtungsphase mittels eines Hubkolbens (14) J oder eines Kreiskolbens (15) in einem Brennkammerraum verdichtet wird, mit in diesem Brennkammerräum einmündenden LichtleiternI is compressed during a compression phase by means of a reciprocating piston (14) J or a rotary piston (15) in a combustion chamber space, with light guides opening into this combustion chamber space
(31, 32), über welche von einer Lichtquellenanordnung (5, 6) ausgehende, hochenergetische Strahlung in Form mehrerer, nicht1 (31, 32), via which, from a light source arrangement (5, 6), high-energy radiation in the form of several, not 1
! fokussierter Strahlen (30) insbesondere Laserstrahlen, in die! focused beams (30), in particular laser beams into which
> Brennkammer einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in-> Combustion chamber can be inserted, characterized in that
I destens zum ZündZeitpunkt in der Brennkammer eine von einer ι ι i i Vielzahl der Strahlen (30) durchsetzte Schicht erzeugbar ist I j und die Anordnung so getroffen ist, daß die Brennkammerwände |I at least at the ignition point in the combustion chamber, a layer penetrated by a large number of beams (30) can be generated I j and the arrangement is such that the combustion chamber walls |
I und, in der Verdichtungsphase, die diesen gegenüberliegende jI and, in the compression phase, the j
I Kolbenstirnfläche nahe dieser Schicht gelegen sind und daß j j ferner zum Zündzeitpunkt mindestens in einem wesentlichen Flä-iI piston face are located near this layer and that j j further at least in a substantial area at the time of ignition
' chenbereich der Schicht elementare ZündVorgänge solchermaßen IElementary ignition processes in this way I
I jI j
' auslösbar sind, daß die von benachbarten elementaren Zündvor- j'can be triggered that the from neighboring elementary Zündvor- j
! gangen ausgehenden Flammenfronten sich vor einer wesentlichen ;! outgoing flame fronts faced an essential one;
Verlagerung der Kolbenstirnfläche im E pansionstakt treffen. !Shift the piston face in the expansion cycle. !
. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den elementaren ZündVorgängen ausgehenden Flammen¬ fronten die Brennkammerwände und die Kolbenstirnfläche treffen, bevor die Kolbenstirnfläche sich im E pansionstakt wesentlich verlagert hat.. 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the outgoing from the elementary ignition processes Flammen¬ fronts meet the combustion chamber walls and the piston end face before the piston end face has shifted significantly in the expansion cycle.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine hohe Verdichtung, zweckmäßig über 1:10, insbeson¬ dere über 1:13.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by a high compression, suitably over 1:10, in particular over 1:13.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge¬ kennzeichnet durch eine solche Gestaltung des Kolbenbodens, des Hubkolbens bzw. des Kreiskolbens der Brennkraftmaschine, daß ein durch die Vielzahl der Strahlen im Brennkammerräum gebildeter Strahlenfächer von den Brennkammerwänden und der diesen gegenüberliegenden Kolbenstirnfläche kleinräumig um¬ schlossen wird .4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, ge indicates by such a design of the piston crown, the reciprocating piston or the rotary piston of the internal combustion engine that one by the plurality of jets in the combustion chamber The radiation fan formed is enclosed by the combustion chamber walls and the piston end face lying opposite them in a small area.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge¬ kennzeichnet durch Mittel zur Farbstof fbeimengung zum Treib¬ stoff, insbesondere zur Beimengung von Cryptocyamin-Methanol- lösungen oder Phtalocyanin-Nitrobenzenlösungen oder von flüssi-j gen Brennstoffen, beispielsweise von Pikrinsäure.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized by means for adding dyes to propellant, in particular for adding cryptocyamine-methanol solutions or phthalocyanine-nitrobenzene solutions or liquid fuels, for example picric acid.
6. Hubkolben-Brennkraftmaschinen und Wankel-Kreiskolben-Brenn- kraftmaschinen, die nach dem Otto-Verfahren arbeiten und eine zeitlich gesteuerte Fremd Zündung des verdichteten Luft-Kraft¬ stoff-Gemisches in ihren Brennkammern durch wärmeerzeugende Lichtstrahlen (30; 53) aufweisen, wobei die Lichtstrahlen z.B. Laser-Strahlen sind, und die strahlenerzeugenden Geräte außer¬ halb der Brennkammer der Brennkra tmaschine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen in die Brennkammern mit Hilfe von Lichtleitern eingeführt werden, die in angemes¬ sen gekühlten Lichtleiter-Gehäusen untergebracht sind, die Ge¬ häuse ortsfest oder auswechselbar sind, und Zentriereinrich¬ tungen für die strahlenerzeugenden Geräte oder für Lichtlei¬ ter-Kabel aufweisen, und daß die Brennkammer-Formen der Brenn¬ kraftmaschinen an die Zündung durch Lichtstrahlen dadurch op¬ timal angepasst sind, daß die Wände der Brennkammern die zün¬ denden Lichtstrahlen kleinräumig umschließen, und bei mehre¬ ren Lichtstrahlen, die Strahlen nahe aneinander liegen; -da¬ gegen bei vorgegebenen Brannkammer-Umrissen, die Strahlen- Bündel an die Kammer- Umrisse so angepasst sind, daß die zün¬ denden Lichtstrahlen die Brennkammern raumfüllend bestreichen; um bei mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen, z.B. bis «£'-'1,7, den Abbrand der Gemische mit fortschreitender Abbrandfront zu be¬ schleunigen, und um bei super-mageren Luft-Kraftstoff-Gemi¬ schen, z.B.jG~l,7 bis £ über 2,0, den Abbrand dieser Gemische nach einem neuen Verbrennungs-Konzept, und ohne, oder mit nur fragmentarisch fortschreitenden Abbrabd fronten zu ermöglichen, wobei das neue Verbrennungs-Konzept darauf beruht, daß bei Sauerstoff-Überschuß in den Brennkammern und bei wesentlich höherer Verdichtung als gegenwärtig, die in den Brennkammern in eine räumliche Schwirr-Bewegung versetzten Klein- und6. Reciprocating internal combustion engines and Wankel rotary piston internal combustion engines, which operate according to the Otto process and have a time-controlled external ignition of the compressed air-fuel mixture in their combustion chambers by heat-generating light beams (30; 53), whereby the light beams are, for example, laser beams, and the radiation-generating devices are arranged outside the combustion chamber of the internal combustion engine, characterized in that the beams are introduced into the combustion chambers with the aid of light guides which are accommodated in appropriately cooled light guide housings , the housings are stationary or exchangeable, and have centering devices for the radiation-generating devices or for light guide cables, and that the combustion chamber shapes of the internal combustion engines are optimally adapted to the ignition by light beams in that the walls of the combustion chambers enclose the igniting light beams on a small scale , and in the case of several light rays, the rays are close to one another; on the other hand, given predetermined firing chamber outlines, the beam bundles are adapted to the chamber outlines so that the igniting light beams sweep the combustion chambers to fill the space; in order to accelerate the combustion of the mixtures with a progressive combustion front in the case of lean air-fuel mixtures, for example up to "£" 1.7, and in order to accelerate the combustion in the case of super-lean air / fuel mixtures, for example jG ~ l, 7 to £ over 2.0, the burn-up of these mixtures according to a new combustion concept, and without, or with only, or with only fragmentarily progressive burn-off fronts, whereby the new combustion concept is based on the fact that with an excess of oxygen in the combustion chambers and with a much higher compression than at present, the small and small movements in the combustion chambers cause a spatial confusion
Kleinst-Kraftstoff tropf chen nacheinander in die zündenden Lichtstrahlen gelangen und einzeln oder mit mehreren Abbrand- ' fronten abbrennen.Smallest fuel droplets get into the igniting light beams one after the other and burn off individually or with several burn-off 'fronts.
■ 7. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl-Zündung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiter-Gehäuse in erster Ausführung ( Fig .6 und 7 ) ein Lichtleiter-Ring ( 2 ) ist, der eine kleine Gesamthöhe hat und der insbesondere für Hubkolben- Maschinen vorgesehen ist, wobei der innere Bohrungsdurchmesser des Lichtleiter-Ringes dem Zylinderdurchmesser der Brennkraft¬ maschine entspricht, der Lichtleiter-Ring zwischen den Motor- Zylinder (12 ) und den Zylinderkopf (17) mit Hilfe von zwei Zylinderkopf-Dichtungen ( 23 ) eingebaut ist, d ie für eine ange¬ messene Kühlung des Lichtleiter-Ring auf seiner Peripherie eine Strahl-Eintrittsfläche (39 ) hat, von der d ie Lichtleiter innerhalb des Ringkörpers und in halber Ringhöhe in einer Ebe¬ ne zum inneren Bohrungsdurchmesser, der die Strahl-Aus tritts- fläche (37 ) bildet, führen und in die innere Bohrung von allen Seiten einmünden, d ie Strahl-Eintrittsfläche (39 ) mit Hilfe eines z .B. flex iblen Lichtleiter-Kabels (3 ) mit dem weggebau¬ ten strahlenerzeugenden Gerät, das z.B. ein Laser (6 ) ist, ver¬ bunden ist (Fig. 6 ) , oder das strahlenerzeugende Gerät d icht an der Strahl-Eintrittsfläche ( 39 ) montiert ist; und zur Her¬ stellung des Lichtleiter-Ringes der Ringkörper in der Licht¬ leiter-Ebene in zwei gleiche Hälften (35 ) unterteilt ist, um d ie Lichtleiter (32 ) aus z .B. Quarz in eingearbeitete Halb¬ rillen in den zueinand ergekehrten Berührungsflächen der bei¬ den Ringhälften aufzunehmen, wobei die zwei Ringhälften, die z .B. aus technischer Keramik oder aus Invar-Stahl sind , zusam¬ mengeklebt oder mit Silberlot zusamengelötet, und die Strahl- Austrittsfläche (37 ) feinstbearbeitet werden. 8. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl- Zündung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiter-Gehäuse in zweiter Ausführung (Fig. 1; 2; 3; 4;.5; 8 und 9) ein Lichtleiter-Ein¬ satz (1) ist, der für Hubkolben- und Kreiskolben-Maschinen vor¬ gesehen ist, und die Form eines rotationssymmetrischen Körpers mit der Strahl-Eintrittsfläche (38), einem zylindrischen Zap¬ fen, einer planen Ringfläche, ringsum und am Ende des Zapfens, einem zylindrischen größten Durchmesser-Teil, einer sich ver¬ jüngenden kegeligen Dichtfläche und der Strahl-Austrittsflä¬ che (36) hat; wobei die Lichtleiter innerhalb des Einsatz-Kör¬ pers von der Strahl-Eintrittsfläche (38) zur Strahl-Austritts¬ fläche (36) führen, das strahlenerzeugende Gerät, das z.B. ein ! Laser (5) ist, dicht an der Strahl-Eintrittsfläche (38) mon- ; tiert ist (Fig. 1; 2; 3; 8 und 9), oder mit Hilfe eines z.B. ; flexiblen Lichtleiter-Kabels mit dem weggebauten strahl ener- ι zeugenden Gerät verbunden ist; und zur Herstellung des Licht¬ leiter-Einsatzes der Einsatz-Körper längs seiner Rotations- j7. Internal combustion engine with light beam ignition according to claim 6, characterized in that the light guide housing in the first embodiment (Fig. 6 and 7) is a light guide ring (2) which has a small overall height and which is particularly for reciprocating Machines are provided, the inner bore diameter of the light guide ring corresponding to the cylinder diameter of the internal combustion engine, the light guide ring being installed between the engine cylinder (12) and the cylinder head (17) with the aid of two cylinder head seals (23) , which has a beam entry surface (39) on its periphery for adequate cooling of the light guide ring, from which the light guide within the ring body and at half the ring height in a plane to the inner bore diameter, which Form from the exit surface (37), guide and open into the inner bore from all sides, ie the jet entry surface (39) with the help of a flexible light guide cable (3) is connected to the removed radiation-generating device, which is, for example, a laser (6) (FIG. 6), or the radiation-generating device is mounted in a sealed manner on the beam entry surface (39) is; and for the manufacture of the light guide ring the ring body in the light guide plane is divided into two equal halves (35) in order to make the light guide (32) from e.g. To incorporate quartz into the half-grooves incorporated in the mutually facing contact surfaces of the two ring halves, the two ring halves, which, for example, are made of technical ceramics or of Invar steel, glued together or soldered together with silver solder, and the beam exit surface (37) is precision machined. 8. Internal combustion engine with light beam ignition according to claim 6, characterized in that the light guide housing in a second embodiment (Fig. 1; 2; 3; 4; .5; 8 and 9) is a light guide insert (1) , which is provided for reciprocating piston and rotary piston machines, and the shape of a rotationally symmetrical body with the jet entry surface (38), a cylindrical pin, a flat ring surface, all around and at the end of the pin, a cylindrical largest diameter Part, a tapered conical sealing surface and the jet outlet surface (36); the light guides inside the insert body leading from the beam entry surface (38) to the beam exit surface (36), the radiation-generating device which, for example, a! Laser (5) is mon-, close to the beam entry surface (38); is animal (Fig. 1; 2; 3; 8 and 9), or with the help of an example; flexible fiber optic cable is connected to the removed beam generating device; and to produce the light guide insert, the insert body along its rotation j
Symmetrieachse in zwei gleiche Hälften (33) geteilt ist, wo¬ bei in den zueinandergekehrten Berührungsflächen der beiden Hälften Rillen für die Aufnahme der Lichtleiter (31), die z.B. j aus Quarz sind, eingearbeitet sind, die radial gesehen so tief sind, wie die Durchmesser der Lichtleiter (31), und in jeder Einsatz-Hälfte nur Rillen für einen halben Lichtleiter-Fächer (34) vorgesehen sind, der mit den aus den Lichtleitern austre¬ tenden und divergierenden Zündstrahlen nur eine Seite der Brennkammer bestreicht (Fig. 2 und 9),- jedoch bei Zusammen¬ fügung beider Einsatzhälften (33) mit den dann aus beiden Halb— Fächern der eingelegten Lichtleiter austretenden Zündstrahlen einen ganzen flachen Strahlen-Fächer bilden, der beide Seiten der Brennkammer, und somit die ganze Brennkammer bestreicht (Fig. 2 und 9), wobei die zwei Halb-Fächer der Lichtleiter und der austretenden Strahlen in zwei Ebenen dicht übereinander liegen, die Strahl-Austrittsfläche (36) einen kleinen Durch¬ messer und eine gewölbte Form hat; und wobei die zwei Einsatz¬ körper-Hälften (33), die z.B. aus technischer Keramik oder aus ; Invar-Stahl sind, zusammengeklebt oder mit Silberlot zusammen- gelötet werden, und der ganze Lichtleiter-Einsatz (1) an seinen Außenflächen bearbeitet, und an der Strahl-Eintritts¬ fläche (38) und der Strahl-Austrittsf lache (36) feinst-bear- beitet wird .Symmetry axis is divided into two equal halves (33), wo¬ ei b in the mutually facing contact surfaces of the two halves of grooves for receiving the light guide (31), for example, j of quartz, are incorporated, which are so deep as radially viewed as the diameter of the light conductor (31) and only grooves for half a light conductor compartments are provided (34) in each U TILISATION-half of the austre¬ from the light guides Tenden and diverging ignition jets only one side of the combustion chamber sweeps (Fig. 2 and 9), - however, when the two insert halves (33) are joined together with the ignition beams then emerging from both half-compartments of the inserted light guides, they form a whole flat radiation fan which covers both sides of the combustion chamber and thus the entire combustion chamber ( Fig. 2 and 9), the two half-compartments of the light guide and the emerging rays in two planes close to each other, the beam exit surface (36) a small Diameter and has a curved shape; and wherein the two insert body halves (33) made, for example, of technical ceramics or of; Invar steel are glued together or with silver solder. are soldered, and the entire light guide insert (1) is machined on its outer surfaces, and finely machined on the beam entry surface (38) and the beam exit surface (36).
9. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl- Zündung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiter-Gehäuse in \ dritter Ausführung (Fig. 11; 12 und 13) ein Lichtleiter-Ein¬ satz (50) ist, der für Hubkolben- und Kreiskolben-Maschinen vorgesehen, und die Abwandlung des Lichtleiter-Einsatzes (1) mit gleichen Außenformen, jedoch veränderter Innenausführung ist, wobei der Einsatz-Körper, z.B. aus technischer Keramik oder aus Invar-Stahl bestehend, einteilig ist, und nur eine zentrale Längsbohrung in seiner Rotations-Symmetrieachse auf¬ weist; in der Längsbohrung ein Mono-Lichtleiter (51 oder 56) angeordnet ist, der einen größeren Durchmesser als die Viel- fach-Lichtleiter (31) hat und ein rundes Strahlen- Bündel durchleitet, und der Mono-Lichtleiter an der S tra hl- Aus tritt s- f lache (36) eine Sammel-Linse (52) mit einer Außenwölbung auf der Brennkammerseite erhält, die z.B. aus Quarz besteht; wo¬ bei der Mono-Lichtleiter auch aus Quarz besteht und als Voll- Lichtleiter (51) außen verspiegelt ist (Fig. 12), oder als Hohl-Lichtleiter (56) ausgeführt, und innen verspiegelt ist (Fig. 13), und der Hohl-Lichtleiter an der Strahl-Eintritts¬ fläche (38) des Lichtleiter-Einsatzes einen Quarz-Stopfen (58) erhält, der eine Konkav-Linse ist«; und wobei die Strahl-Aus¬ trittsfläche (36), wie beim Lichtleiter-Einsatz (1), auch nur einen kleinen Durchmesser hat.9. Internal combustion engine with light beam ignition according to claim 6 and 8, characterized in that the light guide housing in \ third version (Fig. 11; 12 and 13) is a light guide insert (50), which for reciprocating and Rotary piston machines are provided, and the modification of the light guide insert (1) with the same outer shapes, but modified inner design, the insert body, for example consisting of technical ceramics or Invar steel, is in one piece and has only one central longitudinal bore in its axis of symmetry of rotation; A mono light guide (51 or 56) is arranged in the longitudinal bore, which has a larger diameter than the multiple light guides (31) and transmits a round bundle of rays, and the mono light guide at the beam outlet occurs sf fache (36) receives a collecting lens (52) with an outer curvature on the combustion chamber side, for example consists of quartz; where the mono light guide also consists of quartz and is mirrored on the outside as a full light guide (51) (FIG. 12), or as a hollow light guide (56) and is mirrored on the inside (FIG. 13), and the Hollow light guide on the beam entrance surface (38) of the light guide insert receives a quartz plug (58) which is a concave lens «; and wherein the beam exit surface (36), as with the light guide insert (1), also has only a small diameter.
10. Brennkraftmasc ine mit Lichtstrahl-Zündung nach Anspruch 6; 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung und ange¬ messener Kühlung der Lichtleiter-Einsätze (1 und 50), kegelför¬ mige Ringdichtungen (22) z.B. aus Kupfer dienen, die an den sich kegelig verjüngenden Dichtflächen der Lichtleiter-Einsätze placiert sind; und die Lichtleiter-Einsätze mit einem Halte¬ flansch (20) befestigt werden, der bevorzugt ein Dreiecks- flansch mit drei Halteschrauben und drei Stützbeinen am Umfang des Flansches ist, wobei die Stützbeine auf eine Abschraubflä¬ che an der Brennkraftmaschine kraftschlüssig aufsetzen, wenn j die Ringdichtung (22) abgedichtet hat, und der Halteflansch ; insbesondere bei langen Lichtleiter-Einsätzen auch noch einen ι i Zentriervorsatz (47) erhält, der in eine entsprechende Ausdre- j hung im Gehäuse der Brennkraftmaschine mit engem Schiebesitz ; hineinpasst; durch die mittlere Öffnung des Halteflansches der ' zylindrische Zapfen des Lichtleiter-Einsatzes hindurchgeht, undl der Halteflansch eine Druck-Haltekraft auf die plane Ringfläche des Lichtleiter-Einsatzes mittels eines Druck-Ausgleichsringes 10. Brennkraftmasc ine with light beam ignition according to claim 6; 8 and 9, characterized in that for sealing and appropriate cooling of the light guide inserts (1 and 50), conical ring seals (22), for example made of copper, are used, which are placed on the conically tapered sealing surfaces of the light guide inserts ; and the light guide inserts are fastened with a holding flange (20), which is preferably a triangular flange with three retaining screws and three support legs on the circumference of the flange, the support legs positively fitting onto a unscrewing surface on the internal combustion engine when the ring seal (22) has sealed and the retaining flange; especially in the case of long light guide inserts, also receives an ι i centering attachment (47), which has a corresponding extension in the housing of the internal combustion engine with a narrow sliding fit; fits in; through the central opening of the retaining flange of the 'cylindrical peg of the optical fiber insert passing, andl the retaining flange, a pressure-holding force on the plane ring surface of the optical fiber insert by means of a pressure equalization ring
(46) ausübt; und der Halteflansch außerdem einen äußeren Zen- ' trierbund (24) für das Gehäuse (25) des strahlenerzeugenden(46) exercises; and the retaining flange also an outer centering collar (24) for the housing (25) of the radiation-generating
Gerätes hat.Device.
11. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl-Zündung nach Anspruch 6;; 8; 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (25) für das strahlenerzeugende Gerät eine Zentrierkappe (29) aufweist, . die auf den Zentrierbund (24) mit engem Schiebesitz passt, und i das Gehäuse außerdem drei Kühleinrichtungen hat:11. Internal combustion engine with light beam ignition according to claim 6 ;; 8th; 9 and 10, characterized in that the housing (25) for the radiation-generating device has a centering cap (29). which fits on the centering collar (24) with a narrow sliding seat, and i the housing also has three cooling devices:
1. äußere Luft-Kühlrippen;1. outer air cooling fins;
2. einen Kühlluft-Strom durch das Gehäuse, mit Kühl- luf teintritt (26) am äußeren Gehäuse-Ende und Kühl- luf taustritt (28) nahe an der Brennkraftmaschine; und2. a cooling air flow through the housing, with cooling air inlet (26) at the outer housing end and cooling air outlet (28) close to the internal combustion engine; and
3. einen Strahlungswärme-Schutzring und Kühlluft-Leit¬ ring (27) rings um das brennkraf t aschinenseitige En¬ de des strahlenerzeugenden Gerätes (5; 60).3. a radiant heat protection ring and cooling air guide ring (27) all around the internal combustion engine end of the radiation generating device (5; 60).
12. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl- Zündung nach den vorher¬ gehenden Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, daß bei Verwendung von Lichtleiter-Ringen (2) nach Anspruch 2 und Lichtleiter-Ein¬ sätzen (1) mit flachen Zündstrahl-Fächern nach Anspruch 3 für Hubkolben-Maschinen, die vorteilhafte Brennkammer die Form einer flachen Rundscheibe hat (Fig. 1; 2; 6 und 7), in die der Strahlen- Fächer von der Scheiben-Peripherie radial nach innen und in halber Scheibenhöhe eingeleitet wird; und bei Verwen¬ dung von Lichtleiter-Einsätzen (1) in Maschinen mit schräg zur Zylinderachse liegendem Zylinderkopfboden (Fig. 3), die flache Scheibenform der Brennkammer dadurch angenähert wird, daß der Kolbenboden einen Höcker (18) erhält, der bevorzugt rotations¬ symmetrisch ist und eine sphärische Kuppe und ausgerundete Übergänge zum Kolbenboden aufweist, exzentrisch (19) zur Kol¬ benachse liegt und nahe am Lichtleiter-Einsatz placiert ist.12. Internal combustion engine with light beam ignition according to the preceding claims, characterized in that when using light guide rings (2) according to claim 2 and light guide inserts (1) with flat ignition beam compartments according to claim 3 for reciprocating piston machines , the advantageous combustion chamber has the shape of a flat circular disc (Fig. 1; 2; 6 and 7), in which the radiation fan radially inwards from the disc periphery and is introduced at half the disc height; and when using light guide inserts (1) in machines with a cylinder head base lying obliquely to the cylinder axis (FIG. 3), the flat disk shape of the combustion chamber is approximated in that the piston head receives a bump (18) which is preferably rotationally symmetrical and has a spherical crest and rounded transitions to the piston crown, is eccentric (19) to the piston axis and is placed close to the light guide insert.
13. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl- Zündung nach den vor¬ hergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver¬ wendung von Lichtleiter-Einsätzen (50) mit Mono-Lichtleitern (51; 56) für Hubkolbenmaschinen, die vorteilhafte Brennkammer die Form einer flachen Rund-Scheibe mit einer Raumerweiterung in der Mitte durch eine Kolbenboden- Vertiefung (61) hat, und das Strahlen- Bündel in die Brennkammer von der Scheiben-Peri¬ pherie radial nach innen und in halber Scheibenhöhe oder an¬ nähernd in halber Scheibenhöhe eingeleitet wird; und bei Ver¬ wendung von Lichtleiter-Einsätzen (50) in Maschen mit schräg zur Zylinderachse liegendem Zylinderboden (analog zu Fig. 3), die flache Scheibenform der Brennkamm dadurch angenähert wird, daß der Kolbenboden einen Höcker (18) erhält, der bevorzugt rotationssymmetrisch ist und eine sphärische Kuppe und ausge¬ rundete Übergänge zum Kolbenboden aufweist, exzentrisch (19) zur Kolbenachse liegt und nahe am Lichtleiter-Einsatz pla¬ ciert ist.13. Internal combustion engine with light beam ignition according to the preceding claims, characterized in that when using light guide inserts (50) with mono light guides (51; 56) for reciprocating piston engines, the advantageous combustion chamber has the shape of a flat round Has disk with an expansion in the middle through a piston crown recess (61), and the radiation beam is introduced into the combustion chamber from the disk periphery radially inwards and at half the disk height or approximately half the disk height; and when using light guide inserts (50) in meshes with a cylinder base lying obliquely to the cylinder axis (analogous to FIG. 3), the flat disk shape of the combustion comb is approximated in that the piston head receives a bump (18) which is preferably rotationally symmetrical and has a spherical crest and rounded transitions to the piston crown, is eccentric (19) to the piston axis and is placed close to the light guide insert.
14. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl-Zündung nach den vor¬ hergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver¬ wendung von Lichtleiter-Einsätzen (1) mit flachen Zündstrahl- Fäc ern oder Lichtleiter-Einsätzen (50) mit Mono-Lichtlei¬ tern (51; 56) für Wankel-Kreislaufkolben-Maschinen, die vor¬ teilhafte Brennkammer die Form eines flachen Rechtecks hat, und insbesondere durch eine flache Drehkolbenboden-Längsrille (40) gebildet wird, die auf jeder Seite des dreieckigen Dreh¬ kolbens von annhähernd einer Umfangsdichtleiste bis zur an- nähernd anderen Umfangsdichtleiste reicht (Fig. 8 und 9), wo¬ bei die Längsrille auf ihrer ganzen Breite gleich tief ist, wenn Lichtleiter-Einsätze (1) mit flachen Zündstrahl-Fächern verwendet werden, oder die Längsrille auf ihrer Breite ver¬ schieden tief ist, in der Mitte tiefer und an den Seiten fla¬ cher, wenn Lichtleiter-Einsätze (50) mit Mono-Lichtleitern ver¬ wendet werden; und in die Längsrille (40) die zündenden Licht¬ strahlen vom Mittenbereich einer Rechteckseite der Brennkammer, das ist insbesondere durch die Trochoiden-Bahn z.B. am Anfang der Brennkammer, und in halber Brennkammer-Höhe eingeleitet werden (Fig. 8 und 9).14. Internal combustion engine with light beam ignition according to the preceding claims, characterized in that when using light guide inserts (1) with flat pilot beams or light guide inserts (50) with mono light guides (51st ; 56) for Wankel cycle piston machines, the advantageous combustion chamber has the shape of a flat rectangle, and in particular is formed by a flat rotary piston bottom longitudinal groove (40) which on each side of the triangular rotary piston extends from approximately one circumferential sealing strip to for approx. other circumferential sealing strip is sufficient (FIGS. 8 and 9), the longitudinal groove being the same depth over its entire width if light guide inserts (1) with flat ignition-beam compartments are used, or the longitudinal groove is different in its width is lower in the middle and flatter on the sides when light guide inserts (50) with mono light guides are used; and into the longitudinal groove (40) the igniting light rays from the central area of a rectangular side of the combustion chamber, that is, in particular through the trochoidal path, for example at the beginning of the combustion chamber, and at half the height of the combustion chamber (FIGS. 8 and 9).
15. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl-Zündung nach den vor¬ hergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß für Wankel- Kreiskolben-Maschinen der Kreiskolben (15) vor jeder Umfangs¬ dichtleiste (41) einen Flammen-Rückhalter (42) in Form einer nur am Umfang abdichtenden zusätzlichen Dichtleiste mit be¬ grenztem Hub erhält; wobei für die Hubbegrenzung Haltestücke (43) dienen, und infolge der Hubbegrenzung die Flammen-Rück¬ halter nicht die ganze trochiodal geformte Gehäusewand, son¬ dern nur die abgeflachten Teile der Trochoide berühren, und wobei die Flammen-Rückhalter (42) z.B. aus Kohle oder aus technischer Keramik gefertigt sind.15. Internal combustion engine with light beam ignition according to the preceding claims, characterized in that for Wankel rotary piston machines the rotary piston (15) in front of each peripheral sealing strip (41) has a flame retainer (42) in the form of only on the circumference additional sealing strip with a limited stroke; holding pieces (43) are used for the stroke limitation, and due to the stroke limitation the flame retainers do not touch the entire trochiodally shaped housing wall but only the flattened parts of the trochoids, and the flame retainers (42) e.g. are made of coal or technical ceramics.
16. Brennkraftmaschine mit Lichtstrahl-Zündung nach den vor¬ hergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraft¬ stoff der Brennkraftmaschine stärker lichtabsorbierende Stoffe beigemischt werden, die durch die Verbrennung aufgehellt wer¬ den. 16. Internal combustion engine with light beam ignition according to the preceding claims, characterized in that more light-absorbing substances are added to the fuel of the internal combustion engine, which are brightened by the combustion.
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