WO2009043608A1 - Lasereinrichtung für die zündeinrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2009043608A1
WO2009043608A1 PCT/EP2008/056394 EP2008056394W WO2009043608A1 WO 2009043608 A1 WO2009043608 A1 WO 2009043608A1 EP 2008056394 W EP2008056394 W EP 2008056394W WO 2009043608 A1 WO2009043608 A1 WO 2009043608A1
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combustion chamber
housing
chamber window
laser device
laser
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PCT/EP2008/056394
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French (fr)
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Martin Weinrotter
Pascal Woerner
Juergen Raimann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits

Definitions

  • a laser beam is focused into the combustion chamber of an internal combustion engine and in this way ignites the fuel-air mixture present in the combustion chamber.
  • a so-called laser device is required, in which the laser beam is generated and focused.
  • a so-called combustion chamber window is provided on the laser device.
  • This combustion chamber window is, as the name implies, transmissive to the laser beam and can also have a focusing effect.
  • the combustion chamber window In order for the laser ignition to work without interference, the combustion chamber window must be permeable to the laser beams over the entire service life of the internal combustion engine. However, it may happen that deposits of the exhaust gas on the combustion chamber window, the required optical transparency of the combustion chamber window is lost.
  • the laser device In order to prevent these deposits, the laser device must be designed so that the operating temperature at the surface of the combustion chamber window facing the combustion chamber is high enough to burn off or oxidize deposits, especially of an organic nature.
  • the surface temperature of the combustion chamber window must not be so high that it can lead to spontaneous combustion of the fuel-air mixture on the surface of the combustion chamber window.
  • the invention is based on the object to provide a laser device in which in a simple and reproducible manner during the operation of the internal combustion engine adjusting surface temperatures of the combustion chamber window is sufficiently accurately adjustable.
  • the surface temperature of the combustion chamber window can be influenced in the laser device according to the invention by slight changes in individual dimensions or component properties.
  • a laser device for a laser ignition device of an internal combustion engine with a laser-active solid with a combustion chamber and a housing in that in the housing an insert is provided, which consists of a material having a higher thermal conductivity than the material of the housing.
  • the insert contains in particular copper, brass, aluminum or a steel which has a high thermal conductivity.
  • the surface temperature of the combustion chamber window becomes so high that any deposits present are oxidized and thus degraded.
  • the optical transparency of the combustion chamber window is ensured over the entire service life of the internal combustion engine.
  • the laser device according to the invention can also be produced relatively inexpensively.
  • laser devices with different "heat values” can be produced. These laser devices with different thermal values can, because they have the same outer dimensions, be replaced if necessary against each other.
  • the combustion chamber window is at least partially enclosed by the housing. This makes it possible to get a good one To ensure heat dissipation from the combustion chamber window into the housing. This good heat dissipation has a great influence on the effectiveness of the use according to the invention.
  • Cage and housing can be made in one piece or as separate components.
  • this is designed double-walled and the insert is disposed between the housing walls. This makes it possible to accommodate the use in a sense invisible in the housing and at the same time enclose in the housing. This prevents unwanted interactions between the housing and the insert due to the different materials
  • a manufacturing technology particularly simple and therefore advantageous embodiment of the invention provides that the insert is arranged on the inside of a housing wall of the housing.
  • the insert has direct contact with the combustion chamber window, so that the heat dissipation is further improved.
  • the heat dissipation can be adjusted and influenced in a simple manner with the same component dimensions.
  • combustion chamber window and the housing are axially and / or radially interconnected. This can be achieved by a press fit, by clamping, by gluing or bonding or other cohesive joining methods.
  • Figure 1 a is a schematic representation of an internal combustion engine with a laser-based
  • FIG. 1 b shows a schematic illustration of the ignition device from FIG. 1
  • Figure Ic an ignition device with focusing combustion chamber window and - A -
  • FIGS. 2 to 6 exemplary embodiments of laser devices according to the invention.
  • FIG. 1a An internal combustion engine carries in FIG. 1a overall the reference numeral 10. It can be used to drive a motor vehicle, not shown.
  • the internal combustion engine 10 comprises one or more cylinders, of which only one is designated by the reference numeral 12 in FIG.
  • a combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16.
  • Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18, which is connected to a designated also as a rail fuel pressure accumulator 20.
  • the mixture formation also take place outside the combustion chamber 14, for example in the intake manifold
  • the fuel-air mixture 22 present in the combustion chamber 14 is ignited by means of a laser pulse 24 which is radiated into the combustion chamber 14 by an ignition device 27 comprising a laser device 26.
  • the laser device 26 is fed via a light guide device 28 with a pumping light, which is provided by a pumping light source 30.
  • the pumping light source 30 is controlled by a control unit 32, which also controls the injector 18.
  • the pumping light source 30 feeds a plurality of optical fiber devices 28 for different laser devices 26, which are each assigned to a cylinder 12 of the internal combustion engine 10.
  • the pumping light source 30 has a plurality of individual laser light sources 340, which are connected to a pulse power supply 36.
  • a "stationary" distribution of pump light to the various laser devices 26 is realized, so that no optical distributors or the like are required between the pump light source 30 and the laser devices 26.
  • the laser device 26 has, for example, a laser-active solid 44 with a passive Q-switching circuit 46, which forms an optical resonator together with a coupling-in mirror 42 and an output mirror 48.
  • a laser-active solid 44 with a passive Q-switching circuit 46, which forms an optical resonator together with a coupling-in mirror 42 and an output mirror 48.
  • a laser pulse 24 which is focused by a focusing lens 52 and the combustion chamber window 58 to a located in the combustion chamber 14 ignition point ZP.
  • the components present in the housing 38 of the laser device 26 are separated from the combustion chamber 14 by the combustion chamber window 58. Since the combustion chamber window 58 during operation of the internal combustion engine high pressures and temperatures To withstand and at the same time be permeable to the laser light, there are only a few suitable materials, such as quartz glass or sapphire.
  • the combustion chamber window 58 performs a number of tasks.
  • a first object is to separate the interior of the laser device 26 from the pressures, temperatures and flue gases prevailing in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10. Therefore, the combustion chamber window 58 must be made of extremely pressure and temperature resistant material.
  • the combustion chamber window 58 is additionally designed such that it focuses the laser pulse 24 coupled out from the laser-active solid 44 to an ignition point ZP.
  • the focusing lens 52 (see FIG. 1b) can be omitted.
  • the focussing combustion chamber window 58 according to the invention shown in FIG. 1b is designed as a plane surface on the side facing the laser-active solid 44.
  • the curved side of the combustion chamber window 58 is designed as a plane surface on the side facing the solid 44.
  • FIG. 2 shows the detail X from FIG. 1b greatly enlarged.
  • the combustion chamber (not shown) on the right side of the combustion chamber window 58.
  • the solid-state laser 44, the passive Q-switching 46, and the focusing lens 52 are shown in Figures 2 to 6 on the left side of the combustion chamber window 58. They are not shown in Figures 2 to 6.
  • the housing 38 of the laser device 26 encloses the combustion chamber window 58 via a contact length L K ⁇ ntakt.
  • the contact length L K ⁇ n ta k t is shorter than a thickness D of the combustion chamber window 58.
  • the combustion chamber window 58 can be radially fixed in the housing 38.
  • the combustion chamber window 58 still by appropriate paragraphs (not shown) in the housing 38 or other means in the housing 38 to fix. The bonding, soldering or bonding of combustion chamber window 58 and housing 38 is possible.
  • a cage 62 is formed on the housing 38. This cage 62 has no direct contact with the combustion chamber window 58, but surrounds this area and thereby shields the combustion chamber window 58 in regions from the gas radiation. It is obvious that in the optically active region of the combustion chamber window 58, that is to say where the laser beam (see FIG. 1b) exits the combustion chamber window 58, this may not be shielded, since otherwise the laser beam will not enter the combustion chamber 14.
  • the cage also has a protection function which prevents failure of the connection between the combustion chamber window 58 and housing 38, the former falls into the combustion chamber 14 and causes engine damage.
  • FIG 3 an embodiment of a laser device according to the invention is also shown in section and greatly simplified.
  • a recess 64 is provided on the inner diameter of the housing 38, in which an insert 66 is pressed.
  • This insert 66 is used for improved and controlled heat removal of heat from the combustion chamber window 58. Therefore, it preferably consists of a good heat-conducting material that can be processed well beyond.
  • the insert 66 may be a short tube section, into which the recess 64 of the housing 38 is pressed.
  • the insert 66 has a provided with the reference numeral 68 length direct contact with the combustion chamber window 58. Again, on the by the choice and the design of the length 68 between insert 66 and combustion chamber window 58 and / or the contact length L K ⁇ n ta k t between the housing 38 and the combustion chamber window 58, the heat dissipation in a simple manner and yet are very effectively influenced.
  • 4 shows a further exemplary embodiment of a housing 38 according to the invention is shown simplified in a longitudinal section. In this embodiment, the housing 38 is double-walled, formed with an outer wall 70 and an inner wall 72. Between these walls 70 and 72 of the insert 66 is inserted from good heat conducting material.
  • the two walls 70 and 72 of the housing 38 from two tube sections arranged concentrically with one another and to weld them together in the area of the contact surface between the combustion chamber window 58 and the housing 38 (not shown).
  • a deep-drawing process in which between two sheets of the housing material, e.g. Steel, a sheet is arranged, which consists of the feedstock, e.g. Copper exists. This composite of a total of three sheets is then deep-drawn together.
  • the housing material e.g. Steel
  • the feedstock e.g. Copper
  • the housing 38 from metal powders, for example by sintering or metal injection molding.
  • the combustion chamber window 58 is fastened to an end face 74 of the sleeve-shaped housing 38. This connection can be made by bonding, gluing or otherwise. It is important, however, that the compound is a gas-tight separation of the
  • An advantage of this embodiment is that the diameter of the laser device is reduced. In addition, this embodiment is very material-saving in the production.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a laser device according to the invention.
  • the combustion chamber window 58 is fixed to the housing 38 in the axial direction.
  • the combustion chamber window is surrounded in regions by a cage 62.
  • This cage 62 also encloses the housing 38.
  • the cage 62 can be formed as a clamping nut and bolted to the housing 38.
  • the screw connection between the cage 62 and the housing 38 is shown stylized in FIG. 6 and identified by the reference numeral 78.
  • a plurality of evenly distributed over the circumference of webs 76 are provided on the cage 62, which allow the required power transmission in the axial direction between the cage 62 and the combustion chamber window 58.
  • a gap thickness S is entered as an example in FIG. This gap thickness is required to prevent the direct contact between the cage 62 and the combustion chamber window, since only then the desired shielding effect of the cage 62 is given.

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Abstract

Es wird eine Lasereinrichtung einer sogenannten Laserzündung vorgeschlagen, bei dem die Wärmeabfuhr zwischen einem Brennraumfenster (58) und einem Gehäuse (38) verbessert und in weiten Grenzen durch einfache Änderungen die Kühlung bzw. Temperatur des Brennraumfensters einstellbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Lasereinrichtung für die Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Bei einer sogenannten Laserzündung wird ein Laserstrahl in den Brennraum einer Brennkraftmaschine fokussiert und auf diese Weise das im Brennraum vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet. Dazu ist eine sogenannte Lasereinrichtung erforderlich, in welcher der Laserstrahl erzeugt und fokussiert wird. Um das Innere der Lasereinrichtung vom Brennraum, in dem naturgemäß hohe Drücke und Temperaturen herrschen, zu entkoppeln, ist, an der Lasereinrichtung ein sogenanntes Brennraumfenster vorhanden. Dieses Brennraumfenster ist, wie der Name schon andeutet, transmissiv für den Laserstrahl und kann auch fokussierend wirken. Damit die Laserzündung störungsfrei arbeitet, muss das Brennraumfenster über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine durchlässig für die Laserstrahlen sein. Allerdings kann es passieren, dass durch Ablagerungen des Abgases auf dem Brennraumfenster die erforderliche optische Transparenz des Brennraumfensters verloren geht.
Um diese Ablagerungen zu verhindern, ist, die Lasereinrichtung so auszulegen, dass die Betriebstemperatur an der dem Brennraum zugewandten Oberfläche des Brennraumfensters hoch genug ist, um Ablagerungen, vor allem organischer Art, abzubrennen beziehungsweise zu oxidieren.
Allerdings darf die Oberflächentemperatur des Brennraumfensters jedoch nicht so hoch werden, dass es zu Selbstentzündungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches an der Oberfläche des Brennraumfensters kommen kann.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lasereinrichtung anzugeben, bei der auf einfache und reproduzierbare Weise die während des Betriebs der Brennkraftmaschine sich einstellenden Oberflächentemperaturen des Brennraumfensters ausreichend genau einstellbar ist. Außerdem soll mit bei der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung durch geringfügige Änderungen einzelner Abmessungen oder Bauteileigenschaften die Oberflächentemperatur des Brennraumfensters beeinflusst werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Lasereinrichtung für eine Laserzündeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem laseraktiven Festkörper, mit einem Brennraumfenster und mit einem Gehäuse dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse ein Einsatz vorgesehen ist, der aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Gehäuses. Der Einsatz enthält insbesondere Kupfer, Messing, Aluminium oder einen Stahl, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Durch die Materialauswahl für den Einsatz und dessen Abmessungen ist es durch einfache Weise möglich, die Wärmeabfuhr zu steuern und in Folge dessen auch die sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine einstellende Oberflächentemperatur am Brennraumfenster hinreichend genau einzustellen. Hinreichend genau heißt im Zusammenhang mit der Erfindung, dass auf jeden Fall gewährleistet ist, dass auch unter ungünstigsten Betriebsverhältnissen, die Oberflächentemperatur nicht so hoch ist, dass sich das im Brennraum befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch unkontrolliert an der Oberfläche des Brennraumfensters entzündet. Diese obere Temperaturgrenze ist lastabhängig, so dass es nicht möglich ist, eine feste Temperaturobergrenze anzugeben.
Andererseits muss durch den erfindungsgemäßen Einsatz auch gewährleistet werden, dass zumindest in bestimmten Betriebszuständen die Oberflächentemperatur des Brennraumfensters so hoch wird, dass eventuell vorhandene Ablagerungen oxidiert und damit abgebaut werden. Dadurch wird über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine die optische Transparenz des Brennraumfensters gewährleistet.
Da der erfindungsgemäße Einsatz kostengünstig herstellbar ist, kann auch die erfindungsgemäße Lasereinrichtung verhältnismäßig kostengünstig hergestellt werden.
Durch die Variation von Material und/oder Abmessungen des Einsatzes und der Hauptabmessungen des Gehäuses können somit Lasereinrichtungen mit verschiedenen "Wärmewerten" hergestellt werden. Diese Lasereinrichtungen mit verschiedenen Wärmewerten können, da sie die gleichen Außenabmessungen haben, bei Bedarf gegeneinander ausgetauscht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster mindestens bereichsweise von dem Gehäuse umschlossen wird. Dadurch ist es möglich, eine gute Wärmeabführ vom Brennraumfenster in das Gehäuse zu gewährleisten. Diese gute Wärmeabfuhr hat großen Einfluss auf die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Einsatzes.
Um die Übertragung von Wärme durch Gasstrahlung auf das Brennraumfenster zu steuern kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, das Brennraumfenster teilweise durch einen Käfig von Brennraum der Brennkraftmaschine abzuschirmen. Dabei können Käfig und Gehäuse einstückig oder als getrennte Bauteile ausgeführt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gehäuses ist dieses doppelwandig ausgeführt und der Einsatz ist zwischen den Gehäusewänden angeordnet. Dadurch ist es möglich, den Einsatz gewissermaßen unsichtbar im Gehäuse unterzubringen und gleichzeitig im Gehäuse einzuschließen. Dadurch werden unerwünschte Wechselwirkungen zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz aufgrund der unterschiedlichen Materialien verhindert
Eine herstellungstechnisch besonders einfache und daher vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Einsatz innen an einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass der Einsatz direkten Kontakt mit dem Brennraumfenster hat, so dass die Wärmeabfuhr nochmals verbessert wird. Über die Kontaktlänge zwischen Gehäuse beziehungsweise Einsatz einerseits und dem Brennraumfenster andererseits kann auf einfache Weise die Wärmeabfuhr bei gleichen Bauteilabmessungen eingestellt und beeinflusst werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster und das Gehäuse axial und/oder radial miteinander verbunden sind. Dies kann durch einen Presssitz, durch Klemmen, durch Verkleben oder Bonden oder andere stoffschlüssige Fügverfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 a eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer laserbasierten
Zündeinrichtung;
Figur Ib eine schematische Darstellung der Zündeinrichtung aus Figur 1
Figur Ic eine Zündeinrichtung mit fokussierendem Brennraumfenster und - A -
Figuren 2 bis 6 Ausfuhrungsbeispiele erfindungsgemäßer Lasereinrichtungen.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur Ia insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen oder mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff- Druckspeicher 20 angeschlossen ist. Alternativ kann die Gemischbildung auch außerhalb des Brennraums 14 , zum Beispiel im Saugrohr, stattfinden
Das im Brennraum 14 vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch 22 wird mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer eine Lasereinrichtung 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.
Wie aus Figur Ib hervorgeht, speist die Pumplichtquelle 30 mehrere Lichtleitereinrichtungen 28 für verschiedene Lasereinrichtungen 26, die jeweils einem Zylinder 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Hierzu weist die Pumplichtquelle 30 mehrere einzelne Laserlichtquellen 340 auf, die mit einer Pulsstromversorgung 36 verbunden sind. Durch das Vorhandensein der mehreren einzelnen Laserlichtquellen 340 ist gleichsam eine „ruhende" Verteilung von Pumplicht an die verschiedenen Lasereinrichtungen 26 realisiert, so dass keine optischen Verteiler oder dergleichen zwischen der Pumplichtquelle 30 und den Lasereinrichtungen 26 erforderlich sind.
Die Lasereinrichtung 26 weist beispielsweise einen laseraktiven Festkörper 44 mit einer passiven Güteschaltung 46 auf, die zusammen mit einem Einkoppelspiegel 42 und einem Auskoppelspiegel 48 einen optischen Resonator bildet. Unter Beaufschlagung mit von der Pumplichtquelle 30 erzeugtem
Pumplicht erzeugt die Lasereinrichtung 26 in an sich bekannter Weise einen Laserimpuls 24, der durch eine fokussierende Linse 52 und das Brennraumfenster 58 auf einen in dem Brennraum 14 befindlichen Zündpunkt ZP fokussiert ist. Die in dem Gehäuse 38 der Lasereinrichtung 26 vorhandenen Komponenten sind durch das Brennraumfenster 58 von dem Brennraum 14 getrennt. Da das Brennraumfenster 58 während des Betriebs der Brennkraftmaschine hohen Drücken und Temperaturen standhalten und gleichzeitig durchlässig für das Laserlicht sein muss, gibt es nur wenige geeignete Werkstoffe, wie zum Beispiel Quarzglas oder Saphir.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 b und Ic übernimmt das Brennraumfenster 58 mehrere Aufgaben. Eine erste Aufgabe besteht darin, das Innere der Lasereinrichtung 26 von den im Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 herrschenden Drücken, Temperaturen und Rauchgasen zu trennen. Daher muss das Brennraumfenster 58 aus extrem druck- und temperaturbeständigem Material hergestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur Ic ist das Brennraumfenster 58 zusätzlich so ausgebildet, dass sie den von dem laseraktiven Festkörper 44 ausgekoppelten Laserimpuls 24 auf einen Zündpunkt ZP zu fokussiert. Dadurch kann die fokussierende Linse 52 (siehe Fig. Ib) entfallen.
Zu diesem Zweck ist das in Figur Ib dargestellte erfindungsgemäße fokussierende Brennraumfenster 58 auf der dem laseraktiven Festkörper 44 zugewandten Seite als Planfläche ausgebildet. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die gekrümmte Seite des Brennraumfensters 58 auf der dem Festkörper 44 zugewandten Seite anzuordnen.
Durch die Doppelfunktion des Brennraumfensters 58 ergibt sich neben einer erheblichen Kosteneinsparung, durch die Reduktion der Zahl der Bauteile auch eine Einsparung an Bauraumbedarf.
In Figur 2 ist das Detail X aus der Figur Ib stark vergrößert dargestellt. Dabei befindet sich, anders als in Figur Ib, der Brennraum (nicht dargestellt) auf der rechten Seite des Brennraumfensters 58. Der Festkörperlaser 44, die passive Güteschaltung 46, und die fokussierende Linse 52 (siehe Figur Ib) befinden sich in den Figuren 2 bis 6 auf der linken Seite des Brennraumfensters 58. Sie sind in den Figuren 2 bis 6 nicht dargestellt.
Wie sich aus Figur 2 ergibt, umschließt das Gehäuse 38 der Lasereinrichtung 26 über eine Kontaktlänge LKθntakt das Brennraumfenster 58.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Kontaktlänge LKθntakt kürzer als eine Dicke D des Brennraumfensters 58. Durch einen Querpresssitz im Bereich der Kontaktfläche zwischen Gehäuse 38 und Brennraumfenster 58 kann das Brennraumfenster 58 radial in dem Gehäuse 38 fixiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Brennraumfenster 58 noch durch entsprechende Absätze (nicht dargestellt) im Gehäuse 38 oder andere Mittel in dem Gehäuse 38 zu fixieren. Auch das Bonden, Löten oder Verkleben von Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 ist möglich.
Es liegt auf der Hand, dass über die Kontaktlänge LKθntakt und damit auch die Kontaktfläche zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 die Wärmeabfuhr aus dem Brennraumfenster 58 in das Gehäuse 38 auf einfache Weise und mit sehr guter Reproduzierbarkeit einstellbar ist.
Damit eine dem Brennraum 14 (siehe Figur Ia) der Brennkraftmaschine 10 zugewandte Oberfläche 60 des Brennraumfensters gegen die Gasstrahlung des entzündeten Gas-Luft-Gemischs teilweise abgeschirmt wird, ist an dem Gehäuse 38 ein Käfig 62 ausgebildet. Dieser Käfig 62 hat keinen direkten Kontakt mit dem Brennraumfenster 58, sondern umgibt dieses bereichsweise und schirmt dadurch das Brennraumfenster 58 bereichsweise von der Gasstrahlung ab. Es liegt auf der Hand, dass in dem optisch aktiven Bereich des Brennraumfensters 58, das heißt dort wo der Laserstrahl (siehe Figur Ib) aus dem Brennraumfenster 58 austritt, dieses nicht abgeschirmt werden darf, da sonst der Laserstrahl nicht in den Brennraum 14 gelangt.
Schließlich hat der Käfig auch eine Schutzfunktion, die verhindert, das bei Versagen der Verbindung zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38, das erstere in den Brennraum 14 fällt und einen Motorschaden verursacht.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung ebenfalls im Schnitt und stark vereinfacht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am Innendurchmesser des Gehäuses 38 eine Aussparung 64 vorhanden, in die ein Einsatz 66 eingepresst ist. Dieser Einsatz 66 dient zur verbesserten und kontrollierten Wärmeabfuhr von Wärme aus dem Brennraumfenster 58. Daher besteht er bevorzugt aus einem gut wärmeleitenden Material, dass sich darüber hinaus gut bearbeiten lässt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 kann der Einsatz 66 ein kurzer Rohrabschnitt sein, der in den die Aussparung 64 des Gehäuses 38 eingepresst wird.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Einsatz 66 über eine mit dem Bezugszeichen 68 versehene Länge direkten Kontakt mit dem Brennraumfenster 58. Auch hier kann wieder über die durch die Wahl und die Bemessung der Länge 68 zwischen Einsatz 66 und Brennraumfenster 58 und/oder die Kontaktlänge LKθntakt zwischen Gehäuse 38 und Brennraumfenster 58 die Wärmeabfuhr auf einfache Weise und doch sehr wirkungsvoll beeinflusst werden. In Figur 4 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses 38 vereinfacht im Längsschnitt dargestellt. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel ist das Gehäuse 38 doppelwandig, mit einer äußeren Wand 70 und einer inneren Wand 72 ausgebildet. Zwischen diesen Wänden 70 und 72 ist der Einsatz 66 aus gut wärmeleitendem Material eingefügt.
Es ist möglich, die beiden Wände 70 und 72 des Gehäuses 38 aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohrabschnitten herzustellen und diese im Bereich der Kontaktfläche zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 miteinander zu verschweißen (nicht dargestellt). Alternativ ist es auch möglich, durch Einstechdrehen eine entsprechende Nut in das Gehäuse 38 einzustechen und in den dadurch entstandenen Hohlraum den Einsatz 66 einzupressen.
Für die Herstellung in großen Stückzahlen besonders vorteilhaft ist ein Tiefziehprozess bei dem zwischen zwei Blechen, die aus dem Gehäusematerial, z.B. Stahl bestehen ein Blech angeordnet ist, das aus dem Einsatzmaterial, z.B. Kupfer besteht. Dieser Verbund aus insgesamt drei Blechen wird dann gemeinsam tiefgezogen.
Schließlich ist es auch möglich, das Gehäuse 38 aus Metallpulvern herzustellen, zum Beispiel durch Sintern oder Metal Injection Moulding.
Allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Gehäuses 38 ist gemeinsam, dass das Brennraumfenster radial im Gehäuse 38 befestigt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist das Brennraumfenster 58 an einer Stirnseite 74 des hülsenförmigen Gehäuses 38 befestigt. Diese Verbindung kann durch Bonden, Kleben oder auf andere Weise erfolgen. Wichtig ist jedoch, dass die Verbindung eine gasdichte Abtrennung des
Gehäuseinneren von den im Brennraum (siehe Figur Ia) vorhandenen Gasen und den dort herrschenden Drücken und Temperaturen erfolgt.
Vorteilhaft an diesem Ausführungsbeispiel ist, dass der Durchmesser der Lasereinrichtung reduziert wird. Außerdem ist dieses Ausführungsbeispiel sehr materialsparend in der Herstellung.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung vorgesehen. Bei dieser Lasereinrichtung wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 auch, das Brennraumfenster 58 in axialer Richtung an dem Gehäuse 38 fixiert. Allerdings wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 das Brennraumfenster bereichsweise von einem Käfig 62 umgeben. Dieser Käfig 62 umschließt auch das Gehäuse 38. Um die erforderliche Fixierung des Brennraumfensters 58 relativ zum Gehäuse 38 zu erreichen, kann der Käfig 62 als Spannmutter ausgebildet werden und mit dem Gehäuse 38 verschraubt werden. Dadurch kann das Brennraumfenster 58 zwischen dem Käfig 62 und dem Gehäuse 38 in axialer Richtung eingespannt werden. Die Verschraubung zwischen Käfig 62 und Gehäuse 38 ist stilisiert in Figur 6 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 78 gekennzeichnet.
Alternativ ist es auch möglich, den Käfig 62 und das Gehäuse 38 durch Schweißen, Kleben und/oder Löten miteinander zu verbinden.
Dazu sind an dem Käfig 62 mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Stege 76 vorhanden, welche die erforderliche Kraftübertragung in axialer Richtung zwischen Käfig 62 und Brennraumfenster 58 ermöglichen.
Eine Spaltdicke S ist in Figur 6 exemplarisch eingetragen. Diese Spaltdicke ist erforderlich, um den direkten Kontakt zwischen Käfig 62 und Brennraumfenster zu unterbinden, da nur dann die gewünschte Abschirmwirkung des Käfigs 62 gegeben ist.

Claims

Ansprüche
1. Lasereinrichtung für eine Laserzündeinrichtung (27) einer Brennkraftmaschine, mit einem laseraktiven Festkörper (44), mit einem Brennraumfenster (58) und mit einem Gehäuse (38), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (38) ein Einsatz (66) vorgesehen ist, der aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Gehäuses.
2. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumfenster (58) mindestens bereichsweise (LKθntakt) von dem Gehäuse (38) umschlossen wird.
3. Lasereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumfenster (58) teilweise durch einen Käfig (62) von dem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine (10) abgeschirmt ist.
4. Lasereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (62) und das Gehäuse (38) einstückig ausgebildet sind.
5. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) bereichsweise doppelwandig ausgeführt ist, und dass der Einsatz (66) zwischen den Gehäusewänden (70, 72) angeordnet ist.
6. Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (66) innen an einer Gehäusewand angeordnet ist. (Figur 3)
7. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (66) direkten Kontakt mit dem Brennraumfenster (58) hat. (Figur 3)
8. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (66) form- und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse (38) verbunden ist.
9. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumfenster (58) und das Gehäuse (38) axial und/oder radial miteinander verbunden sind.
10. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laseraktive Festkörper (44) eine passive Güteschaltung (46), einen Einkoppelspiegel (42) und/oder einen Auskoppelspiegel (48) umfasst.
11. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (66) Kupfer, Messing, ein Edelmetall, Aluminium und/oder einen Stahl enthält.
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