WO2011085853A1 - Laser ignition device - Google Patents

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WO2011085853A1
WO2011085853A1 PCT/EP2010/068258 EP2010068258W WO2011085853A1 WO 2011085853 A1 WO2011085853 A1 WO 2011085853A1 EP 2010068258 W EP2010068258 W EP 2010068258W WO 2011085853 A1 WO2011085853 A1 WO 2011085853A1
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WO
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prechamber
primary
laser
chamber
ignition device
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Application number
PCT/EP2010/068258
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German (de)
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Inventor
Werner Herden
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
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    • F02B19/1061—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s) pre-combustion chamber and cylinder having both intake ports or valves, e.g. HONDS CVCC with residual gas chamber, e.g. containing spark plug
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    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1095—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with more than one pre-combustion chamber (a stepped form of the main combustion chamber above the piston is to be considered as a pre-combustion chamber if this stepped portion is not a squish area)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a laser ignition device for an internal combustion engine, in particular a large gas engine, having a primary pre-chamber having a laser spark plug, which is adapted to irradiate laser radiation in the primary prechamber.
  • a secondary prechamber is provided, which is so connected to the laser spark plug and / or the primary prechamber that at least one overflow channel of the primary prechamber a
  • Fluid connection between an interior of the primary pre-chamber and an interior of the secondary prechamber manufactures.
  • the lean limit in the combustion chamber of the internal combustion engine can be extended, resulting in a reduction in the tendency to knock of an inventively ignited internal combustion engine and a
  • the laser ignition device By means of the laser ignition device according to the invention with its cascaded primary and secondary prechambers, particularly high-energy ignition flares for a main combustion chamber of the internal combustion engine are generated, which enable reliable ignition even with lean mixtures in the main combustion chamber.
  • the laser spark plug is adapted to irradiate the laser radiation to an ignition point, in particular to bundle, which is in a secondary antechamber facing area, for example, half space, the primary prechamber.
  • this area is particularly low in residual gas and therefore enables reliable laser ignition in the primary prechamber.
  • the laser spark plug is formed so that the ignition point is located directly in the region of the overflow channels of the primary antechamber.
  • the volume of the primary antechamber is between about 0.5 cm 3 and about 2 cm 3 .
  • the volume of the secondary prechamber is between about 4 cm 3 and about 30 cm 3 . According to another variant of the invention, it is provided that a
  • Volume ratio between a volume of the secondary prechamber and a volume of the primary prechamber is between about 2 and about 60, in particular between about 5 and about 20.
  • a particularly efficient operation of the laser ignition device according to the invention is given according to a further advantageous variant of the invention in that the primary prechamber between about 1 to about 5 overflow has a fluid communication between the interior of the primary prechamber and a space surrounding the primary antechamber, in particular the interior of the secondary antechamber.
  • the primary prechamber and / or the secondary prechamber are designed as an unsprayed prechamber, which advantageously eliminates the additional design effort for a fresh gas purge of the prechamber (saving of pressure generation, gas distribution and gas valves).
  • the principle according to the invention advantageously makes it possible, especially with large bore diameters of cylinders of the internal combustion engine, to operate the secondary pre-chamber moderately lean, in particular with
  • Lambda values between about 1 3 and about 2.3 which advantageously results in a reduction of nitrogen oxides (NO x ) and soot.
  • the primary prechamber and the secondary prechamber are advantageously optimally sized
  • Torch reaches the emerging from the secondary antechamber in the combustion chamber ignition torches, which leads to a significant increase in efficiency of the combustion introduction or combustion.
  • the principle according to the invention advantageously makes it possible to increase turbulence-increasing, but usually efficiency-damaging, measures in the main combustion chamber, such as, for example, the provision of brusque conditions
  • Figure 1 shows schematically a partial cross section of a first embodiment of the laser ignition device according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of a combustion chamber-facing end region of a further embodiment of the invention
  • Figure 1 shows schematically a partial cross section of a first
  • Embodiment of a laser ignition device 100 according to the invention.
  • the laser ignition device 100 has a laser spark plug 110 which generates laser radiation 20 in a manner known per se.
  • the laser spark plug 110 which generates laser radiation 20 in a manner known per se.
  • Laser spark plug 1 10 a laser device 1 12 with a laser-active
  • the laser spark plug 110 may also be configured to guide and / or amplify laser radiation generated by a laser light source located remotely.
  • the laser spark plug 1 10 has a focusing lens 1 14, which bundles the laser light 20 generated in this case by the laser device 1 12 to an ignition point ZP.
  • the laser spark plug 1 10 also has a combustion chamber window 1 16, which is optically downstream of the focusing optics 1 14 and an interior of the
  • the primary prechamber 120 is advantageously integrally connected to the remaining housing of the laser spark plug 110.
  • the laser ignition device 100 is a secondary
  • Prechamber 130 is provided, the so with the laser spark plug 1 10th
  • the primary pre-chamber 120 connectable, that at least one overflow channel 121 a, 121 b, 121 c of the primary pre-chamber 120 fluid communication between the interior 122 of the primary
  • Prechamber 120 and an interior 132 of the secondary prechamber 130 manufactures.
  • This configuration according to the invention advantageously implements a multi-stage pre-chamber arrangement which enables the production of particularly high-energy ignition torches which emerge from the secondary prechamber 130 into a surrounding space, for example a combustion chamber of an internal combustion engine containing the laser ignition device 100, around an ignitable mixture located there to ignite.
  • the laser spark plug 110 is designed to irradiate the laser radiation 20 to an ignition point ZP which lies in a region 122a of the primary prechamber 120 facing the secondary prechamber 130, in particular in the region of the overflow channels 121a, 121b. 121 c. Investigations by the Applicant According to this area 122a during operation of the laser ignition 100 particularly low in residual gas, whereby a reliable laser ignition is possible.
  • the ignition point ZP is preferably located in a half space of the primary prechamber 120 facing the secondary prechamber 130.
  • the laser ignition from the primary pre-chamber 120 via the overflow channels 121 a, 121 b, 121 c emerging Zündfackeln an efficient ignition of the present in the secondary prechamber 130 ignitable mixture is possible.
  • the exposure of the interior 132 of the secondary pre-chamber 130 with high-energy ignition flares from the primary pre-chamber 120 advantageously allows a moderately lean operation of the secondary pre-chamber 130, that is, for example, with lambda values between about 1, 3 and about 2.3
  • Nitrogen oxide emissions and soot formation can be reduced advantageously.
  • the primary prechamber 120 can also be detachably connectable to the laser spark plug 110, for example by means of a screw connection.
  • the secondary prechamber 130 can advantageously be integrated directly into a cylinder head 300 (FIG. 2) of an internal combustion engine, while the structural unit of laser spark plug 110 (FIG. 1) and primary prechamber 120 can be screwed into the secondary prechamber 130.
  • FIG. 2 shows the ignition torches 124 resulting during the laser ignition and emerging from the primary prechamber 120 or its interior 122, which ignite the ignitable mixture present in the interior 132 of the secondary prechamber 130.
  • the ignition torches 134 can be seen from FIG. 2, which result as a result of the ignition in the secondary prechamber 130 and exit through the overflow channels 131 a, 131 b, 131 c (FIG. 1) into the combustion chamber 200 of the internal combustion engine.
  • a volume of the primary pre-chamber 120 is between about 0.5 cm 3 and about 2 cm 3 .
  • laser ignition device 100 is a volume of the secondary prechamber 130 between about 4 cm 3 and about 30 cm 3 . Furthermore, it may be particularly preferred that a
  • Volume ratio between a volume of the secondary pre-chamber 130 and a volume of the primary pre-chamber 120 is between about 2 and about 60, in particular between about 5 and about 20.
  • the primary pre-chamber 120 advantageously has between about 1 to about 5 transfer channels 121 a, .., the fluid connection between the interior 122 of the primary prechamber 120 and the primary chamber surrounding the first chamber area 120, in particular the interior 132 of the secondary pre-chamber 130 produce ,
  • the primary prechamber 120 and / or the secondary prechamber 130 may be formed as an unspurged prechamber.
  • the range and direction of Zündfackeln 124, 134 is by selecting suitable bore diameter for the overflow channels 121 a, .., 131 a, .. and by the orientation of the overflow to the geometry of the space to be acted upon, in particular to the geometry of the interior 132nd the secondary prechamber 130 or in the case of the overflow channels of the secondary prechamber 130 to adapt to the geometry of the combustion chamber 200.
  • the adaptation should in particular be such that after the penetration and spreading of the ignition flares 124, 134 in the space to be acted upon
  • the volumes of the prechambers 120, 130 can advantageously be adapted individually to the respective calorific value of the ignitable mixture used.
  • the number of the overflow channels of the secondary pre-chamber 130 and their orientation is the geometry of the main combustion chamber 200 adapt.
  • the secondary pre-chamber 130 or its overflow channels is designed so that a radial torch reach - in relation to a longitudinal axis of the laser spark plug 1 10 - corresponds approximately to a bore radius of the combustion chamber 200 and the associated cylinder.

Abstract

The invention relates to a laser ignition device (100) for an internal combustion engine, in particular a large gas engine, having a laser spark plug (110) which has a primary antechamber (120) and which is designed to radiate laser radiation (20) into the primary antechamber (120). According to the invention, a secondary antechamber (130) is provided, which is connected to the laser spark plug (110) and/or the primary antechamber (120) in such a way that at least one transfer port (121a, 121b, 121c) of the primary antechamber (120) produces a fluid connection between an interior (122) of the primary antechamber (120) and an interior (132) of the secondary antechamber (130).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Laserzündeinrichtung Stand der Technik  Laser ignition device prior art
Die Erfindung betrifft eine Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Großgasmotor, mit einer eine primäre Vorkammer aufweisenden Laserzündkerze, die dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung in die primäre Vorkammer einzustrahlen. The invention relates to a laser ignition device for an internal combustion engine, in particular a large gas engine, having a primary pre-chamber having a laser spark plug, which is adapted to irradiate laser radiation in the primary prechamber.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine effizientere Zündung gegeben ist. It is an object of the present invention to improve a laser ignition device of the type mentioned in that a more efficient ignition is given.
Diese Aufgabe wird bei der Laserzündeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine sekundäre Vorkammer vorgesehen ist, die so mit der Laserzündkerze und/oder der primären Vorkammer verbindbar ist, dass mindestens ein Überströmkanal der primären Vorkammer eine This object is achieved in the laser ignition device of the type mentioned in the present invention, that a secondary prechamber is provided, which is so connected to the laser spark plug and / or the primary prechamber that at least one overflow channel of the primary prechamber a
Fluidverbindung zwischen einem Innenraum der primären Vorkammer und einem Innenraum der sekundären Vorkammer herstellt. Fluid connection between an interior of the primary pre-chamber and an interior of the secondary prechamber manufactures.
Die erfindungsgemäße Hintereinanderanordnung der primären Vorkammer und der sekundären Vorkammer ermöglicht vorteilhaft die Erzeugung von The sequential arrangement according to the invention of the primary prechamber and the secondary prechamber advantageously enables the generation of
verhältnismäßig energiereichen Zündfackeln, welche aus der sekundären Vorkammer in einen Brennraum der Brennkraftmaschine austreten und das dort vorliegende zündfähige Gemisch effizient entzünden können. Durch die erfindungsgemäße Fackelzündung in der sekundären Vorkammer, die mittels Zündfackeln bewirkt wird, welche sich aus der lasergezündeten primären Vorkammer in die sekundäre Vorkammer ausbreiten, wird in der sekundären Vorkammer ein großer Druckgradient und somit eine hohe Druckdifferenz zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugt, wodurch vorteilhaft das schnelle und weitreichende Austreiben von Zündfackeln aus der sekundären Vorkammer in den Brennraum gewährleistet wird. relatively high-energy ignition torches, which emerge from the secondary antechamber into a combustion chamber of the internal combustion engine and can ignite the flammable mixture present there efficiently. By means of the inventive flare ignition in the secondary prechamber, which is effected by means of ignition flares, which propagate from the laser ignited primary prechamber into the secondary prechamber, a large pressure gradient and thus a high pressure difference to the combustion chamber of the internal combustion engine are produced in the secondary prechamber, which is advantageous the fast and far-reaching expulsion of Zündfackeln from the secondary antechamber is ensured in the combustion chamber.
Dadurch kann die Magergrenze in dem Brennraum der Brennkraftmaschine erweitert werden, es ergibt sich eine Reduzierung der Klopfneigung einer erfindungsgemäß gezündeten Brennkraftmaschine sowie eine As a result, the lean limit in the combustion chamber of the internal combustion engine can be extended, resulting in a reduction in the tendency to knock of an inventively ignited internal combustion engine and a
Wirkungsgradsteigerung des gesamten Verbrennungsprozesses. Increasing the efficiency of the entire combustion process.
Durch die erfindungsgemäße Laserzündeinrichtung mit ihren kaskadierten primären und sekundären Vorkammern werden besonders energiereiche Zündfackeln für einen Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine erzeugt, die ein sicheres Zünden auch bei mageren Gemischen in dem Hauptbrennraum ermöglichen. By means of the laser ignition device according to the invention with its cascaded primary and secondary prechambers, particularly high-energy ignition flares for a main combustion chamber of the internal combustion engine are generated, which enable reliable ignition even with lean mixtures in the main combustion chamber.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen In an advantageous embodiment of the invention
Laserzündeinrichtung ist vorgesehen, dass die Laserzündkerze dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung auf einen Zündpunkt einzustrahlen, insbesondere zu bündeln, der in einem der sekundären Vorkammer zugewandten Bereich, beispielsweise Halbraum, der primären Vorkammer liegt. Dieser Bereich ist Untersuchungen der Anmelderin zufolge besonders restgasarm und ermöglicht daher eine sichere Laserzündung in der primären Vorkammer. Besonders bevorzugt ist die Laserzündkerze so ausgebildet, dass der Zündpunkt direkt im Bereich der Überströmkanäle der primären Vorkammer liegt. Laser ignition device is provided, that the laser spark plug is adapted to irradiate the laser radiation to an ignition point, in particular to bundle, which is in a secondary antechamber facing area, for example, half space, the primary prechamber. According to the applicant, this area is particularly low in residual gas and therefore enables reliable laser ignition in the primary prechamber. Particularly preferably, the laser spark plug is formed so that the ignition point is located directly in the region of the overflow channels of the primary antechamber.
Einer weiteren Erfindungsvariante zufolge beträgt das Volumen der primären Vorkammer zwischen etwa 0,5 cm3 und etwa 2 cm3. According to a further variant of the invention, the volume of the primary antechamber is between about 0.5 cm 3 and about 2 cm 3 .
Einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung zufolge beträgt das Volumen der sekundären Vorkammer zwischen etwa 4 cm3 und etwa 30 cm3. Einer weiteren Erfindungsvariante zufolge ist vorgesehen, dass ein According to another embodiment of the laser ignition device according to the invention, the volume of the secondary prechamber is between about 4 cm 3 and about 30 cm 3 . According to another variant of the invention, it is provided that a
Volumenverhältnis zwischen einem Volumen der sekundären Vorkammer und einem Volumen der primären Vorkammer zwischen etwa 2 und etwa 60 beträgt, insbesondere zwischen etwa 5 und etwa 20. Volume ratio between a volume of the secondary prechamber and a volume of the primary prechamber is between about 2 and about 60, in particular between about 5 and about 20.
Ein besonders effizienter Betrieb der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung ist einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge dadurch gegeben, dass die primäre Vorkammer zwischen etwa 1 bis etwa 5 Überströmkanäle aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum der primären Vorkammer und einem die primäre Vorkammer umgebenden Raumbereich, insbesondere dem Innenraum der sekundären Vorkammer, herstellen. A particularly efficient operation of the laser ignition device according to the invention is given according to a further advantageous variant of the invention in that the primary prechamber between about 1 to about 5 overflow has a fluid communication between the interior of the primary prechamber and a space surrounding the primary antechamber, in particular the interior of the secondary antechamber.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die primäre Vorkammer und/oder die sekundäre Vorkammer als ungespülte Vorkammer ausgebildet sind, wodurch vorteilhaft der zusätzliche konstruktive Aufwand für eine Frischgasspülung der Vorkammer entfällt (Einsparung von Druckerzeugung, Gasverteilung und Gasventilen). In a further very advantageous embodiment of the invention, it is provided that the primary prechamber and / or the secondary prechamber are designed as an unsprayed prechamber, which advantageously eliminates the additional design effort for a fresh gas purge of the prechamber (saving of pressure generation, gas distribution and gas valves).
Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht vorteilhaft insbesondere auch bei großen Bohrungsdurchmessern von Zylindern der Brennkraftmaschine einen mäßig mageren Betrieb der sekundären Vorkammer, insbesondere mit The principle according to the invention advantageously makes it possible, especially with large bore diameters of cylinders of the internal combustion engine, to operate the secondary pre-chamber moderately lean, in particular with
Lambdawerten zwischen etwa 1 3 und etwa 2,3, wodurch sich vorteilhaft eine Reduzierung von Stickoxiden (NOx) sowie von Ruß ergibt. Lambda values between about 1 3 and about 2.3, which advantageously results in a reduction of nitrogen oxides (NO x ) and soot.
Ferner ergeben sich durch die erfindungsgemäße Kaskadierung der primären Vorkammer und der sekundären Vorkammer vorteilhaft optimal große Furthermore, due to the cascading according to the invention, the primary prechamber and the secondary prechamber are advantageously optimally sized
Fackelreichweiten der aus der sekundären Vorkammer in den Brennraum austretenden Zündfackeln, was zu einer signifikanten Wirkungsgradsteigerung der Verbrennungseinleitung beziehungsweise Verbrennung führt. Torch reaches the emerging from the secondary antechamber in the combustion chamber ignition torches, which leads to a significant increase in efficiency of the combustion introduction or combustion.
Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Prinzip vorteilhaft, auf turbulenzsteigernde, üblicherweise aber wirkungsgradschädliche Maßnahmen in dem Hauptbrennraum, wie beispielsweise die Vorsehung von schroffen In particular, the principle according to the invention advantageously makes it possible to increase turbulence-increasing, but usually efficiency-damaging, measures in the main combustion chamber, such as, for example, the provision of brusque conditions
Kolbenmulden, enger Quetschspalte oder auch einer sonstigen Erhöhung der Brennraumoberfläche, einer Drall- oder Tumble-Erzeugung, zu reduzieren oder zu verzichten. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der Piston wells, narrow nips or any other increase in the combustion chamber surface, a swirl or tumble generation to reduce or dispense. Further advantages, features and details emerge from the
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. following description, in which with reference to the drawing, various embodiments of the invention are shown. The features mentioned in the claims and the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination.
In der Zeichnung zeigt: In the drawing shows:
Figur 1 schematisch einen teilweisen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung, und Figure 1 shows schematically a partial cross section of a first embodiment of the laser ignition device according to the invention, and
Figur 2 eine Detailansicht eines brennraumzgewandten Endbereichs einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen FIG. 2 shows a detailed view of a combustion chamber-facing end region of a further embodiment of the invention
Laserzündeinrichtung in einem teilweisen Querschnitt.  Laser ignition in a partial cross section.
Figur 1 zeigt schematisch einen teilweisen Querschnitt einer ersten Figure 1 shows schematically a partial cross section of a first
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung 100. Die Laserzündeinrichtung 100 verfügt über eine Laserzündkerze 1 10, die in an sich bekannter Weise Laserstrahlung 20 erzeugt. Beispielsweise kann die Embodiment of a laser ignition device 100 according to the invention. The laser ignition device 100 has a laser spark plug 110 which generates laser radiation 20 in a manner known per se. For example, the
Laserzündkerze 1 10 eine Lasereinrichtung 1 12 mit einem laseraktiven Laser spark plug 1 10 a laser device 1 12 with a laser-active
Festkörper und einer passiven Güteschaltung aufweisen, die mit Pumplicht beaufschlagt werden, um energiereiche Laserzündimpulse zu erzeugen. Have solid state and a passive Q-switching, which are acted upon by pumping light to produce high-energy laser ignition pulses.
Alternativ hierzu kann die Laserzündkerze 1 10 auch dazu ausgebildet sein, von einer entfernt angeordneten Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahlung zu führen und/oder zu verstärken. Alternatively, the laser spark plug 110 may also be configured to guide and / or amplify laser radiation generated by a laser light source located remotely.
Die Laserzündkerze 1 10 verfügt über eine Fokussieroptik 1 14, die das vorliegend von der Lasereinrichtung 1 12 erzeugte Laserlicht 20 auf einen Zündpunkt ZP bündelt. The laser spark plug 1 10 has a focusing lens 1 14, which bundles the laser light 20 generated in this case by the laser device 1 12 to an ignition point ZP.
Die Laserzündkerze 1 10 verfügt ferner über ein Brennraumfenster 1 16, das der Fokussieroptik 1 14 optisch nachgeordnet ist und einen Innenraum der The laser spark plug 1 10 also has a combustion chamber window 1 16, which is optically downstream of the focusing optics 1 14 and an interior of the
Laserzündkerze 1 10 von dem Innenraum 122 einer primären Vorkammer 120 trennt, die der Laserzündkerze 1 10 zugeordnet ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die primäre Vorkammer 120 vorteilhaft einstückig mit dem restlichen Gehäuse der Laserzündkerze 1 10 verbunden. Laser spark plug 1 10 from the interior 122 of a primary prechamber 120 which is associated with the laser spark plug 1 10 separates. In the present embodiment, the primary prechamber 120 is advantageously integrally connected to the remaining housing of the laser spark plug 110.
Erfindungsgemäß ist bei der Laserzündeinrichtung 100 eine sekundäre According to the invention, in the laser ignition device 100 is a secondary
Vorkammer 130 vorgesehen, die so mit der Laserzündkerze 1 10 Prechamber 130 is provided, the so with the laser spark plug 1 10th
beziehungsweise vorliegend mit der primären Vorkammer 120, verbindbar ist, dass mindestens ein Überströmkanal 121 a, 121 b, 121 c der primären Vorkammer 120 eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 122 der primären or in the present case with the primary pre-chamber 120, connectable, that at least one overflow channel 121 a, 121 b, 121 c of the primary pre-chamber 120 fluid communication between the interior 122 of the primary
Vorkammer 120 und einem Innenraum 132 der sekundären Vorkammer 130 herstellt.  Prechamber 120 and an interior 132 of the secondary prechamber 130 manufactures.
Durch diese erfindungsgemäße Konfiguration ist vorteilhaft eine mehrstufige Vorkammeranordnung realisiert, welche die Erzeugung von besonders energiereichen Zündfackeln ermöglicht, die aus der sekundären Vorkammer 130 in einen sie umgebenden Raum, beispielsweise einen Brennraum einer die Laserzündeinrichtung 100 enthaltenden Brennkraftmaschine, austreten, um ein dort befindliches zündfähiges Gemisch zu entzünden. This configuration according to the invention advantageously implements a multi-stage pre-chamber arrangement which enables the production of particularly high-energy ignition torches which emerge from the secondary prechamber 130 into a surrounding space, for example a combustion chamber of an internal combustion engine containing the laser ignition device 100, around an ignitable mixture located there to ignite.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die Laserzündkerze 1 10 dazu ausgebildet, die Laserstrahlung 20 auf einen Zündpunkt ZP einzustrahlen, der in einem der sekundären Vorkammer 130 zugewandten Bereich 122a der primären Vorkammer 120 liegt, insbesondere im Bereich der Überströmkanäle 121 a, 121 b, 121 c. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ist dieser Bereich 122a während des Betriebs der Laserzündeinrichtung 100 besonders restgasarm, wodurch eine zuverlässige Laserzündung ermöglicht ist. Generell liegt der Zündpunkt ZP bevorzugt in einem der sekundären Vorkammer 130 zugewandten Halbraum der primären Vorkammer 120. In the embodiment according to FIG. 1, the laser spark plug 110 is designed to irradiate the laser radiation 20 to an ignition point ZP which lies in a region 122a of the primary prechamber 120 facing the secondary prechamber 130, in particular in the region of the overflow channels 121a, 121b. 121 c. Investigations by the Applicant According to this area 122a during operation of the laser ignition 100 particularly low in residual gas, whereby a reliable laser ignition is possible. In general, the ignition point ZP is preferably located in a half space of the primary prechamber 120 facing the secondary prechamber 130.
Durch die bei der Laserzündung aus der primären Vorkammer 120 über die Überströmkanäle 121 a, 121 b, 121 c austretenden Zündfackeln ist eine effiziente Entflammung des in der sekundären Vorkammer 130 vorliegenden zündfähigen Gemischs möglich. Die Beaufschlagung des Innenraums 132 der sekundären Vorkammer 130 mit energiereichen Zündfackeln aus der primären Vorkammer 120 ermöglicht vorteilhaft einen mäßig mageren Betrieb der sekundären Vorkammer 130, das heißt z.B. mit Lambdawerten zwischen etwa 1 ,3 und etwa 2,3 wodurch By in the laser ignition from the primary pre-chamber 120 via the overflow channels 121 a, 121 b, 121 c emerging Zündfackeln an efficient ignition of the present in the secondary prechamber 130 ignitable mixture is possible. The exposure of the interior 132 of the secondary pre-chamber 130 with high-energy ignition flares from the primary pre-chamber 120 advantageously allows a moderately lean operation of the secondary pre-chamber 130, that is, for example, with lambda values between about 1, 3 and about 2.3
Stickoxidemissionen und eine Rußbildung vorteilhaft vermindert werden. Nitrogen oxide emissions and soot formation can be reduced advantageously.
Einer alternativen Ausführungsform zufolge kann die primäre Vorkammer 120 auch lösbar verbindbar mit der Laserzündkerze 1 10 ausgelegt sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Dasselbe gilt für eine According to an alternative embodiment, the primary prechamber 120 can also be detachably connectable to the laser spark plug 110, for example by means of a screw connection. The same applies to one
Verbindung zwischen der sekundären Vorkammer 130 und der primären Vorkammer 120 beziehungsweise der Laserzündkerze 1 10. Connection between the secondary prechamber 130 and the primary prechamber 120 and the laser spark plug 1 10th
Dadurch kann beispielsweise die sekundäre Vorkammer 130 vorteilhaft direkt integriert werden in einen Zylinderkopf 300 (Figur 2) einer Brennkraftmaschine, während die bauliche Einheit aus Laserzündkerze 1 10 (Figur 1 ) und primärer Vorkammer 120 in die sekundäre Vorkammer 130 eingeschraubt werden kann. As a result, for example, the secondary prechamber 130 can advantageously be integrated directly into a cylinder head 300 (FIG. 2) of an internal combustion engine, while the structural unit of laser spark plug 110 (FIG. 1) and primary prechamber 120 can be screwed into the secondary prechamber 130.
Figur 2 zeigt die sich während der Laserzündung ergebenden und aus der primären Vorkammer 120 beziehungsweise ihrem Innenraum 122 austretenden Zündfackeln 124, die das in dem Innenraum 132 der sekundären Vorkammer 130 vorliegende zündfähige Gemisch entflammen. FIG. 2 shows the ignition torches 124 resulting during the laser ignition and emerging from the primary prechamber 120 or its interior 122, which ignite the ignitable mixture present in the interior 132 of the secondary prechamber 130.
Ferner sind aus Figur 2 die Zündfackeln 134 ersichtlich, die sich infolge der Entflammung in der sekundären Vorkammer 130 ergeben und durch die Überströmkanäle 131 a, 131 b, 131 c (Figur 1 ) in den Brennraum 200 der Brennkraftmaschine austreten. Furthermore, the ignition torches 134 can be seen from FIG. 2, which result as a result of the ignition in the secondary prechamber 130 and exit through the overflow channels 131 a, 131 b, 131 c (FIG. 1) into the combustion chamber 200 of the internal combustion engine.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung 100 beträgt ein Volumen der primären Vorkammer 120 zwischen etwa 0,5 cm3 und etwa 2 cm3. In a particularly preferred embodiment of the laser ignition device 100 according to the invention, a volume of the primary pre-chamber 120 is between about 0.5 cm 3 and about 2 cm 3 .
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der In a further particularly preferred embodiment of the
erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung 100 beträgt ein Volumen der sekundären Vorkammer 130 zwischen etwa 4 cm3 und etwa 30 cm3. Weiterhin kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass ein laser ignition device 100 according to the invention is a volume of the secondary prechamber 130 between about 4 cm 3 and about 30 cm 3 . Furthermore, it may be particularly preferred that a
Volumenverhältnis zwischen einem Volumen der sekundären Vorkammer 130 und einem Volumen der primären Vorkammer 120 zwischen etwa 2 und etwa 60 beträgt, insbesondere zwischen etwa 5 und etwa 20. Volume ratio between a volume of the secondary pre-chamber 130 and a volume of the primary pre-chamber 120 is between about 2 and about 60, in particular between about 5 and about 20.
Die primäre Vorkammer 120 verfügt vorteilhaft über zwischen etwa 1 bis etwa 5 Überströmkanäle 121 a, .., die die Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 122 der primären Vorkammer 120 und dem die primäre Vorkammer 120 umgebenden Raumbereich, insbesondere dem Innenraum 132 der sekundären Vorkammer 130, herstellen. The primary pre-chamber 120 advantageously has between about 1 to about 5 transfer channels 121 a, .., the fluid connection between the interior 122 of the primary prechamber 120 and the primary chamber surrounding the first chamber area 120, in particular the interior 132 of the secondary pre-chamber 130 produce ,
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zufolge können die primäre Vorkammer 120 und/oder die sekundäre Vorkammer 130 als ungespülte Vorkammer ausgebildet sein. According to a further advantageous embodiment of the invention, the primary prechamber 120 and / or the secondary prechamber 130 may be formed as an unspurged prechamber.
Die Reichweite und Richtung der Zündfackeln 124, 134 ist durch die Wahl geeigneter Bohrungsdurchmesser für die Überströmkanäle 121 a, .., 131 a, .. sowie durch die Ausrichtung der Überströmkanäle an die Geometrie des zu beaufschlagenden Raums, insbesondere an die Geometrie des Innenraums 132 der sekundären Vorkammer 130 beziehungsweise im Falle der Überströmkanäle der sekundären Vorkammer 130 an die Geometrie des Brennraums 200 anzupassen. The range and direction of Zündfackeln 124, 134 is by selecting suitable bore diameter for the overflow channels 121 a, .., 131 a, .. and by the orientation of the overflow to the geometry of the space to be acted upon, in particular to the geometry of the interior 132nd the secondary prechamber 130 or in the case of the overflow channels of the secondary prechamber 130 to adapt to the geometry of the combustion chamber 200.
Die Anpassung sollte insbesondere derart erfolgen, dass nach dem Eindringen und Ausbreiten der Zündfackeln 124, 134 in den zu beaufschlagenden RaumThe adaptation should in particular be such that after the penetration and spreading of the ignition flares 124, 134 in the space to be acted upon
132, 200 möglichst kurze verbleibende Flammwege entstehen, so dass sich eine besonders schnelle und effiziente Verbrennung ergibt. 132, 200 arise as short as possible remaining flame paths, so that results in a particularly fast and efficient combustion.
Die Volumina der Vorkammern 120, 130 können vorteilhaft individuell an den jeweiligen Brennwert des verwendeten zündfähigen Gemischs angepasst werden. The volumes of the prechambers 120, 130 can advantageously be adapted individually to the respective calorific value of the ignitable mixture used.
Auch die Anzahl der Überströmkanäle der sekundären Vorkammer 130 sowie deren Ausrichtung ist der Geometrie des Hauptbrennraums 200 anzupassen. Besonders vorteilhaft wird die sekundäre Vorkammer 130 beziehungsweise ihre Überströmkanäle so ausgelegt, dass eine radiale Fackelreichweite - bezogen auf eine Längsachse der Laserzündkerze 1 10 - in etwa einem Bohrungsradius des Brennraums 200 beziehungsweise des ihm zugeordneten Zylinders entspricht. Also, the number of the overflow channels of the secondary pre-chamber 130 and their orientation is the geometry of the main combustion chamber 200 adapt. Particularly advantageously, the secondary pre-chamber 130 or its overflow channels is designed so that a radial torch reach - in relation to a longitudinal axis of the laser spark plug 1 10 - corresponds approximately to a bore radius of the combustion chamber 200 and the associated cylinder.

Claims

Ansprüche claims
1 . Laserzündeinrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Großgasmotor, mit einer eine primäre Vorkammer (120) aufweisenden Laserzündkerze (1 10), die dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung (20) in die primäre Vorkammer (120) einzustrahlen, gekennzeichnet durch eine sekundäre Vorkammer (130), die so mit der Laserzündkerze (1 10) und/oder der primären Vorkammer (120) verbindbar ist, dass mindestens ein 1 . Laser ignition device (100) for an internal combustion engine, in particular a large gas engine, having a primary prechamber (120) having laser spark plug (1 10), which is adapted to irradiate laser radiation (20) in the primary prechamber (120), characterized by a secondary prechamber (130), which is so connected to the laser spark plug (1 10) and / or the primary pre-chamber (120) that at least one
Überströmkanal (121 a, 121 b, 121 c) der primären Vorkammer (120) eine Fluidverbindung zwischen einem Innenraum (122) der primären Vorkammer (120) und einem Innenraum (132) der sekundären Vorkammer (130) herstellt.  Overflow channel (121 a, 121 b, 121 c) of the primary prechamber (120) establishes a fluid connection between an interior space (122) of the primary prechamber (120) and an interior space (132) of the secondary prechamber (130).
2. Laserzündeinrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserzündkerze (1 10) dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung (20) auf einen Zündpunkt (ZP) einzustrahlen, insbesondere zu bündeln, der in einem der sekundären Vorkammer (130) zugewandten Bereich (122a) der primären Vorkammer (120) liegt. 2. laser ignition device (100) according to claim 1, characterized in that the laser spark plug (1 10) is adapted to irradiate the laser radiation (20) to an ignition point (ZP), in particular to bundle, in one of the secondary antechamber (130) facing region (122a) of the primary pre-chamber (120).
3. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 3. laser ignition device (100) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der primären Vorkammer (120) zwischen etwa 0,5 cm3 und etwa 2 cm3 beträgt. characterized in that a volume of the primary prechamber (120) is between about 0.5 cm 3 and about 2 cm 3 .
4. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 4. laser ignition device (100) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der sekundären Vorkammer (130) zwischen etwa 4 cm3 und etwa 30 cm3 beträgt. characterized in that a volume of the secondary pre-chamber (130) is between about 4 cm 3 and about 30 cm 3 .
5. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 5. laser ignition device (100) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenverhältnis zwischen einem Volumen der sekundären Vorkammer (130) und einem Volumen der primären Vorkammer (120) zwischen etwa 2 und etwa 60 beträgt, insbesondere zwischen etwa 5 und etwa 20. Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Vorkammer (120) zwischen etwa 1 bis etwa 5 Überströmkanäle (121 a, 121 b, 121 c) aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum (122) der primären Vorkammer (120) und einem die primäre Vorkammer (120) umgebenden Raumbereich, insbesondere dem Innenraum (132) der sekundären Vorkammer (130), herstellen. characterized in that a volume ratio between a volume of the secondary prechamber (130) and a volume of the primary prechamber (120) is between about 2 and about 60, more preferably between about 5 and about 20. Laser ignition device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the primary pre-chamber (120) between about 1 to about 5 transfer passages (121 a, 121 b, 121 c) having a fluid communication between the interior (122) of the primary Prechamber (120) and a primary chamber (120) surrounding space area, in particular the interior (132) of the secondary pre-chamber (130) produce.
Laserzündeinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Vorkammer (120) und/oder die sekundäre Vorkammer (130) als ungespülte Vorkammer ausgebildet sind. Laser ignition device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the primary prechamber (120) and / or the secondary prechamber (130) are designed as unspurged prechamber.
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