專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的激光誘導(dǎo)的火花點(diǎn)火裝置的制作方法
用于內(nèi)燃機(jī)的激光誘導(dǎo)的火花點(diǎn)火裝置
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，其中通過點(diǎn)火激光器觸發(fā)點(diǎn)火。這種點(diǎn)火裝置，以下稱為激光器點(diǎn)火裝置，例如由W02005/066488A1已知。點(diǎn)火激光器具有燃燒室窗口，它對(duì)于由點(diǎn)火激光器發(fā)射的激光脈沖是能夠透射的。同時(shí)燃燒室窗口必須在內(nèi)燃機(jī)的整個(gè)壽命期間受得住在燃燒室中存在的高壓和高溫， 而不會(huì)不利地影響燃燒室窗口的光學(xué)特性。在此情況下，在內(nèi)燃機(jī)的做功沖程期間，在燃燒室窗口的面對(duì)燃燒室的表面上可能出現(xiàn)高于600°C的表面溫度和高于250 bar的壓力。此外，廢氣的化學(xué)腐蝕性成分損壞該燃燒室窗口而在燃燒室窗口上的積炭降低其透射性。發(fā)明的公開
本發(fā)明的任務(wù)是更加可靠地、無干擾地和更少維護(hù)地構(gòu)造激光點(diǎn)火裝置。按照本發(fā)明，在一種用于內(nèi)燃機(jī)的激光點(diǎn)火裝置中，其包括具有激光激活的固體的點(diǎn)火激光器，燃燒室窗口和外殼，所述任務(wù)是這樣解決的，即在外殼的其上布置燃燒室窗口的端部上設(shè)置一個(gè)孔板。該孔板負(fù)責(zé)燃燒室窗口的表面不會(huì)被廢氣和位于其中的氣流影響。由此極大地減少了在燃燒室窗口上沉積物的形成。這種沉積物來自于內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的廢氣。通過按照本發(fā)明的孔板，第一，極大地減少了沉積在燃燒室窗口上的殘留物的數(shù)量。第二，明顯減低了殘留物沖擊到燃燒室窗口表面上所具有的脈沖。兩個(gè)效果分別負(fù)責(zé)顯著減少燃燒室窗口上的沉積物和少量的沉積物不牢固地粘附在燃燒室窗口上。因此按照本發(fā)明的激光點(diǎn)火裝置更可靠、更無干擾并且維護(hù)更少。在本發(fā)明的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，如此設(shè)計(jì)孔板的直徑使得點(diǎn)火激光器的激光脈沖能夠無阻礙地通過孔板。但是孔板的直徑也不應(yīng)該比為了盡可能最佳地保護(hù)燃燒室窗口而絕對(duì)需要的直徑大。此時(shí)激光脈沖的直徑，其也可以稱為輻射直徑，可以按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN IS011145確定。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)屬于激光技術(shù)領(lǐng)域中的專業(yè)人員的專業(yè)知識(shí)，因此通過引用該標(biāo)準(zhǔn)可以省去對(duì)確定輻射直徑的詳細(xì)說明。由于激光點(diǎn)火裝置的激光脈沖被聚焦到點(diǎn)火點(diǎn)ZP上并且聚焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)精確度非常高，因此可以如此設(shè)計(jì)孔板的尺寸，使得在激光脈沖的外輪廓和孔板之間具有一個(gè)小于1mm，優(yōu)選小于0. 5mm，和特別優(yōu)選小于0. 25mm的間隙?？装宓闹睆皆叫?，流入孔板的氣體就越少并且由此能夠達(dá)到燃燒室窗口的氣體就越少。本發(fā)明的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，孔板設(shè)計(jì)成錐形，其中孔板的直徑在燃燒室窗口的方向上增大并且孔板的錐角基本上對(duì)應(yīng)于激光脈沖的射出角。而且在此處也可以將孔板在整個(gè)長度上以小于1mm，優(yōu)選小于0. 5mm的間距和特別優(yōu)選以小于0. 25mm的間距， 圍繞激光脈沖布置。通過孔板的長度在點(diǎn)火激光器的光軸的方向上進(jìn)一步減少廢氣的滲入和臟物在燃燒室窗口上的沉積。同時(shí)減小了孔板的死點(diǎn)容積，這對(duì)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行特性產(chǎn)生有利的影響。
按照本發(fā)明的激光點(diǎn)火裝置的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，孔板設(shè)計(jì)成分開的(單獨(dú)的)部件并且被固定在點(diǎn)火激光器的外殼上，尤其是固定在外殼的凸肩上。因此對(duì)已經(jīng)在制造中的激光點(diǎn)火裝置也可以補(bǔ)裝本發(fā)明的孔板。此外可以通過更換該分開的部件使孔板直徑和孔板錐角與點(diǎn)火激光器的光學(xué)性能相匹配。例如可以要求， 在具有不同的燃燒室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的燃燒室中使用點(diǎn)火激光器情況下，將點(diǎn)火激光器的點(diǎn)火點(diǎn) ZP以離開燃燒室窗口的更大或更小的距離布置。點(diǎn)火點(diǎn)的這種改變一般要求調(diào)整孔板的直徑和錐角。這可以直接地通過實(shí)施成單獨(dú)的部件的孔板進(jìn)行。但是在本發(fā)明的另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中同樣可以直接地將孔板與點(diǎn)火激光器的外殼一體地設(shè)計(jì)。如果點(diǎn)火激光器具有一個(gè)燃燒室窗口，那么由于使用按照本發(fā)明的孔板，只有較小的溫度和明顯更少的廢氣量被加載到其上。由此在內(nèi)燃機(jī)的整個(gè)壽命期間燃燒室窗口的透射性保持足夠高，以保證內(nèi)燃機(jī)無干擾地運(yùn)行。在按照本發(fā)明的激光點(diǎn)火裝置的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，孔板只是分區(qū)域地，即在小于360°的圓周角上遮隔點(diǎn)火激光器。此時(shí)應(yīng)該注意孔板在點(diǎn)火激光器的安裝狀態(tài)下相對(duì)于燃燒室中的廢氣的主流動(dòng)方向被布置在點(diǎn)火激光器的上游。如果孔板以這種方式相對(duì)于點(diǎn)火激光器定位，那么達(dá)到希望的遮蔽。對(duì)于每種發(fā)動(dòng)機(jī)類型要專門地確定燃燒室中的廢氣的主流動(dòng)方向。為了孔板正確地相對(duì)于點(diǎn)火激光器定位，建議將點(diǎn)火激光器形狀配合地并且防轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在內(nèi)燃機(jī)的氣缸頭中。通過安置在點(diǎn)火激光器上的凸起，該凸起與氣缸頭中的應(yīng)該相應(yīng)地成形的凹部配合作用，可以保證孔板以上述方式相對(duì)于點(diǎn)火激光器定位。已經(jīng)證明特別合適的是孔板在小于200°，優(yōu)選160°至180°的圓周角上遮蔽點(diǎn)火激光器。由此保證一種在最小的成本和對(duì)燃燒室中的氣體流動(dòng)的最小的影響情況下對(duì)于許多應(yīng)用都足夠的遮蔽。本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)和有利的設(shè)計(jì)方案可以在以下的附圖中、對(duì)其的說明中和權(quán)利要求書中獲得。在附圖中、對(duì)其的說明中和權(quán)利要求書中公開的全部特征不僅單獨(dú)地而且在相互的任意組合中都可以對(duì)本發(fā)明是重要的。附圖簡述附圖中所示
圖Ia是具有基于激光的點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)的示意圖； 圖Ib是

圖1中的點(diǎn)火裝置的示意圖，和圖2和3是按照本發(fā)明的點(diǎn)火激光器的實(shí)施形式。發(fā)明的實(shí)施形式
內(nèi)燃機(jī)在圖Ia中總體上具有標(biāo)記10。它可以用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)沒有示出的汽車。內(nèi)燃機(jī) 10包括多個(gè)氣缸，其中在圖1中只用標(biāo)記12表示了一個(gè)氣缸。氣缸12的燃燒室14由活塞 16限界。燃料直接通過噴射器18進(jìn)入到燃燒室14中，噴射器連接到一個(gè)也稱為燃料蓄壓器20的軌上。被噴射到燃燒室14中的燃料22借助于激光脈沖M被點(diǎn)燃，該激光脈沖由一個(gè)包括點(diǎn)火激光器26的點(diǎn)火裝置27發(fā)射到燃燒室14中。為此點(diǎn)火激光器沈經(jīng)光導(dǎo)裝置28 被供給抽運(yùn)光，該抽運(yùn)光由抽運(yùn)光源30提供。抽運(yùn)光源30由控制裝置32控制，該控制裝置也控制噴射器18。如從圖Ib中看見，抽運(yùn)光源30對(duì)用于與內(nèi)燃機(jī)10的各一個(gè)氣缸12相配置的不同點(diǎn)火激光器26的多個(gè)光導(dǎo)裝置觀進(jìn)行供給。抽運(yùn)光源30為此具有多個(gè)單獨(dú)的激光光源340，它們與脈沖電流供給裝置36連接。通過設(shè)置多個(gè)單獨(dú)的激光光源340，仿佛實(shí)現(xiàn)了抽運(yùn)光在不同的點(diǎn)火激光器沈上的一種“靜態(tài)的”分配，從而不需要在抽運(yùn)光源30和點(diǎn)火激光器沈之間的光學(xué)分配器。點(diǎn)火激光器沈例如具有一個(gè)激光激活的固體44，其帶有無源的Q開關(guān)46，后者與輸入反射鏡42和輸出反射鏡48 —起形成一個(gè)光學(xué)諧振器。在施加由抽運(yùn)光源30產(chǎn)生的抽運(yùn)光情況下，點(diǎn)火激光器26以本身已知的方式產(chǎn)生激光脈沖M，其通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)52 被聚焦到位于燃燒室14(圖la)中的點(diǎn)火點(diǎn)ZP上。在點(diǎn)火激光器沈的外殼38中存在的部件通過燃燒室窗口 58與燃燒室14分開。在圖2中非常放大地以部分縱剖視圖示出了圖Ib的細(xì)節(jié)X。由這個(gè)非常放大的視圖中可以看見燃燒室窗口 58與外殼38緊密地連接。在外殼38和燃燒室窗口之間的密封可以在部件60的區(qū)域中以材料配合連接或傳力連接的形式進(jìn)行構(gòu)造。由于高的熱負(fù)荷，應(yīng)該注意，外殼38由耐熱材料制成并且由此也具有在燃燒室中存在的工作溫度下的足夠的疲勞強(qiáng)度。在圖2和3中所示的實(shí)施例中，外殼38由兩部分構(gòu)造成。它包括內(nèi)套筒62和外套筒64。外套筒64在面對(duì)燃燒室14(參見圖la)的末端上具有凸肩66。凸肩66用于將燃燒室窗口 58壓向內(nèi)套筒62并且由此提高在標(biāo)記60區(qū)域中的密封性。為此目的，在外套筒64上設(shè)置內(nèi)螺紋，它與相應(yīng)的內(nèi)套筒62的外螺紋配合作用。由內(nèi)螺紋和外螺紋組成的該螺紋在其總體上用標(biāo)記68表示。通過拉緊外套筒64和內(nèi)套筒62，在凸肩66和燃燒室窗口之間形成另一個(gè)密封面72。在圖2中，點(diǎn)火激光器沈的面對(duì)燃燒室14的末端被明顯放大地示出。在外殼38內(nèi)部設(shè)有一個(gè)沒有示出的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，它將激光脈沖M聚焦到點(diǎn)火點(diǎn)ZP上，該點(diǎn)火點(diǎn)對(duì)應(yīng)于點(diǎn)火激光器沈的透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)。被聚焦的激光脈沖M的外輪廓通過錐形包絡(luò)線(沒有標(biāo)記)表示。這些包絡(luò)線在點(diǎn)火點(diǎn)ZP相交并且以直SDa從燃燒室窗口 58出去。為了使燃燒室窗口 58的與燃燒室面對(duì)的側(cè)面承受就可能少的廢氣，按照本發(fā)明規(guī)定在燃燒室窗口 58和點(diǎn)火點(diǎn)ZP之間設(shè)置孔板(隔板)74?？装宓闹睆接脴?biāo)記A表示。此時(shí)孔板74的直徑％選擇得就可能小。如果孔板74與激光脈沖M或其外輪廓之間具有小于1mm，優(yōu)選小于0. 5mm和特別優(yōu)選小于0. 25mm的徑向間距，結(jié)果就足夠了。孔板74直徑A的這種尺寸導(dǎo)致激光脈沖M的點(diǎn)火功率沒有減小并且另一方面在燃燒室和存在于孔板74和燃燒室窗口 58之間的“死區(qū)"70之間的氣體交換被減低至最小?？装?4 例如可以以金屬片的形式釬焊、焊接或用其它的方式固定在外套筒64上。從燃燒室進(jìn)入死區(qū)(死腔)70中的廢氣越少，在燃燒室窗口 58上沉積的積炭就越少。將孔板74盡可能靠近地移向點(diǎn)火點(diǎn)ZP的方向，常常是有利的。但是這也有極限，因?yàn)辄c(diǎn)火點(diǎn)ZP應(yīng)該盡可能布置在燃燒室14的中心并且孔板74應(yīng)該就可能小地影響燃燒室 14(參見圖la)中的流動(dòng)情況。圖3中示出了按照本發(fā)明的孔板74的另一個(gè)實(shí)施例。主要不同之處在于，孔板74外套筒64的一部分并且孔板74是錐形構(gòu)造的?？装?4的錐角 β此時(shí)對(duì)應(yīng)于激光脈沖M的角度α。在此處也要注意，在孔板74和點(diǎn)火脈沖M之間的徑向間距就可能小。用于在該實(shí)施例中的死區(qū)70相對(duì)于圖2所示的實(shí)施例進(jìn)一步縮小，因此沉積在燃燒室窗口 58上的沉積物更少。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)(10)的激光點(diǎn)火裝置，包括帶有激光激活的固體G4)的點(diǎn)火激光器 (26)，燃燒室窗口(58)和外殼(38)，其特征在于，在外殼(38)的其上布置所述燃燒室窗口 (58)的端部上設(shè)置一個(gè)孔板(74)。
2.按照權(quán)利要求1所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)的直徑(Db)被如此設(shè)計(jì)，點(diǎn)火激光器06)的激光脈沖04)可以無阻礙地通過孔板(74)。
3.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)是錐形構(gòu)造的，其中孔板(74)的直徑(Db)在燃燒室窗口(58)的方向上增大，并且孔板(74)的錐角(β) 基本上對(duì)應(yīng)于激光脈沖04)的射出角(α)。
4.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)設(shè)計(jì)成分開的部件，并且孔板(74)被固定在點(diǎn)火激光器06)的外殼(38)上，尤其是固定在外殼(38)的凸肩(66)上。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)與點(diǎn)火激光器 (26)的外殼(38)，尤其是與外殼(38)的凸肩(66)，一體地構(gòu)造。
6.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，外殼(38)包括內(nèi)套筒 (62)和外套筒(64)。
7.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，在點(diǎn)火激光器06)的安裝狀態(tài)下，孔板(74)基本上與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室壁齊平。
8.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)只是部分地遮隔點(diǎn)火激光器(76)并且孔板(74)在點(diǎn)火激光器(76)的安裝狀態(tài)下相對(duì)于在燃燒室(14) 中的廢氣的主流動(dòng)方向被布置在點(diǎn)火激光器(76)的上游。
9.按照前述權(quán)利要求之一所述的激光點(diǎn)火裝置，其特征在于，孔板(74)在最大200°， 優(yōu)選160°至180°的圓周角上遮隔點(diǎn)火激光器(76)。
全文摘要
建議了一種用于內(nèi)燃機(jī)的具有點(diǎn)火激光器(26)的激光點(diǎn)火裝置，其中在一個(gè)燃燒室窗口(58)之前設(shè)置一個(gè)孔板(74)。
文檔編號(hào)F02P23/04GK102224337SQ200980146404
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者賴曼 J., 福格爾 M., 沃爾納 P. 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司