Titel

Laserzündkerze Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze mit einer Vorkammer, wobei die Laserzündkerze dazu ausgebildet ist, in der Laserzündkerze geführte und/oder erzeugte Laserstrahlung auf mindestens zwei voneinander verschiedene in der Vorkammer liegende Zündpunkte einzustrahlen, insbesondere zu fokussieren.

Eine Laserzündkerze der vorstehend genannten Art ist in der FR 2 873 763 A1 beschrieben. Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine verbesserte, insbesondere gleichmäßigere und schnellere, Verbrennung in der Vorkammer möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Laserzündkerze dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung so in die Vorkammer einzustrahlen, dass ein Abstand zwischen mindestens einem ersten Zündpunkt und einem hierzu benachbarten zweiten Zündpunkt größer ist als ein minimaler Abstand des ersten und/oder zweiten Zündpunkts zu einer Innenoberfläche der Vorkammer.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Laserzündkerze ermöglicht vorteilhaft eine gleichmäßigere und effizientere Verbrennung eines in der Vorkammer befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs, weil sich unter Einhaltung des

erfindungsgemäßen Abstandskriteriums die in den einzelnen Zündpunkten entstehenden Flammkerne bzw. sich hieraus entwickelnde Flammenfronten maximal lang ungehindert ausbreiten können, bis sie auf die Innenoberfläche der Vorkammer oder eine benachbarte Flammenfront stoßen.

Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht vorteilhaft eine maximale

Druckerhöhung während der Verbrennung in der Vorkammer, wodurch besonders energiereiche Zündfackeln aus der Vorkammer durch eine

Fluidverbindung zu einem Hauptbrennraum realisierende Überströmkanäle austreten können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den benachbarten Zündpunkten mindestens etwa 120 Prozent, vorzugsweise mindestens etwa 160 Prozent, des minimalen Abstands des ersten und/oder zweiten Zündpunkts zu der Innenoberfläche der Vorkammer beträgt, wodurch sich Untersuchungen der Anmelderin zufolge eine besonders effiziente Verbrennung ergibt.

Ganz besonders vorteilhaft kann einer weiteren Erfindungsvariante zufolge vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen allen benachbarten Zündpunkten mindestens etwa 120 Prozent, vorzugsweise mindestens etwa 160 Prozent, des minimalen Abstands eines Zündpunkts zu der Innenoberfläche der Vorkammer beträgt, d.h., das erfindungsgemäße Prinzip wird im Falle von mehr als zwei Zündpunkten auch auf die Gesamtheit aller Zündpunkte übertragen. Besonders vorteilhaft ist hierbei ferner eine möglichst gleichmäßige Verteilung der

Zündpunkte in der Vorkammer, jeweils unter Beachtung der erfindungsgemäßen Randbedingungen für den Abstand benachbarter Zündpunkte und deren Abstand zu der Innenoberfläche der Vorkammer.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass ein minimaler Abstand eines Zündpunkts zu der Innenoberfläche der Vorkammer etwa 10 Prozent bis etwa 40 Prozent einer maximalen Ausdehnung eines Innenraums der Vorkammer beträgt, im Falle einer im Wesentlichen zumindest teilweise kugel- oder ellipsoidförmigen Vorkammer insbesondere etwa 10 Prozent bis etwa 40 Prozent eines Radius der Vorkammer. Diese Konfiguration ist besonders zweckmäßig für Systeme mit zwei bis etwa acht Zündpunkten. Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante, bei der die Vorkammer zumindest teilweise im Wesentlichen Kugel- oder Ellipsoidform aufweist, ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem ersten Zündpunkt und dem zweiten Zündpunkt etwa doppelt so groß ist wie ein minimaler Abstand des ersten und/oder zweiten Zündpunktes zu der Innenoberfläche der Vorkammer.

Generell kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass ein mittlerer Abstand benachbarter Zündpunkte zueinander größer ist als ein mittlerer Abstand der Zündpunkte zu der Innenoberfläche der Vorkammer. Der mittlere Abstand benachbarter Zündpunkte zueinander kann beispielsweise als Mittelwert über die jeweiligen Abstände zueinander benachbarter Zündpunkte ermittelt werden. Das Gleiche gilt für die Ermittlung des mittleren Abstands der Zündpunkte zu der Innenoberfläche der Vorkammer, wobei bevorzugt jeweils nur ein minimaler Abstand des betreffenden Zündpunktes zu der Innenoberfläche betrachtet wird.

Die erfindungsgemäße Einstellung der mehreren Zündpunkte in der Vorkammer der Laserzündkerze kann einer bevorzugten Ausführungsform zufolge mittels eines optischen Elements vorgenommen werden, das die Laserstrahlung auf die verschiedenen Zündpunkte bündelt.

Das optische Element kann einer weiteren Erfindungsvariante zufolge

beispielsweise als eine mehrere Brennweiten aufweisende Fokussieroptik ausgebildet sein, wobei die Fokussieroptik mindestens zwei im Wesentlichen konzentrisch zueinander oder nebeneinander angeordnete Fokussierbereiche mit jeweils unterschiedlicher Brennweite aufweist. Eine derartige Fokussieroptik kann beispielsweise durch einen linsenförmigen optischen Körper realisiert werden, dessen Oberflächen abschnittsweise entsprechende, insbesondere

unterschiedliche, Krümmungseigenschaften aufweisen. Alternativ oder ergänzend zu Linsenanordnungen können auch (Hohl-)Spiegel verwendet werden, um die erfindungsgemäß vorgesehene Lage der Zündpunkte zu realisieren.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Laserzündkerze sieht vor, dass die Laserzündkerze dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung derart in die Vorkammer einzustrahlen, dass eine Rayleigh-Länge der eingestrahlten Laserstrahlung wenigstens etwa 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens etwa 30 Prozent, einer maximalen Ausdehnung eines Innenraums der Vorkammer beträgt.

Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann sich bei einer derartigen

Konfiguration eine als Funkenkette bezeichnete Aneinanderreihung mehrerer Zündpunkte entlang der optischen Achse der Laserzündkerze in der Vorkammer ergeben, die ebenfalls eine schnelle und effiziente Verbrennung ermöglicht. Zur Erzielung einer derartigen Funkenkette werden insbesondere langbrennweitige Fokussieroptiken eingesetzt, die die Laserstrahlung in entsprechender Weise in die Vorkammer bündeln.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer

Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von deren Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 einen brennraumzugewandten Endabschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze in einem teilweisen Querschnitt,

Figur 2, 3, 4 jeweils unterschiedliche Vorkammerkonfigurationen weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze,

Figur 5, 6, 7 jeweils einen brennraumzugewandten Endabschnitt weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze, einen Verlauf von Betriebsgrößen der

erfindungsgemäßen Laserzündkerze aufgetragen über einer Strahlachse der Laserzündkerze, schematisch einen teilweisen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und

Figur 10a, 10b, 1 1 a, 1 1 b verschiedene Ausführungsformen optischer Elemente zur Verwendung in der erfindungsgemäßen

Laserzündkerze.

Figur 1 zeigt einen brennraumzugewandten Endabschnitt einer ersten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100. Die

Laserzündkerze 100 verfügt über eine Vorkammer 1 10. Bei der in Figur 1 abgebildeten Einbaulage der Laserzündkerze 100 in einem Zylinderkopf 200 einer Brennkraftmaschine ragt die Vorkammer 1 10 der Laserzündkerze 100 in den Brennraum 300 eines Zylinders der Brennkraftmaschine hinein. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich beispielsweise um einen stationären

Großgasmotor oder auch um eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln.

Die Laserzündkerze 100 verfügt über eine integrierte Lasereinrichtung 120, bei der es sich beispielsweise um einen laseraktiven Festkörper mit einer passiven Güteschaltung handeln kann, der unter entsprechender Beaufschlagung mit Pumpstrahlung hochenergetische Laserzündimpulse 24 in an sich bekannter Weise erzeugt.

Die Laserstrahlung 24 wird von der Lasereinrichtung 120 auf ein optisches Element 130 gestrahlt, das u.a. zur Fokussierung der Laserstrahlung 24 in einer später näher zu beschreibenden Weise dient.

Vorliegend ist das optische Element 130 so ausgebildet, dass es die

Laserstrahlung 24 auf insgesamt zwei in der Vorkammer 1 10 angeordnete und voneinander verschiedene Zündpunkte ZP1 , ZP2 bündelt. In den Zündpunkten ZP1 , ZP2 entsteht bei der Laserzündung in an sich bekannter Weise ein Flammkern, der sich in Abhängigkeit des vorliegenden Luft-/Kraftstoffgemischs - unter Vernachlässigung von nichtverschwindenden Strömungsgeschwindigkeiten in der Vorkammer 1 10 - in etwa kugelförmig ausbreitet und dabei eine entsprechende Flammenfront ausbildet.

Dabei werden durch die eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum der Vorkammer 1 10 und dem Brennraum 300 herstellenden Überströmkanäle 150 sogenannte Zündfackeln aus der Vorkammer 1 10 heraus in den Brennraum 300 gepresst, die ein in dem Brennraum 300 vorliegendes Luft-/Kraftstoffgemisch entzünden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Laserzündkerze 100 dazu ausgebildet ist, die Laserstrahlung 24 so in die Vorkammer 1 10 einzustrahlen, dass ein Abstand d12 zwischen dem ersten Zündpunkt ZP1 und dem hierzu benachbarten zweiten Zündpunkt ZP2 größer ist als ein minimaler Abstand d2min des zweiten Zündpunktes ZP2 zu einer Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10.

Besonders bevorzugt ist ein entsprechender minimaler Abstand dl min des ersten Zündpunkts ZP1 zu der Innenoberfläche 1 10a ebenfalls kleiner als der Abstand d12 der Zündpunkte ZP1 , ZP2 untereinander.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Zündpunkte ZP1 , ZP2 in der Vorkammer 1 10 ist vorteilhaft gewährleistet, dass eine effiziente und schnelle Verbrennung des in der Vorkammer 1 10 befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs erfolgt, wodurch eine maximale Drucküberhöhung in der Vorkammer 1 10 realisiert wird. Dementsprechend ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Laserzündung in der Vorkammer 1 10 hochenergetische Zündfackeln, die ein sicheres Entzünden des in dem Brennraum 300 vorliegenden Gemischs ermöglichen.

Der Innenraum der Vorkammer 1 10 ist von einem Innenraum der

Laserzündkerze 100 getrennt durch ein Brennraumfenster 140, das der Fokussieroptik 130 bezüglich der primären Ausbreitungsrichtung der

Laserstrahlung 24 optisch nachgeordnet ist. Obwohl bevorzugt eine Lasereinrichtung 120 zur Erzeugung von Laserstrahlung direkt in der Laserzündkerze 100 vorgesehen ist, kann das erfindungsgemäße Prinzip der Konfiguration der Zündpunkte ZP1 , ZP2 in der Vorkammer 1 10 auch eingesetzt werden bei Laserzündkerzen, die nicht zur lokalen Erzeugung von Laserzündimpulsen 24 ausgebildet sind, sondern vielmehr von einer entfernt angeordneten Quelle erzeugte Laserzündimpulse 24 in die Vorkammer 1 10 einstrahlen.

Bei der in Figur 1 abgebildeten Erfindungsvariante weist das optische Element 130 die Funktion einer Fokussierlinse auf, wobei wie aus Figur 1 ersichtlich zwei im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnete Fokussierbereiche jeweils unterschiedlicher Brennweite vorgesehen sind. In einem radial inneren Bereich weist das optische Element 130 beispielsweise einen ersten

Krümmungsradius oder allgemein eine gekrümmte Oberfläche mit ersten

Brechungseigenschaften auf, während ein radial äußerer Bereich einen hiervon verschiedenen Krümmungsradius bzw. allgemein eine gekrümmte Oberfläche mit von den ersten Brechungseigenschaften verschiedenen zweiten

Brechungseigenschaften aufweist.

Dadurch wird der Kernstrahl 24a des Laserzündimpulses 24 auf den ersten Zündpunkt ZP1 gebündelt, während der Mantelstrahl 24b des

Laserzündimpulses 24 auf den hiervon verschiedenen, zweiten Zündpunkt ZP2 gebündelt wird.

Obwohl es für die Funktion des erfindungsgemäßen Prinzips nicht erforderlich ist, wird insbesondere bei Vorkammern 1 10 mit rotationssymmetrischer Geometrie die Laserzündkerze 100 so ausgebildet, dass sie die Laserstrahlung 24 auf Zündpunkte ZP1 , ZP2 bündelt, welche auf oder etwa im Bereich einer optischen Achse der Laserzündkerze 100 liegen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Zündpunkte ZP1 , ZP2 in dem Innenraum der Vorkammer 1 10 ist vorteilhaft gewährleistet, dass sich die von den Zündpunkten ZP1 , ZP2 ausgehenden Flammenfronten für eine möglichst lange Zeit ab der Laserzündung ungehindert in dem Innenraum der Vorkammer 1 10 ausbreiten können, was zu der vorstehend bereits beschriebenen

gewünschten Drucküberhöhung in der Vorkammer 1 10 führt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden beide Zündpunkte ZP1 , ZP2 im Wesentlichen zeitgleich mit Laserstrahlung beaufschlagt. Es kann - je nach Ausbildung der Lasereinrichtung 26 - jedoch auch eine zeitliche

Verzögerung zwischen der Einstrahlung der Laserzündimpulse auf die unterschiedlichen Zündpunkte ZP1 , ZP2 vorgesehen sein. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine der von den

Zündpunkten ZP1 , ZP2 ausgehenden Flammenfronten unnötig früh einen Kontakt mit der Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10 oder einer

benachbarten Flammenfront erfährt, was bei herkömmlichen Systemen ein effizientes Durchbrennen des Vorkammervolumens verhindert. Die

erfindungsgemäße Laserzündung ermöglicht demgegenüber eine effiziente

Verbrennung in der Vorkammer 1 10 und damit die Erzeugung besonders energiereicher Zündfackeln, die in den Brennraum 300 austreten und das dort vorhandene Gemisch zuverlässig zünden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Laserzündkerze 100 ist vorgesehen, dass der Abstand d12 zwischen den benachbarten Zündpunkten ZP1 , ZP2 mindestens etwa 120 Prozent,

vorzugsweise mindestens etwa 160 Prozent, des minimalen Abstands d2min des zweiten Zündpunktes ZP2 zu der Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10 beträgt.

Sofern der erste Zündpunkt ZP1 näher an der Innenoberfläche 1 10a der

Vorkammer 1 10 liegt als der zweite Zündpunkt ZP2, ist das erfindungsgemäße Abstandskriterium d12 >= d2min oder vorzugsweise d12 >= 1.6 ^* d2min in entsprechender Weise auf die Relation zwischen dem Zündpunktabstand d12 und dem minimalen Abstand dl min des Zündpunkts ZP1 zu der Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10 anzuwenden.

Figur 2 zeigt eine weitere Erfindungsvariante, die eine im Vergleich zu dem unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen System abweichende

Vorkammerkonfiguration aufweist. Die im Wesentlichen zumindest teilweise etwa kugel- oder ellipsoidförmig ausgebildete Vorkammer 1 10 gemäß Figur 2 ist wiederum von dem restlichen in Figur 2 nicht dargestellten Innenraum der Laserzündkerze 100 durch ein

Brennraumfenster 140 getrennt.

Erfindungsgemäß ist die Laserzündkerze 100 bzw. deren Fokussieroptik (nicht in Figur 2 abgebildet) so ausgebildet, dass die in der Laserzündkerze 100 erzeugte Laserstrahlung 24 (Figur 1 ) auf die aus Figur 2 ersichtlichen Zündpunkte ZP1 , ZP2 gebündelt wird.

Neben dem primären erfindungsgemäßen Abstandskriterium d12 >= dl min und/oder d12 >= d2min ist vorliegend der minimale Abstand dl min des ersten Zündpunkts ZP1 zu der Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10 so gewählt, dass er etwa 25 Prozent einer maximalen Längenausdehnung des Innenraums der Vorkammer 1 10 entspricht, die sich in Figur 2 in vertikaler Richtung erstreckt.

Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass diese erfindungsgemäße Konfiguration insbesondere bei im Wesentlichen zumindest teilweise kugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildeten Vorkammern 1 10 zu einer besonders effizienten Verbrennung in der Vorkammer 1 10 führt und damit die Bildung von hochenergetischen Zündfackeln 155 fördert.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorkammer 1 10 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist.

Auch bei einer derartigen Vorkammergeometrie ist die Realisierung der erfindungsgemäßen Abstandsbedingung d12 >= dl min, d2min vorteilhaft hinsichtlich einer schnellen und effizienten Verbrennung des in der Vorkammer 1 10 befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs.

Figur 4 zeigt eine weitere Erfindungsvariante, bei der die Vorkammer 1 10 eine im Wesentlichen ellipsoidförmige Grundform aufweist. Im Unterschied zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze weist die in Figur 4 abgebildete Konfiguration insgesamt drei Zündpunkte ZP1 , ZP2, ZP3 auf, von denen zwei Zündpunkte ZP1 , ZP3 außerhalb der optischen Achse der

Laserzündkerze 100, insbesondere verhältnismäßig dicht im Bereich einer

Innenoberfläche 1 10a der Vorkammer 1 10, liegen.

Dies ist dadurch begründet, dass sich Untersuchungen der Anmelderin zufolge bei einem Beschicken der Vorkammer 1 10 mit aus dem Brennraum 300 durch die Überströmkanäle 150a, 150b einströmendem Luft-/Kraftstoffgemisch

Verwirbelungen ergeben, die zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des in der Vorkammer 1 10 befindlichen Gemischs führen. Insbesondere können die Überströmkanäle 150a, 150b vorteilhaft derart relativ zueinander angeordnet sein, dass sich die durch sie einströmenden Teilströmungen 151 a, 151 b hinsichtlich ihrer Strömungsrichtung und -geschwindigkeit derart überlagern, dass sich in dem Bereich der Innenwand 1 10a der Vorkammer 1 10 besonders große Strömungsgeschwindigkeiten ergeben. Die Überströmkanäle 150a, 150b sind hierfür mit ihrer Längsachse insbesondere tangential zu der optischen Achse bzw. der Längsachse der Vorkammer 1 10 angeordnet und nicht etwa radial.

Für die vorstehend beschriebene Konfiguration aus Figur 4 ist es zweckmäßig, wenn mindestens einer, vorzugsweise jedoch zwei Zündpunkte ZP1 , ZP3 in dem Bereich großer Strömungsgeschwindigkeit angeordnet sind, um ein sicheres Entzünden des in der Vorkammer 1 10 vorliegenden Luft-/Kraftstoffgemischs zu ermöglichen. Zusätzlich bewirkt der zentral auf der optischen Achse der Laserzündkerze 100 angeordnete weitere Zündpunkt ZP2 eine sichere

Entzündung des in der Vorkammer 1 10 befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs auch in solchen Bereichen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit

verhältnismäßig geringe Werte aufweist.

Die vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschriebenen Zündpunkte ZP1 , ZP2, ZP3 genügen vorteilhaft wiederum den erfindungsgemäßen Kriterien d12 >= dl min, d23 >= d3min, wobei die betreffenden Zündpunktabstände d12, d23 vorteilhaft sogar um mehr als etwa 160 Prozent größer sind als die betreffenden

Minimalabstände d1 min, d3min der betrachteten Zündpunkte ZP1 , ZP3. Die Kombination der erfindungsgemäßen Abstandskriterien für die Anordnung der Zündpunkte ZP1 , ZP2, ZP3 im Inneren der Vorkammer 1 10 mit der

Berücksichtigung von zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten in der Vorkammer 1 10 führt zu besonders guten Ergebnissen bezüglich einer effizienten und schnellen Verbrennung in der Vorkammer 1 10.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Laserzündkerze 100, bei der ein Strahlteiler mittels zweier Spiegel 132a, 132b, von denen einer teilreflektierend ist, realisiert ist, um die Laserzündimpulse 24 auf zwei verschiedene Zündpunkte ZP1 , ZP2 einzustrahlen.

Dem Strahlteiler 132a, 132b optisch nachgeordnet ist eine Fokussieroptik 133, welche abschnittsweise unterschiedliche Brechungseigenschaften derart aufweist, dass ein durch den Spiegel 132a hindurchtretender Teilstrahl 24_1 auf den ersten Zündpunkt ZP1 und ein von dem Spiegel 132b reflektierter Teilstrahl 24_2 auf den zweiten Zündpunkt ZP2 fokussiert wird.

Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 5 die Zündpunkte ZP1 , ZP2 außerhalb der optischen Achse der Laserzündkerze 100 liegen, ist wiederum das erfindungsgemäße Abstandskriterium derart erfüllt, dass der Abstand zwischen den Zündpunkten ZP1 , ZP2 deutlich größer ist als ein minimaler Abstand zwischen vorliegend beiden Zündpunkten ZP1 , ZP2 und einem betreffenden Abschnitt einer Innenoberfläche 1 10a (Figur 1 ) der

Vorkammer 1 10.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Laserzündkerze 100, bei der anstelle einer Fokussieroptik eine diffraktive Optik 135 verwendet wird, um den Laserzündimpuls 24 in mehrere Teilstrahlen zu zerlegen. Die diffraktive Optik 135 kann gleichzeitig vorteilhaft so ausgebildet sein, dass sie die beiden Teilstrahlen auf entsprechende Zündpunkte ZP1 , ZP2 bündelt. Alternativ oder ergänzend kann eine Fokussierung der Teilstrahlen auch durch das der diffraktiven Optik 135 optisch nachgeordnete Brennraumfenster 140 vorgenommen werden.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Laserzündkerze, bei der die vorstehend nicht abgebildete Fokussieroptik so ausgebildet ist, insbesondere als langbrennweitige Fokussierlinse, dass eine Rayleigh-Länge der in die Vorkammer 1 10 eingestrahlten Laserstrahlung 24 wenigstens etwa 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens etwa 30 Prozent, einer maximalen Ausdehnung L des Innenraums der Vorkammer 1 10 beträgt.

Beispielsweise kann die Rayleigh-Länge zu etwa 0,4 cm bis etwa 1 ,2 cm gewählt sein.

Dadurch ist vorteilhaft die Ausbildung einer sogenannten Funkenkette

gewährleistet, die vorliegend dadurch entsteht, dass die in die Vorkammer 1 10 eingestrahlte Laserstrahlung 24 über einen entsprechenden Längenbereich innerhalb der Vorkammer 1 10 eine hinreichend hohe elektrische Feldstärke bzw. optische Leistungsdichte aufweist. Das bedeutet, dass das in der Vorkammer 1 10 befindliche Luft-/Kraftstoffgemisch etwa über die gesamte Rayleigh-Länge hinweg im wesentlichen gleichzeitig gezündet werden kann.

Obwohl die vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 7 beschriebene

Ausführungsform der Erfindung nicht notwendig dem primär der Erfindung zugrundeliegenden Abstandskriterium genügt, ergibt sich auch durch die weiter erfindungsgemäß verhältnismäßig groß gewählte Rayleigh-Länge eine besonders gleichmäßige und schnelle Verbrennung in der Vorkammer 1 10.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit, zwei lateral versetzte Zündpunkte zu realisieren, besteht darin, einen einfach astigmatischen Laserstrahl 24 und/oder ein astigmatisches optisches Element, d. h. ein Element mit

unterschiedlicher Brechkraft in verschiedenen Raumrichtungen, zu verwenden.

Figur 8 zeigt hierzu einen Verlauf eines Strahldurchmessers der Laserstrahlung 24 in zueinander senkrechten Ebenen x, y entlang einer Ortskoordinate z, die der Strahlrichtung der Laserstrahlung 24 entspricht.

Mit dem Bezugszeichen SDx ist vorliegend der Strahldurchmesser der

Laserstrahlung 24 in einer ersten Ebene x bezeichnet, und mit dem

Bezugszeichen SDy ist der Strahldurchmesser der Laserstrahlung 24 in zweiten, zu der ersten Ebene x orthogonalen Ebene y bezeichnet. Wie aus Figur 8 ersichtlich ist, fallen die Orte z1 , z2 minimalen Strahldurchmessers entlang der Strahlkoordinate z auseinander, so dass die in dem Diagramm aus Figur 8 logarithmisch aufgetragene Leistungsdichte S dementsprechend zwei lokale Maxima an den Orten z1 , z2 aufweist.

Die Orte z1 , z2 aus dem Diagramm gemäß Figur 8 korrespondieren mit einem ersten und einem zweiten Zündpunkt ZP1 , ZP2 in der Vorkammer 1 10.

Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Laserzündkerze 100, bei der ein fokussierendes optisches Element 136, das beispielsweise als Asphäre ausgeführt ist, vorgesehen ist.

Eine erste erfindungsgemäße Möglichkeit, den Strahldurchmesser SDx, SDy der durch die Lasereinrichtung 120 erzeugten Laserstrahlung gemäß Figur 8 zu erzeugen, besteht in der Vorsehung einer Zylinderlinse 138, die in den

Strahlengang der Laserzündkerze 100 eingebracht wird, insbesondere zwischen der Lasereinrichtung 120 und der fokussierenden Optik 136.

Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Modifikation der

Strahldurchmesser SDx, SDy, vgl. Figur 8, besteht darin, ein Brennraumfenster 140 vorzusehen, dessen erste optische Oberfläche beispielsweise als zylindrische Fläche ausgeführt ist. Das bedeutet, das Brennraumfenster 140 besitzt die Form einer Zylinderlinse.

Ebenfalls möglich ist der Einsatz eines optischen Elements 139, vgl. Figur 10a, welches auf einer ersten optisch aktiven Seite 139a als Sphäre oder als Asphäre ausgeführt ist, und das auf der gegenüberliegenden optischen Seite 139b als Zylinder ausgeführt ist.

Die Figuren 10a, 10b zeigen entsprechende Schnitte durch ein derartiges optisches Element 139 jeweils in der x-z- bzw. in y-z- Ebene.

Bei hinreichender Stabilität kann das optische Element 139 auch die Funktion des Brennraumfensters 140 übernehmen, so dass durch das Element 139 gleichzeitig die Fokussierung, die Erzeugung von zwei oder mehr Zündpunkten, und die Funktion des Brennraumfensters realisiert wird. Ferner ist es möglich, ein optisches Element 139', vgl. Figur 1 1 a, zu verwenden, das auf einer ersten optisch aktiven Oberfläche 139'a als Zylinder oder auch Sphäre oder Asphäre ausgebildet ist, und das auf einer gegenüberliegenden zweiten optischen Oberfläche 139'b eine zweite Zylinderfläche besitzt, welche eine andere Brennweite realisiert als die Geometrie der ersten optischen

Oberfläche 139'a. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die betreffenden Flächen 139'a, 139'b, vgl. Figur 1 1 a, Figur 1 1 b, unterschiedliche Krümmungsparameter aufweisen und/oder dass die Symmetrieachsen der betreffenden Oberflächen senkrecht zueinander stehen.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung mehrerer, voneinander verschiedener, Zündpunkte besteht darin, einen einfach astigmatischen Laserstrahl zu verwenden, der unterschiedliche Taillenlagen besitzt. Ein derartiger Laserstrahl erzeugt von sich selbst aus in Kombination mit einem rotationssymmetrischen optischen System zwei Zündpunkte. Ein astigmatischer Laserstrahl kann beispielsweise durch einen Festkörperlaser emittiert werden, der eine

entsprechende Asymmetrie aufweist. Die Asymmetrie kann entweder durch ein entsprechend asymmetrisches Pumpprofil z.B. im Falle eines gütegeschalteten Lasers erzeugt werden oder auch durch Aufprägen eines Temperatur- und/oder mechanischen Spannungsprofils. Dies kann dem Festkörperlaser beispielsweise durch eine asymmetrische Ankopplung an Wärmequellen- bzw. -senken aufgeprägt werden.

Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere zylindrische Flächen als Resonatorspiegel für den Laserresonator verwendet werden, um einen astigmatischen Laserstrahl zu erzeugen. Ein auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugter astigmatischer Laserstrahl kann bevorzugt auch mit den weiteren vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen kombiniert werden.

Generell ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Prinzip unter Berücksichtigung der in der Vorkammer 1 10 gegebenen Strömungsverhältnisse anzuwenden, wobei die Zündpunkte besonders vorteilhaft so gewählt werden, dass alle von ihnen ausgehenden Flammenfronten das Vorkammervolumen möglichst schnell ausfüllen. Diese Wirkung wird erfindungsgemäß insbesondere dann erzielt, wenn die Zündpunkte so in der Vorkammer angeordnet sind, dass die sich von ihnen weg ausbreitenden Flammenfronten möglichst spät auf die

Vorkammerinnenwand oder benachbarte Flammenfronten treffen.