[发明专利]激光点火装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光点火装置。另外本发明涉及一种用于给在内燃 机的燃烧室内的燃料/空气混合物点火的方法。

背景技术

激光点火装置包括至少两个激光产生装置和一个共同的输入光学 件，该输入光学件用于将所述至少两个激光产生装置的激光输入到内燃 机的燃烧室内，其中输入光学件具有一个用于激光产生装置的激光的入 射面以及一个用于激光的射出面。

激光点火是用于汽油机式运行的内燃机的一种点火构思，其原理基 于，强烈的激光脉冲输入到内燃机的燃烧室内并且在那里聚焦到焦点上。 在该焦点中辐射强度超过域值，该域值对于电离燃料空气混合物并且结 果对于等离子火花点火是足够的。等离子火花按与传统的电火花点火类 似的方式可以点燃燃料空气混合物。

对于发动机应用，现在最强烈进行的激光点火方案按这样的方式构 成，即激光脉冲由一个固体激光器产生，该固体激光器与输入和输出光 学件一起集成在一个固定在缸盖上的壳体内。这个单元与传统的电火花 点火类似地称为激光火花塞。点火激光通常光学地由一个半导体激光器 泵送，该半导体激光器通过光纤与激光火花塞连接。泵送过程持续大约 200μs至300μs，在该泵送过程期间实现激励在点火激光器的固体晶体 内的激光激活的原子，直至激光脉冲的起振和击穿。点火脉冲本身具有 若干纳秒的持续时间。

将激光脉冲送入内燃机的燃烧室内的输入光学件由一个适合的透镜 系统以及所谓的燃烧室窗构成，该燃烧室窗构成在进入燃烧室内的射束 入口之前的最后一个光学元件。

另外相对于传统的电火花点火，激光点火的优点在于，点火火花可 以自由地置于燃烧室的深处，在那里存在优化的点燃条件。与此相反地， 燃烧引导在电火花点火的情况中在直接的燃烧室壁附近实现，其中面状 的限定点火火花的电极防止火焰核心形成。

激光火花的能量可以通过提高激光系统的功率而明显上升，而不因 此产生提高的摩损，该摩损例如在火花点火的情况中在电极摩损时得到。

激光点火的另一优点是于，随着增大的发动机功率而降低对于等离 子点火必要的最低脉冲能量(MPE)。与此对应地，传统的电的火花点 火构思在现代高功率发动机的要求中今天已经明显地达到其系统边界。

激光点火系统的功率能力关于发动机的采用尤其通过如下方式明显 提高，即为了点燃在发动机的燃烧室内的混合物采用多于一个的等离子 火花。

另外一些激光构思是已知的，它将激光器的射束通过光学装置分成 多个分射束，所述分射束通过共同的聚焦光学件相应得到自己的等离子 火花。该构思的缺点是，点火激光器的能量划分成多个等离子火花，并 且从而相应的火花明显减弱，但是点火激光器的功率上升多倍是困难的。 另一缺点在于，各等离子火花不是彼此独立的，而是同时且关联地产生 并且降低发动机的优化参数。

同类的激光点火装置例如由US 5756924已知。在其中显示的激光点 火装置中，两个不同的激光产生装置的激光引导到共同的输入光学件上， 该输入光学件紧接着将激光聚焦到燃烧室内，以便在那里给燃料空气混 合物点火。此外在US 5756924中建议，激光同轴地引导到输入光学件上。 共同的输入光学件的优点不仅在于较小的成本，以便仅必须采用唯一的 输入光学件，而且也在于，有目的地在确定的位置上可以产生的激光功 率比通过一个唯一的激光产生装置的情况多。

最后已知的现有技术的缺点在如下情况证实，即输入光学件在运行 时由于高的激光功率而强烈加热。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种按开头所述类型的激光点火装置以 及一种用于给在内燃机的燃烧室内的燃料/空气混合物点火的方法，其中 减少现有技术中的缺点。

一方面设定一种激光点火装置，其包括至少两个激光产生装置和一 个共同的输入光学件，该输入光学件用于将所述至少两个激光产生装置 的激光输入到内燃机的燃烧室内，所述至少两个激光产生装置这样设置， 使得由各激光产生装置在运行状态中发出的激光彼此平行错开地或者彼 此成不等于0°的角度地入射到输入光学件上和/或由输入光学件射出，在 激光产生装置与输入光学件之间设置激光转向元件，所述至少两个激光 产生装置这样设置，使得第一激光产生装置的激光的射出面和第二激光 产生装置的激光的射出面以不同于0的角度设置。