專利名稱：內(nèi)燃機(jī)以及用于借助激光點(diǎn)火裝置運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有用于汽油直噴的激光點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)以及用于運(yùn) 行這種內(nèi)燃機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)已知不同結(jié)構(gòu)形式的用于汽油直噴的內(nèi)燃機(jī)。目前更多地使用 這種內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谂欧鸥偷那闆r下具有更少的燃料消耗。對(duì)于公知的 內(nèi)燃機(jī)，共同點(diǎn)是，它們一般在中心位置具有一個(gè)噴射閥并且這樣設(shè)置火花塞， 使得它們位于噴射到燃燒室中的燃料的噴霧邊緣上。在此，基本錐形地由噴射 閥擴(kuò)寬的燃料的點(diǎn)火在該錐形的邊緣上進(jìn)行，因?yàn)橹辉谶@里存在能夠點(diǎn)火的空 氣燃料混合物。但在實(shí)踐中在定位火花塞的火花位置時(shí)存在問(wèn)題，將火花位置 要準(zhǔn)確地定位在可點(diǎn)火的燃料空氣混合物范圍內(nèi)的窄邊緣區(qū)上。這一方面在于 噴射閥、火花塞和汽缸蓋上的構(gòu)件誤差，另一方面也在于從一個(gè)循環(huán)到另一循 環(huán)之間的噴霧幾何形狀變動(dòng)，以致可點(diǎn)火的邊緣區(qū)可能在一定范圍內(nèi)變化。對(duì) 于火花塞，也可以出現(xiàn)火花位置在電極范圍內(nèi)的循環(huán)變動(dòng)以及噴霧幾何形狀由 于沉積或與內(nèi)燃機(jī)特征曲線相關(guān)地發(fā)生老化改變。所述的這些因素一方面導(dǎo)致 效率降低，另一方面導(dǎo)致排氣時(shí)的問(wèn)題。
最近還建議，通過(guò)激光點(diǎn)火裝置替換傳統(tǒng)的火花塞，其中同樣在噴入的燃 料云的邊緣上進(jìn)行點(diǎn)火。

發(fā)明內(nèi)容
與此相比，按照本發(fā)明的具有權(quán)利要求1特征的用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法具 有的優(yōu)點(diǎn)是，始終能夠保證可靠的點(diǎn)火。此外按照本發(fā)明可以提高效率，由此 節(jié)省燃料并且改善廢氣排放。按照本發(fā)明，這由此實(shí)現(xiàn)使燃料在內(nèi)燃機(jī)的壓 縮沖程期間噴射到燃燒室中。在此，燃料這樣噴射到燃燒室中，使得在活塞上 形成能點(diǎn)火的、由燃料和空氣組成的餅狀混合區(qū)域。在此，餅狀混合區(qū)位于活塞的活塞底面上。按照本發(fā)明，在結(jié)束燃料噴射與通過(guò)激光點(diǎn)火裝置開始點(diǎn)火 之間等待一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔，以便能夠在活塞上形成餅狀混合區(qū)域。在此這 樣選擇時(shí)間間隔，使得激光點(diǎn)火裝置對(duì)準(zhǔn)燃燒室內(nèi)的激光射線的點(diǎn)火位置位于 能點(diǎn)火的餅狀混合區(qū)域內(nèi)部。由此在餅狀混合區(qū)域內(nèi)部才進(jìn)行點(diǎn)火。因此，按 照本發(fā)明，不再在噴射的燃料云的邊緣上進(jìn)行點(diǎn)火，而是在位于活塞上的餅狀 混合區(qū)域的內(nèi)部進(jìn)行點(diǎn)火。在此，在噴射后等待，直到在在壓縮階段期間逆著 燃料噴射方向運(yùn)動(dòng)的活塞上形成餅狀混合區(qū)域。當(dāng)噴射到燃燒室中的燃料以射 束的形式噴射，該射束隨著進(jìn)入燃燒室的深度增大而加大蒸發(fā)時(shí)，在該射束中 尤其在霧尖的區(qū)域中得到一個(gè)由氣態(tài)的燃料空氣混合物組成的能點(diǎn)火的套，它 如皺領(lǐng)一樣圍繞射束中心。該氣態(tài)套具有基本上滴的形狀。因?yàn)榛钊嬷@樣 噴射的燃料運(yùn)動(dòng)，因此活塞使燃料空氣混合物水平地向所有側(cè)偏轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致進(jìn) 一步的由渦流引起的混合。由此在活塞底部上形成按照本發(fā)明的能點(diǎn)火的餅狀 混合區(qū)域。因此在噴射后和點(diǎn)火前的時(shí)間間隔期間在活塞上形成按照本發(fā)明的 混合區(qū)域。在此餅狀混合區(qū)域由不能點(diǎn)燃的混合氣、尤其是空氣包圍。在此活 塞繼續(xù)向上向汽缸蓋方向運(yùn)動(dòng)，其中當(dāng)激光器的焦點(diǎn)位于混合區(qū)域內(nèi)部時(shí)才進(jìn) 行點(diǎn)火。因?yàn)橐虼嗽诨旌蠀^(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生點(diǎn)火，能夠可靠地進(jìn)行點(diǎn)火。此外從點(diǎn) 火位置開始直到混合區(qū)域邊緣，與點(diǎn)火點(diǎn)在邊緣上相比，火焰行程明顯較短， 因此達(dá)到更快的點(diǎn)火。在此，使用激光點(diǎn)火裝置使得在混合區(qū)域中的任意每個(gè)
點(diǎn)上能夠點(diǎn)火。在使用傳統(tǒng)火花塞時(shí)僅能夠?qū)崿F(xiàn)伸入燃燒室內(nèi)約8mm的火花 位置，因?yàn)榉駝t火花塞電極和火花塞陶瓷太熱。但與此相反，使用激光點(diǎn)火裝 置可以設(shè)置在燃燒室邊緣上，而無(wú)需使其一部分伸進(jìn)燃燒室。此外該激光點(diǎn)火 裝置沒(méi)有由于金屬火花塞電極上的猝熄現(xiàn)象引起的點(diǎn)火能量損失(熱量導(dǎo)出)。 由此引起燃燒過(guò)程中的循環(huán)波動(dòng)降低，因?yàn)榧す恻c(diǎn)火裝置能夠?qū)崿F(xiàn)敏感的形成 火焰的高度可重復(fù)性。此外通過(guò)激光點(diǎn)火裝置也可以點(diǎn)燃變薄的混合氣。在混 合區(qū)域內(nèi)部點(diǎn)火還使得混合區(qū)域能夠更快地徹底燃燒，這能夠在熱動(dòng)力學(xué)方面 或者利用在更快的燃燒過(guò)程中(可以沒(méi)有爆震的情況下更大地壓縮，這導(dǎo)致節(jié) 省消耗)和/或利用在更大可能的混合物變薄中(能夠貧化或廢氣再循環(huán)，這 導(dǎo)致NOx減少并且能夠減少消耗)。
從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案。
燃料的噴射最好通過(guò)多個(gè)單個(gè)射束或者借助一個(gè)向外打開的、打開角度a 在70。^S110。之間的環(huán)形縫隙閥(A—閥)進(jìn)行，這些單個(gè)射束借助多孔閥產(chǎn)生，孔數(shù)最好在7至14個(gè)之間。
燃料噴射結(jié)束與點(diǎn)火開始之間的時(shí)間間隔最好這樣選擇，使得它相應(yīng)于5。 至15。之間、尤其是5。至10。之間、尤其是7.5。的曲軸轉(zhuǎn)角行程。
為了能夠更快且更可靠地形成餅狀混合區(qū)域，最好在活塞底部中設(shè)置一個(gè) 凹穴，在該凹穴中形成餅狀的混合區(qū)域。在此最好圓形且對(duì)稱地形成該凹穴。
特別優(yōu)選靠近餅狀混合區(qū)域的中心區(qū)域或者在該中心區(qū)域上點(diǎn)火，以便具 有穿過(guò)整個(gè)混合區(qū)域的盡可能短的火焰行程。
還優(yōu)選在活塞上形成一個(gè)突出的凸起，餅狀混合區(qū)域位于該凸起上方，以 便在餅狀混合區(qū)域中形成一個(gè)基本在活塞軸向上突出的區(qū)域。餅狀混合區(qū)域的 點(diǎn)火最好從該突出的區(qū)域開始。由此可以達(dá)到，還在活塞向上死點(diǎn)方向的較早 運(yùn)動(dòng)段中就實(shí)現(xiàn)餅狀混合區(qū)域的點(diǎn)火開始，由此正好在效率最佳的曲軸轉(zhuǎn)角范 圍中實(shí)現(xiàn)餅狀混合區(qū)域的盡可能完全的燃燒，然后進(jìn)行膨脹沖程。為了實(shí)現(xiàn)噴 射閥盡可能在中心定位在汽缸蓋中，所述突出的凸起最好設(shè)置在活塞底部上的 凹穴的邊緣上。為了更快地形成餅狀混合區(qū)域，最好在從活塞底部突出的該凸 起上進(jìn)行燃料噴射。
最好在多個(gè)相繼的區(qū)間中進(jìn)行燃料噴射。由此達(dá)到，在餅狀混合區(qū)域中存 在更多的空氣份額，因?yàn)樵谌剂蠂娚涞母鱾€(gè)區(qū)間之間各存在一個(gè)小空氣墊。
為了使從點(diǎn)火位置穿過(guò)餅狀混合區(qū)域的火焰運(yùn)動(dòng)時(shí)間保持盡可能短，最好 在混合區(qū)域內(nèi)部設(shè)置多個(gè)點(diǎn)火位置。這多個(gè)點(diǎn)火位置在此可通過(guò)多個(gè)激光點(diǎn)火 裝置或者通過(guò)一個(gè)激光點(diǎn)火裝置來(lái)產(chǎn)生，該激光點(diǎn)火裝置多點(diǎn)地在不同的焦點(diǎn) 上被操作。多個(gè)點(diǎn)火位置最好對(duì)稱地設(shè)置在餅狀混合區(qū)域中。多個(gè)點(diǎn)火位置最 好處于一個(gè)平面中，以便達(dá)到穿過(guò)混合區(qū)域的盡可能均勻的火焰運(yùn)動(dòng)時(shí)間。但 要注意，根據(jù)活塞和/或燃燒室上的幾何情況，多個(gè)點(diǎn)火位置也可以設(shè)置在不 同的平面上。
為了能夠例如以簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行與負(fù)載有關(guān)的點(diǎn)火，激光點(diǎn)火裝置的焦距 最好是可變的。由此可以使激光點(diǎn)火裝置適應(yīng)不同的環(huán)境影響。
為了尤其減少在多個(gè)點(diǎn)火位置上點(diǎn)燃餅狀混合區(qū)域時(shí)的噪聲，不同的點(diǎn)火 位置最好在不同的時(shí)刻點(diǎn)火。這使得能夠進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化燃燒過(guò)程。
按照本發(fā)明的方法最好用在內(nèi)燃機(jī)的分層運(yùn)行中。在此，分層運(yùn)行理解為 這種運(yùn)行方式在該方式中僅小負(fù)載在內(nèi)燃機(jī)上。在分層運(yùn)行中燃燒室中的燃 燒基本只通過(guò)噴入的燃料質(zhì)量確定，其中節(jié)流閥門通常開度很大。但按照本明的方法也可以用在內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行中。
此外按照本發(fā)明提出一種用于將燃料直接噴射到燃燒室中的內(nèi)燃機(jī)，它包 括一激光點(diǎn)火裝置、 一活塞和一燃料噴射裝置。該內(nèi)燃機(jī)還包括一控制裝置， 用于確定激光點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火時(shí)刻。在此當(dāng)燃料噴射過(guò)程結(jié)束并且在活塞上形 成能點(diǎn)火的餅狀混合區(qū)域時(shí)，控制裝置才使激光點(diǎn)火裝置激活。換言之，在燃 料噴射過(guò)程結(jié)束與點(diǎn)火開始之間渡過(guò)一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔，以便一方面能夠形 成餅狀混合區(qū)域，另一方面當(dāng)激光的焦點(diǎn)(點(diǎn)火位置)位于餅狀混合區(qū)域中時(shí) 才進(jìn)行點(diǎn)火。由此保證混合區(qū)域在其內(nèi)部點(diǎn)火，使得火焰行程非常短。
控制裝置最好根據(jù)活塞位置確定點(diǎn)火時(shí)刻。在此可以最好根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角借 助傳感器來(lái)確定活塞位置。
為了支持形成能點(diǎn)火的餅狀混合區(qū)域，活塞最好在活動(dòng)底面上具有一個(gè)基 本圓形的凹穴。該凹穴最好關(guān)于活塞中心軸線對(duì)稱。
地位優(yōu)選活塞在活塞底面上具有一個(gè)突出的凸起。該凸起可以最好位于一 個(gè)圓形的凹穴中或者位于該凹穴的邊緣上。通過(guò)凹穴區(qū)域中的該突出的凸起可 以保證，餅狀混合區(qū)域也在凸起上形成，由此混合區(qū)域的一個(gè)區(qū)域在活塞運(yùn)動(dòng) 方向上突出。在此最好這樣設(shè)置激光點(diǎn)火裝置，使得激光焦點(diǎn)位于混合區(qū)域的 該突出的區(qū)域中。由此例如可以在活塞上死點(diǎn)前實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，盡管如此，該點(diǎn)火 可靠地在混合區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在活塞底面上形成的凹穴具有一個(gè)相 對(duì)于活塞中心軸線傾斜一個(gè)角度的基面。這使得激光點(diǎn)火裝置能夠在中心設(shè)置 在汽缸蓋中并且盡管如此也能夠垂直地將燃料噴射到活塞底部上。激光點(diǎn)火裝 置布置在中心還具有結(jié)構(gòu)空間方面的優(yōu)點(diǎn)。
激光點(diǎn)火裝置最好包括一個(gè)可聚焦的透鏡，以便改變激光射線的焦點(diǎn)位置。
為了實(shí)現(xiàn)餅狀混合區(qū)域中的多個(gè)點(diǎn)火位置，內(nèi)燃機(jī)最好包括多個(gè)激光點(diǎn)火 裝置。在此最好這樣設(shè)置這多個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)火裝置，使得餅狀混合區(qū)域中的點(diǎn)火位 置盡可能對(duì)稱地布置?？刂蒲b置優(yōu)選在不同的時(shí)刻操作多個(gè)激光點(diǎn)火裝置，以 便能夠優(yōu)化所期望的燃燒過(guò)程，尤其是在噪聲和穿過(guò)混合區(qū)域的火焰運(yùn)動(dòng)時(shí)間 方面。
燃料噴射裝置最好是一個(gè)孔數(shù)在7至14之間的多孔閥或者是一個(gè)向外打 開、最好具有70。至110。之間打開角度的環(huán)形縫隙閥(A-閥)。


下面借助于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中示出 圖1 按照本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，
圖2a和2b 通過(guò)一個(gè)多孔閥噴射燃料的示意圖，
圖3 向外打開的環(huán)形縫隙閥(A-閥)的噴霧云的示意圖，
圖4a和4b 按照本發(fā)明另一實(shí)施例通過(guò)多孔閥噴射的示意圖，
圖5和6 按照本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，
圖7和8 按照本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，圖9和10 按照本發(fā)明第四實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，
圖11 按照本發(fā)明第五實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，
圖12 按照本發(fā)明第六實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意剖視圖，
圖13 圖12的餅狀混合區(qū)域的俯視圖，
圖14a和14b餅狀混合區(qū)域的俯視圖，具有不同的點(diǎn)火位置。
具體實(shí)施例方式
下面借助于圖1和2描述按照本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)20。 如圖1所示，該內(nèi)燃機(jī)20包括一個(gè)具有活塞底部22的活塞21，在活塞 底部中在中心關(guān)于活塞中心軸線X-X對(duì)稱地設(shè)置一圓形的凹穴23。該活塞21 以公知的方式在氣缸中運(yùn)動(dòng)，其中在汽缸蓋24中設(shè)置一個(gè)噴射裝置25和一個(gè) 激光點(diǎn)火裝置26。該噴射裝置25在中心在活塞的中心軸線X-X上設(shè)置在汽缸 蓋中并且在該實(shí)施例中是具有10個(gè)孔的多孔閥。由圖2a可看到孔的布置。激 光點(diǎn)火裝置26通過(guò)控制裝置34來(lái)控制并且具有一個(gè)非球面的透鏡26a。該激 光點(diǎn)火裝置還包括一個(gè)高品質(zhì)連接的光泵浦的固體激光器。該激光點(diǎn)火裝置產(chǎn) 生激光射線27，它對(duì)準(zhǔn)燃燒室29中。在此該激光點(diǎn)火裝置26相對(duì)于汽缸蓋 24的內(nèi)壁平整地構(gòu)成，因此激光點(diǎn)火裝置26不伸進(jìn)燃燒室29中。
由圖2a和2b看到燃料向燃燒室29中的噴射。噴射裝置25的用標(biāo)記1至 10標(biāo)記的各個(gè)射束朝向迎面而來(lái)的活塞噴射到燃燒室中。在此隨著每個(gè)單個(gè) 射束的進(jìn)入深度的增加產(chǎn)生增強(qiáng)的蒸發(fā)，由此圍繞每個(gè)單個(gè)射束1至10尤其 在噴入的燃料的霧尖的區(qū)域中產(chǎn)生一個(gè)由氣態(tài)燃料空氣混合物構(gòu)成的套。這在 圖2b中通過(guò)圍繞每個(gè)單個(gè)射束1至10的大圓表示。氣態(tài)的燃料空氣混合物套 類似皺領(lǐng)地圍繞射束，射束的尖端也通過(guò)氣態(tài)的燃料空氣混合物構(gòu)成。如同由圖2b還看到的那樣，由于渦流并且由于活塞21逆著射束方向運(yùn)動(dòng)并使燃料空 氣混合物套水平地偏轉(zhuǎn)，各個(gè)射束的燃料空氣混合物套部分地重疊。由此在活 塞底部22上形成一個(gè)能點(diǎn)火的餅狀混合區(qū)域28。通過(guò)設(shè)置在活塞底部22中 的凹穴23更強(qiáng)化了餅狀混合區(qū)域28的形成。在此該餅狀混合區(qū)域28具有圓 形的形狀，它具有一個(gè)厚度，該厚度從中心開始向外邊緣方向略減小。該混合 區(qū)域28是基本均勻的氣態(tài)燃料空氣混合物，它的平均X在0.8至1.5之間。
在此按照本發(fā)明在上死點(diǎn)OT前約35。的曲軸轉(zhuǎn)角處噴射燃料。在此多孔 閥的孔這樣構(gòu)型，使得每個(gè)單個(gè)射束具有盡可能捆束狀的形狀。為此各個(gè)孔的 孔徑最好在約13(Hun至200^im之間。還優(yōu)選逐漸收縮的、尤其是錐形的、向 外打開的孔或階梯孔有助于具有所期望的燃料空氣混合物氣體套的捆束狀噴 霧形狀。如圖2a所示，在此這樣選擇多孔閥的孔的噴射軸線，使它們具有大 致相同的空間角間距。
要注意，根據(jù)各個(gè)射束到活塞底部所走過(guò)的行程距離，各個(gè)孔的孔徑可以 是不同的。內(nèi)部的射束在圖1所示的噴射裝置中心布置中具有到活塞最短的行 程，這些射束可以具有比設(shè)置在圓周上的孔更小的孔徑。通過(guò)較小的孔使在那 里通過(guò)的燃料量更少并由此使噴霧脈沖更小，由此也使內(nèi)部射束在達(dá)到活塞底 部22之前可靠地蒸發(fā)。這樣選擇孔徑和噴射孔的打開角度以及孔數(shù)量，使得 噴射的燃料正好在達(dá)到活塞底部時(shí)蒸發(fā)。由此，相反運(yùn)動(dòng)的活塞可以提供能點(diǎn) 火的混合區(qū)域28的特別好的混合和均勻化。
在此在上死點(diǎn)前35。至上死點(diǎn)前約20。之間的范圍中形成混合區(qū)域28。圖 1示出上死點(diǎn)前約20。的位置，在該位置混合區(qū)域28已經(jīng)均勻地在活塞底部上 的凹穴23中形成。但是只有當(dāng)激光27的焦點(diǎn)位于混合區(qū)域28內(nèi)部時(shí)才通過(guò) 激光點(diǎn)火裝置26進(jìn)行點(diǎn)火。該焦點(diǎn)定義混合區(qū)域內(nèi)部的點(diǎn)火位置27a。這在 如同在圖1中所示的上死點(diǎn)前約20。的活塞位置時(shí)給出，其中點(diǎn)火位置27a正 好位于中心軸線X-X上。
控制裝置34根據(jù)活塞21的位置控制激光點(diǎn)火裝置26的點(diǎn)火時(shí)刻。在此 點(diǎn)火時(shí)刻最好位于上死點(diǎn)前約20。的曲軸轉(zhuǎn)角上。由此可以保證混合區(qū)域28 在效率最佳的曲軸轉(zhuǎn)角范圍中完全燃燒，達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的高效率。燃料噴射結(jié)束 與點(diǎn)火開始之間的時(shí)間間隔在此相應(yīng)于活塞經(jīng)過(guò)5。至10°之間、最好7.5。的曲 軸轉(zhuǎn)角所走過(guò)的行程。
通過(guò)在混合區(qū)域28內(nèi)部點(diǎn)火，與在邊緣上點(diǎn)火相比通過(guò)混合區(qū)域28的火焰行程明顯減小。由此一方面可以達(dá)到更快也更完全地燃燒。另一方面由此尤 其在內(nèi)燃機(jī)層運(yùn)行中達(dá)到特別穩(wěn)定的燃燒過(guò)程。在此按照本發(fā)明餅狀混合區(qū)域
28通過(guò)噴射的燃料與活塞的交互作用產(chǎn)生，其中在噴射結(jié)束與點(diǎn)火開始之間 存在一定的時(shí)間間隔，以便能夠形成混合區(qū)域并且在混合區(qū)域28內(nèi)部實(shí)施混 合區(qū)域的點(diǎn)火。此外通過(guò)在內(nèi)部點(diǎn)火，由構(gòu)件公差所引起的偏差不導(dǎo)致不均勻 的燃燒。從循環(huán)到循環(huán)的噴霧幾何形狀變動(dòng)或者與特征曲線有關(guān)的噴霧幾何形
狀波動(dòng)也不對(duì)本發(fā)明方法產(chǎn)生影響。該激光點(diǎn)火裝置還具有該優(yōu)點(diǎn)不產(chǎn)生如
現(xiàn)有技術(shù)中那樣由于金屬火花塞電極上的猝熄現(xiàn)象引起的點(diǎn)火能量損失(熱量 導(dǎo)出)。由此可以在強(qiáng)制點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)上首次實(shí)現(xiàn)敏感的火焰芯形成的高度可 再現(xiàn)性。
圖3示出一個(gè)向外打開的環(huán)形縫隙閥(A—閥)形式的噴射裝置25的替 換方案。所示的環(huán)形縫隙閥錐形地噴處燃料，由此在圖3所示的剖面圖中得到 一個(gè)環(huán)形的燃料區(qū)域30。在燃料區(qū)域30的兩側(cè)分別形成一個(gè)由燃料空氣混合 物組成的套31和32。在此圖3的環(huán)形縫隙閥的打開角度最好位于70。到110。 之間。通過(guò)借助環(huán)形縫隙閥的噴射與圖1中一樣也在活塞上產(chǎn)生均勻的餅狀混 合區(qū)域28，其中活塞使產(chǎn)生的燃料空氣混合物水平地既向內(nèi)又向外偏轉(zhuǎn)。
圖4a和4b示出點(diǎn)火裝置25的另一擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，它同樣構(gòu)造為多孔閥。在 此在圖4a和4b中所示的多孔閥具有12個(gè)噴射孔1至12。這些噴射孔分布在 兩個(gè)同心圓上并且相互錯(cuò)開地設(shè)置在這些圓上。由此得到在圖4b中所示的圍 繞各個(gè)射束的噴霧分布。大圓仍然表示氣態(tài)的混合物套。該實(shí)施例在其它方面 相應(yīng)于第一實(shí)施例，因此可以參閱在那里給出的說(shuō)明。
在圖5和6中示出按照本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)20，其中相同的或功 能相同的件用相同的符號(hào)標(biāo)記。與第一實(shí)施例不同，在第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī) 20中激光點(diǎn)火裝置26在中心設(shè)置在中心軸線X-X上。在此噴射裝置25安置 在激光點(diǎn)火裝置26側(cè)面并與中心軸線成一角度a。該噴射裝置25也是多孔閥， 其中在圖5中簡(jiǎn)示出三個(gè)噴射束，具有還呈液體的燃料射束35和形成的燃料 空氣混合物氣態(tài)套36。當(dāng)各個(gè)射束碰到活塞底部22上時(shí)，它們完全蒸發(fā)，由 此在活塞底部上僅出現(xiàn)氣態(tài)的燃料空氣混合物。由圖5還可以看出，在活塞底 部22中形成的凹穴24中還附加地形成一個(gè)突出的凸起37。該突出的凸起37 在中心在凹穴23中設(shè)置在中心軸線X-X上并且基本上具有球區(qū)段的形狀。在 此正好向突出的凸起37的方向進(jìn)行燃料噴射。如圖5所示，開始噴射時(shí)的活塞位置在上死點(diǎn)前約35°。如果結(jié)束燃料噴射了，則活塞21繼續(xù)向激光點(diǎn)火 裝置26方向運(yùn)動(dòng)，其中通過(guò)偏轉(zhuǎn)在活塞底部上就形成均勻的、能點(diǎn)火的混合 區(qū)域28 (參見(jiàn)圖6)。在此混合區(qū)域28也在突出的凸起37上面形成，如圖6 所示，點(diǎn)火位置27a在混合區(qū)域28的突出區(qū)域28a中位于上死點(diǎn)前約20°的活 塞位置。圖6中所示的活塞位置表示一個(gè)位置，在該位置進(jìn)行混合區(qū)域28的 點(diǎn)火。因?yàn)樵谠搶?shí)施例中激光點(diǎn)火裝置26在中心設(shè)置在中心軸線X-X上并且 中心軸線X-X也是混合區(qū)域28的對(duì)稱軸，因此在該實(shí)施例中從點(diǎn)火位置27a 到混合區(qū)域28邊緣的火焰行程特別短。由此可達(dá)到特別快速且完全的燃燒。
圖7和8示出按照本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)20，其中相同或功能相同 的件也以與上述實(shí)施例相同的符號(hào)標(biāo)記。第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)20基本相應(yīng)于 第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)，但突出的凸起37在第三實(shí)施例中設(shè)置在凹穴23的邊緣 上。由此可以使噴射裝置25對(duì)中地設(shè)置在活塞21的中心軸線X-X上并且激 光點(diǎn)火裝置26這樣設(shè)置在汽缸蓋24中，使得它定位在突出的凸起37上方。 由此凸起37和激光點(diǎn)火裝置26基本位于共同的、與中心軸線X-X平行的軸 線Y-Y上。在此燃料噴射直接在活塞底部22中形成的凹穴23中進(jìn)行。通過(guò) 與凹穴23和活塞21的與噴射方向相反的運(yùn)動(dòng)的共同工作，在噴射結(jié)束后和點(diǎn) 火前又在凹穴23中形成混合區(qū)域28，其中混合區(qū)域28在突出的凸起37的區(qū) 域中具有一個(gè)突出區(qū)域28a(參見(jiàn)圖8)。在圖8所示的上死點(diǎn)前約20。的位置， 激光27的焦點(diǎn)位于混合區(qū)域28的突出區(qū)域28a中，由此可以在混合區(qū)域28 內(nèi)部進(jìn)行點(diǎn)火。由此與第一實(shí)施例相比也能夠使混合區(qū)域28更早地點(diǎn)火，因 為激光點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃混合區(qū)域28的突出區(qū)域28a并且火焰行程從那里開始穿 過(guò)整個(gè)混合區(qū)域28。該實(shí)施例在其它方面相應(yīng)于前面的實(shí)施例，因此可以參 閱在那里給出的說(shuō)明。
圖9和10中示出按照本發(fā)明第四實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)20，其中相同或功能相 同的件也以與上述實(shí)施例相同的符號(hào)標(biāo)記。第四實(shí)施例基本相應(yīng)于第二實(shí)施例 的內(nèi)燃機(jī)，其中在活塞底部22的凹穴23中也在中心形成一個(gè)突出的凸起37。 激光點(diǎn)火裝置26也對(duì)中地設(shè)置在活塞21的中心軸線X-X上并且噴射裝置25 成一角度a。但與第二實(shí)施例不同，活塞底部22在凹穴23的區(qū)域中相對(duì)于垂 直于中心軸線X-X的平面E傾斜。該傾斜度在圖9和10中用角度|3標(biāo)記。在 此優(yōu)選這樣選擇凹穴23的傾斜度，使得中間的中心噴射束基本垂直于傾斜的 凹穴表面。在此該中心噴射束撞擊到突出的凸起37上，這導(dǎo)致更快地形成餅狀混合區(qū)域28。如從圖9和10中可看到的，在此，激光點(diǎn)火裝置26也安置 在突出的凸起37的上面，使得混合區(qū)域可以早點(diǎn)火。該實(shí)施例在其它方面相 應(yīng)于前面的實(shí)施例，因此可以參閱在那里給出的說(shuō)明。
圖ll示出按照本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的第五實(shí)施例，其中相同或功能相同的件 仍然以與前面的實(shí)施例相同的符號(hào)標(biāo)記。第五實(shí)施例基本相應(yīng)于第二實(shí)施例， 其中與第二實(shí)施例不同，噴射裝置25以及激光點(diǎn)火裝置26都相對(duì)于中心軸線 x-x成一角度y或s布置。在此噴射裝置25和激光點(diǎn)火裝置26的傾斜角y， S相同，區(qū)別僅在于前面的符號(hào)。在此，活塞底部22中的凹穴23中的突出的 凸起37仍然設(shè)置在激光點(diǎn)火裝置26下面，由此得到非對(duì)稱的凹穴結(jié)構(gòu)。餅狀 混合區(qū)域28仍然在突出的凸起37上構(gòu)成有突出區(qū)域28a，由此混合區(qū)域28 的點(diǎn)火位置27a位于該突出區(qū)域28a中。該實(shí)施例在其它方面相應(yīng)于前面的實(shí) 施例，因此可以參閱在那里給出的說(shuō)明。
下面借助于圖12和13描述按照本發(fā)明第六實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)，其中相同或 功能相同的件仍然以與前面的實(shí)施例相同的符號(hào)標(biāo)記。第六實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)如 圖12所示具有兩個(gè)激光點(diǎn)火裝置26。 一個(gè)噴射裝置25在中間設(shè)置在活塞21 的中心軸線X-X上。兩個(gè)激光點(diǎn)火裝置26在側(cè)面相對(duì)于中心軸線X-X成一角 度Y或5地布置，其中角度Y和S—樣大。布置兩個(gè)激光點(diǎn)火裝置26使得能 夠在餅狀混合區(qū)域28中產(chǎn)生兩個(gè)點(diǎn)火位置27a。由此尤其可以使混合區(qū)域28 內(nèi)部的火焰行程保持短。在圖12和13中通過(guò)圍繞點(diǎn)火位置27a的短箭頭簡(jiǎn)示 出火焰行程。在此餅狀混合區(qū)域28的點(diǎn)火最好同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)轱灎罨旌蠀^(qū)域 28關(guān)于中心軸線X-X對(duì)稱地構(gòu)成。兩個(gè)點(diǎn)火位置27a在此處于一個(gè)垂直于中 心軸線X-X的平面F上。該實(shí)施例在其它方面相應(yīng)于前面的實(shí)施例，因此可 以參閱在那里給出的說(shuō)明。
圖14a和14b還示出用于通過(guò)多個(gè)點(diǎn)火位置點(diǎn)火餅狀混合區(qū)域28的兩個(gè) 不同示例。在圖14a中設(shè)置三個(gè)點(diǎn)火位置27a，它們?cè)诰哂袌A形周邊的混合區(qū) 域28中從中心軸線X-X來(lái)看以約分別120。的相互角度布置。每個(gè)點(diǎn)火位置 27a到混合區(qū)域28邊緣的距離在這里選擇得相同。在圖14b中示出具有四個(gè) 點(diǎn)火位置27a的方案，這些點(diǎn)火位置關(guān)于中心軸線X-X對(duì)稱地布置。如從圖 14b中看到的那樣，這種具有四個(gè)點(diǎn)火位置27a的布置特別有利，因?yàn)閺拿總€(gè) 點(diǎn)火位置27a開始穿過(guò)整個(gè)混合區(qū)域28的火焰行程基本一樣長(zhǎng)，直到整個(gè)混 合區(qū)域29點(diǎn)燃。要注意，在所有所示的實(shí)施例中當(dāng)然也可以執(zhí)行多點(diǎn)噴射。這尤其具有這 樣的優(yōu)點(diǎn)混合區(qū)域28分層地建立，其中在兩個(gè)燃料空氣混合層之間分別存
在一個(gè)薄的空氣層。由此可以加大混合區(qū)域28中的空氣含量。
本發(fā)明方法在所述的所有實(shí)施例中的另一優(yōu)點(diǎn)是，為了產(chǎn)生混合區(qū)域28
可以使用這樣的噴射裝置它們產(chǎn)生對(duì)稱的噴霧幾何形狀(沒(méi)有用于火花塞的
噴霧空隙)。由此也省去使噴射裝置與伸進(jìn)燃燒室中的火花塞相對(duì)應(yīng)。此外不 發(fā)生激光點(diǎn)火裝置被液體燃料浸濕，這在現(xiàn)有技術(shù)中使火花塞的點(diǎn)火能力下 降。
在此，按照本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)不僅可以在汽車中使用，而且可以固定地使用。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(20)的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有燃料噴射裝置(25)和激光點(diǎn)火裝置(26)，其中激光點(diǎn)火裝置(26)在燃燒室(29)中產(chǎn)生激光射線(27)，其中在內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程期間燃料通過(guò)燃料噴射裝置(27)噴射到燃燒室(29)中，其中燃料這樣噴射到燃燒室(29)中，使得在活塞(21)上形成由燃料和空氣組成的能點(diǎn)火的、餅狀的混合區(qū)域(28)，在燃料噴射結(jié)束與點(diǎn)火開始之間等待一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔，以便形成該餅狀的混合區(qū)域(28)，然后在該餅狀的混合區(qū)域(28)內(nèi)部借助激光點(diǎn)火裝置(26)進(jìn)行點(diǎn)火。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，借助一個(gè)具有多個(gè)噴射孔(1 一12)的多孔閥或者借助一個(gè)向外打開的環(huán)形縫隙閥進(jìn)行燃料噴射。
3. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，燃料噴射結(jié)束與點(diǎn)火 開始之間的時(shí)間間隔相應(yīng)于一個(gè)時(shí)間，在該時(shí)間中，活塞(21)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)5° 至15°、尤其是5。至10。、尤其是7.5。的曲軸轉(zhuǎn)角。
4. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在活塞(21)的活塞 底部(22)中形成一個(gè)凹穴(23)，餅狀的混合區(qū)域(28)在該凹穴(23)中 形成。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述混合區(qū)域(28) 盡可能靠近其中心或在其中心點(diǎn)火。
6. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在活塞(21)上形成 一個(gè)突出的凸起(37)，以便在餅狀的混合區(qū)域(28)中形成一個(gè)軸向突出的 區(qū)域(28a)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，混合區(qū)域(28)的點(diǎn)火在該 突出的區(qū)域(28a)中進(jìn)行。
8. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，燃料噴射在多個(gè)區(qū)間 中和/或通過(guò)多個(gè)噴射裝置進(jìn)行。
9. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，餅狀的混合區(qū)域(28) 在混合區(qū)域(28)內(nèi)部的多個(gè)點(diǎn)火位置(27a)上點(diǎn)火。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在餅狀的混合區(qū)域(28)中 對(duì)稱地設(shè)置多個(gè)點(diǎn)火位置(27a)。
11. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述激光點(diǎn)火裝置(26) 的焦距是可變的。
12. 如權(quán)利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，由第一和第二點(diǎn) 火位置(27a)在不同的時(shí)刻進(jìn)行點(diǎn)火。
13. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，該方法在內(nèi)燃機(jī)的層 運(yùn)行中實(shí)施。
14. 用于汽油直噴的內(nèi)燃機(jī)，包括一激光點(diǎn)火裝置(26)、 一活塞(21)、 一燃料噴射裝置(25)，該燃料噴射裝置在壓縮沖程中將燃料這樣噴射到燃燒 室(29)中，使得在活塞(21)上產(chǎn)生一個(gè)能點(diǎn)火的、餅狀的混合區(qū)域(28)， 該內(nèi)燃機(jī)還包括一控制裝置(34)，用于確定激光點(diǎn)火裝置(26)的點(diǎn)火時(shí)刻， 其中該控制裝置(34)這樣確定點(diǎn)火時(shí)刻，使得當(dāng)激光點(diǎn)火塞(26)的激光射 線(27)的焦點(diǎn)位于該混合區(qū)域(28)內(nèi)部時(shí)，才對(duì)激光點(diǎn)火裝置(26)傳送 點(diǎn)火信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述控制裝置(34)根 據(jù)活塞位置確定點(diǎn)火時(shí)刻。
16. 如權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，活塞位置可以通過(guò)所得 知的曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)確定。
17. 如權(quán)利要求14至16之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述活塞(21) 在活塞底面(22)上具有一個(gè)基本圓形的凹穴。
18. 如權(quán)利要求14至17之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述活塞在活 塞底面(22)上具有一個(gè)突出的凸起(37)。
19. 如權(quán)利要求17或18之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述凹穴(23) 具有相對(duì)于活塞(21)的中心軸線(X-X)以一角度(P)傾斜的基面。
20. 如權(quán)利要求14至19之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述激光點(diǎn)火 裝置(26)具有一可聚焦的透鏡(26a)，用于改變激光射線(27)的焦點(diǎn)的 位置。
21. 如權(quán)利要求14至20之一所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，具有多個(gè)激光 點(diǎn)火裝置(26)。
22. 如權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述控制裝置(34)使 多個(gè)激光點(diǎn)火裝置(26)在不同的時(shí)刻激活。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)(20)的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有燃料噴射裝置(25)和激光點(diǎn)火裝置(26)，其中激光點(diǎn)火裝置(26)在燃燒室(29)中產(chǎn)生激光射線(27)，其中在內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程期間燃料通過(guò)燃料噴射裝置(27)噴射到燃燒室(29)中，其中燃料這樣噴射到燃燒室(29)中，使得在活塞(21)上形成由燃料和空氣組成的能點(diǎn)火的、餅狀的混合區(qū)域(28)，在燃料噴射結(jié)束與點(diǎn)火開始之間等待一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔，以便形成該餅狀的混合區(qū)域(28)，然后在該餅狀的混合區(qū)域(28)內(nèi)部借助激光點(diǎn)火裝置(26)進(jìn)行點(diǎn)火。
文檔編號(hào)F02D41/30GK101317003SQ200680044274
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者H·里德布施, M·弗格爾, W·赫登 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司