[发明专利]内燃机以及用于借助激光点火装置运行内燃机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有用于汽油直喷的激光点火装置的内燃机以及用于运 行这种内燃机的方法。

背景技术

由现有技术已知不同结构形式的用于汽油直喷的内燃机。目前更多地使用 这种内燃机，因为它们在排放更低的情况下具有更少的燃料消耗。对于公知的 内燃机，共同点是，它们一般在中心位置具有一个喷射阀并且这样设置火花塞， 使得它们位于喷射到燃烧室中的燃料的喷雾边缘上。在此，基本锥形地由喷射 阀扩宽的燃料的点火在该锥形的边缘上进行，因为只在这里存在能够点火的空 气燃料混合物。但在实践中在定位火花塞的火花位置时存在问题，将火花位置 要准确地定位在可点火的燃料空气混合物范围内的窄边缘区上。这一方面在于 喷射阀、火花塞和汽缸盖上的构件误差，另一方面也在于从一个循环到另一循 环之间的喷雾几何形状变动，以致可点火的边缘区可能在一定范围内变化。对 于火花塞，也可以出现火花位置在电极范围内的循环变动以及喷雾几何形状由 于沉积或与内燃机特征曲线相关地发生老化改变。所述的这些因素一方面导致 效率降低，另一方面导致排气时的问题。

最近还建议，通过激光点火装置替换传统的火花塞，其中同样在喷入的燃 料云的边缘上进行点火。

发明内容

根据本发明，提出一种用于运行内燃机的方法，该内燃机具有燃料喷射装 置和激光点火装置，其中激光点火装置在燃烧室中产生激光射线，其中在内燃 机的压缩冲程期间燃料通过燃料喷射装置喷射到燃烧室中，其中燃料这样喷射 到燃烧室中，使得在活塞上形成由燃料和空气组成的能点火的、饼状的混合区 域，在燃料喷射结束与点火开始之间等待一个预定的时间间隔，以便形成该饼 状的混合区域，然后在该饼状的混合区域内部借助激光点火装置进行点火。

与现有技术相比，按照本发明的上述用于运行内燃机的方法具有的优点 是，始终能够保证可靠的点火。此外按照本发明可以提高效率，由此节省燃料 并且改善废气排放。按照本发明，这由此实现：使燃料在内燃机的压缩冲程期 间喷射到燃烧室中。在此，燃料这样喷射到燃烧室中，使得在活塞上形成能点 火的、由燃料和空气组成的饼状混合区域。在此，饼状混合区位于活塞的活塞 底面上。按照本发明，在结束燃料喷射与通过激光点火装置开始点火之间等待 一个预定的时间间隔，以便能够在活塞上形成饼状混合区域。在此这样选择时 间间隔，使得激光点火装置对准燃烧室内的激光射线的点火位置位于能点火的 饼状混合区域内部。由此在饼状混合区域内部才进行点火。因此，按照本发明， 不再在喷射的燃料云的边缘上进行点火，而是在位于活塞上的饼状混合区域的 内部进行点火。在此，在喷射后等待，直到在在压缩阶段期间逆着燃料喷射方 向运动的活塞上形成饼状混合区域。当喷射到燃烧室中的燃料以射束的形式喷 射，该射束随着进入燃烧室的深度增大而加大蒸发时，在该射束中尤其在雾尖 的区域中得到一个由气态的燃料空气混合物组成的能点火的套，它如皱领一样 围绕射束中心。该气态套具有基本上滴的形状。因为活塞逆着这样喷射的燃料 运动，因此活塞使燃料空气混合物水平地向所有侧偏转，这导致进一步的由涡 流引起的混合。由此在活塞底部上形成按照本发明的能点火的饼状混合区域。 因此在喷射后和点火前的时间间隔期间在活塞上形成按照本发明的混合区域。 在此饼状混合区域由不能点燃的混合气、尤其是空气包围。在此活塞继续向上 向汽缸盖方向运动，其中当激光器的焦点位于混合区域内部时才进行点火。因 为因此在混合区域内部产生点火，能够可靠地进行点火。此外从点火位置开始 直到混合区域边缘，与点火点在边缘上相比，火焰行程明显较短，因此达到更 快的点火。在此，使用激光点火装置使得在混合区域中的任意每个点上能够点 火。在使用传统火花塞时仅能够实现伸入燃烧室内约8mm的火花位置，因为 否则火花塞电极和火花塞陶瓷太热。但与此相反，使用激光点火装置可以设置 在燃烧室边缘上，而无需使其一部分伸进燃烧室。此外该激光点火装置没有由 于金属火花塞电极上的猝熄现象引起的点火能量损失(热量导出)。由此引起 燃烧过程中的循环波动降低，因为激光点火装置能够实现敏感的形成火焰的高 度可重复性。此外通过激光点火装置也可以点燃变薄的混合气。在混合区域内 部点火还使得混合区域能够更快地彻底燃烧，这能够在热动力学方面或者利用 在更快的燃烧过程中(可以没有爆震的情况下更大地压缩，这导致节省消耗) 和/或利用在更大可能的混合物变薄中(能够贫化或废气再循环，这导致NOx 减少并且能够减少消耗)。