(57)【要約】  本発明は特に自動車の内燃機関のための点火装置に関しており、前記点火装置は、ポンピング光（６０，６４）を供給する少なくとも１つのポンピング光源を含んでいる。さらにレーザー装置（２６）が設けられており、該レーザー装置（２６９からは燃焼室内への照射のためのレーザー光（２４）が生成され得る。光導波路装置（２８）はポンピング光源からのポンピング光（６０，６４）とレーザー装置（２６）へ伝送している。ここではレーザー装置（２６）が少なくとも１つの屈折装置（４０）、例えばレンズを含んでいる。このレンズはポンピング光（６４）を屈折し、レーザー装置に統合されている。
2009538402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）、特に自動車の内燃機関のための点火装置（２７）であって、ポンピング光（６０，６４，７０，８０）を供給する少なくとも１つのポンピング光源（３０）と、レーザー装置（２６）と、光導波路装置（２８）を有しており、
前記レーザー装置（２６）は燃焼室内へ照射するためのレーザー光（２４）を生成しており、前記光導波路装置（２８）はポンピング光（６０，６４，７０，８０）をポンピング光源（３０）からレーザー装置（２６）に伝送している形式の点火装置において、
前記レーザー装置（２６）が少なくとも１つの屈折装置（４０）を含んでおり、該屈折装置（４０）はポンピング光（６０，６４，７０，８０）の少なくとも一部を屈折し、さらに前記レーザー装置と一体型に形成されていることを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記レーザー装置（２６）はレーザー活性固体（４４）を含み、前記屈折装置はレーザー活性固体（４４）の入力結合側（４２）に配設されたレンズ（４０）を含んでいる、請求項１記載の点火装置。
【請求項３】
前記屈折装置は、レーザー活性固体（４４）と光増幅器（６８）の間に配設されたレンズ（４０）を含んでいる、請求項１または２記載の点火装置。
【請求項４】
前記屈折装置はさらに、レーザー活性固体（４４）外及び／又は光増幅器（６８）外で半径方向に配設されたレンズ（４０）を含んでいる、請求項１から３いずれか１項記載の点火装置。
【請求項５】
前記屈折装置（４０）はポンピング光（６４）を少なくとも横断方向にもポンピングされるようにレーザー活性固体（４４）の方向へ屈折させている、請求項１から４いずれか１項記載の点火装置。
【請求項６】
前記レンズ（４０）はポンピング光（７０）を少なくとも横断方向にもポンピングされるように光増幅器（６８）の方向へ屈折させている、請求項１から５いずれか１項記載の点火装置。
【請求項７】
前記レーザー装置（２６）は、屈折装置（４０）によって屈折されたポンピング光（８０）をレーザー活性固体方向及び／又は光増幅器（６８）方向へ反射させる反射装置（７６）を含んでいる、請求項１から６いずれか１項記載の点火装置。
【請求項８】
前記反射装置（７６）は、レーザー活性固体（４４）及び／又は光増幅器（６８）に対して同軸に配設され、レーザー光（２４）に対して少なくとも実質的に透過性である、請求項７記載の点火装置。
【請求項９】
前記反射装置（７６）は、レーザー活性固体（４４）及び／又は光増幅器（６８）に対して同軸に配設され、レーザー光（２４）が通過し得る開口部（７８）を有している、請求項７記載の点火装置。
【請求項１０】
前記反射装置（７６）は、レーザー活性固体及び／又は光増幅器（６８）が少なくとも長手方向にポンピングさせるようにポンピング光（８０）を反射させている、請求項７または８記載の点火装置。
【請求項１１】
前記レーザー装置（２６）は全体的に一体型の部材を形成している、請求項１から１０いずれか１項記載の点火装置。
【請求項１２】
前記レンズ（４０）は射出成形部品である、請求項１から１１いずれか１項記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は請求項１の上位概念による内燃機関のための点火装置に関している。
【０００２】
国際公開第０２/０８１９０４号パンフレットからは既に冒頭に述べたような形式の点火装置が公知である。この装置はレーザー点火装置として構成されており、内燃機関のシリンダに配設されている。本来のレーザー装置はガラスファイバによって形成された光導波路装置を介してポンピング光源と接続されており、この光源がレーザー装置を光学的にポンピングしている。
【０００３】
発明の開示
技術的課題
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の点火装置をできるだけ安価に大量生産することができるように改善を行うことである。
【０００４】
技術的解決手段
前記課題は請求項１の特徴部分に記載の本発明による点火装置によって解決される。別の有利な改善例は従属請求項に記載されている。また本発明によるさらなる重要な特徴部分は以下の明細書並びに図面において明らかにされる。なおこれらの特徴部分は、全く異なった組合わせにおいてそれに関する具体的な示唆がなかったとしても本発明の本質部分であることにかわりはない。
【０００５】
有利な作用
本発明によって設けられる屈折装置は非常に安価であり、例えば射出成形品として作製することも可能なものである。また例えば反射鏡に求められるような複雑な表面処理も省くことができる。それ故に本発明による点火装置にかかる製造コストは大幅に低減される。その上さらに本発明による屈折装置とレーザー装置の一体型の構成は、点火装置を内燃機関に組付ける際の取り扱いを容易にさせる。なぜなら点火装置の作動に重要となる屈折装置の、レーザー装置内の位置が、外部からの負荷にもかかわらず変化しないのではなくて、高い信頼性のもとで正確に確定できるからである。その他にも取り扱いを要する別個の部材が少ないので、このことも組立てコストと組立て作業時間の低減につながる。
【０００６】
本発明による点火装置の第１の有利な改善構成は、レーザー装置がレーザー活性固体を含み、屈折装置がレーザー活性固体の入力結合側に配設されるレンズを含んでいる。それによりこの屈折装置によって屈折されたポンピング光はとりわけ非常に良好にレーザー活性固体内に入力結合される。なおレーザー活性固体の入力結合側にレンズが直接固定される場合には、軸方向にレーザー活性固体内へ到達するポンピング光の屈折を回避するために、このレンズの固定領域が平坦に研磨されることを理解されたい。
【０００７】
また前記屈折装置は、レーザー活性固体と光増幅器の間に配設されたレンズも含み得る。それによりレーザー活性固体は軸方向にのみポンピングさせるか、あるいは極僅かだけ横断方向にポンピングさせる。それに対して光増幅器は少なくとも横断方向にもポンピングさせる。
【０００８】
前記屈折装置はさらに開口部を有しレーザー活性固体外で半径方向に配設されたレンズを含み得る。このことは特にレーザー活性固体に対して光増幅器が直列に設けられている場合には、レーザー活性固体から光増幅器へ伝送されるレーザー光がレンズによって吸収されない利点に結び付く。すなわち当該点火装置全体の効率が比較的高くなる。
【０００９】
本発明による点火装置のさらに別の有利な実施例によれば、反射装置が設けられており、該反射装置は、屈折装置によって屈折されたポンピング光をレーザー活性固体方向及び／又は光増幅器方向へ反射させている。それにより点火装置の配置構成における自由度が高まる。特にこれによって屈折装置によって屈折された光がレーザー活性固体及び／又は光増幅器の長手方向のポンピングに対して利用できるようになる。
【００１０】
比較的"狭幅"な点火装置は、反射装置がレーザー活性固体及び／又は光増幅器に対して同軸に若しくは同軸方向に配設され、レーザー光に対して少なくとも実質的に透過性である場合に、得られる。前記反射装置がレーザー活性固体及び／又は光増幅器に対して同軸に若しくは同軸方向に配設され、レーザー光が通過し得る開口部を有している場合には効率がさらに向上する。というのもこのようなケースではレーザー光の吸収が反射装置によって回避されるからである。
【００１１】
有利には、レーザー装置がレーザー活性固体、入力結合ミラー、出力結合ミラー、Ｑスイッチ、増幅器及びレンズを含めて総じて一体的に構成され、最良にはモノリシックな部材を形成する。
【００１２】
図面の簡単な説明
以下では本発明の特に有利な実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。この場合、図１は点火装置を備えた内燃機関の概略図であり、図２は図１による点火装置の概略図であり、図３から図８は、図２による点火装置の種々異なる実施形態を表した図である。
【００１３】
実施例
図１では内燃機関が総合して符号１０で表されている。この内燃機関はここでは図示されていない自動車の駆動に用いられている。内燃機関１０は複数のシリンダを有しており、それらの複数のシリンダのうち図１では１つだけが示され、符号１２を付されている。このシリンダ１２の燃焼室１４は、ピストン１６によって仕切られている。燃料は燃焼室１４内にインジェクタ１８を通って直接噴射されており、前記インジェクタ１８は燃料蓄圧器（"レール"）２０に接続されている。
【００１４】
燃焼室１４内へ噴射された燃料２２は、レーザービームないしレーザーパルス２４を用いて点火されており、該レーザーパルス２４はレーザー装置２６を含んだ点火装置２７から燃焼室１４内へ照射されている。これに対してレーザー装置２６には光導波路装置２８を介してポンピング光が供給されており、このポンピング光はポンピング光源３０によって提供されている。ポンピング光源３０は、開ループ／閉ループ制御装置３２によって制御されており、この制御装置はインジェクタ１８も駆動制御している。
【００１５】
図２から明らかなようにポンピング光源３０は異なるレーザー装置２６に対する複数の光導波路装置２８に給電している。これに対してポンピング光源３０は複数の個別光源３４を有しており、これらの個別光源はパルス電流給電部３６に接続されている。
【００１６】
レーザー装置２６はケーシング３８を含んでおり、このケーシング３８内では、ポンピング光の進行方向で見て、まず屈折装置を形成しているレンズ４０が設けられ、続いて入力結合ミラー４２，レーザー活性固体４４，パッシブＱスイッチ４６，出力結合ミラー４８が配設されている。これらの構成要素４０〜４８は、全体として一体型の部材若しくはモノリシックな部材５０を形成している。図２において出力結合ミラー４８の左方には集束光学系５２が設けられており、この集束光学系によってレーザービーム２４が所望の目標点に集束される。さらにレーザー装置２６は燃焼室窓５６を有しており、これはケーシング３８を燃焼室１４に対して気密に密閉している。
【００１７】
レーザー装置２６の主要な光学的構成要素は、図３において強調して詳細に示されている。この場合図２の対して側方が入れ替わっている。ここではレンズ４０の外径がレーザー活性固体４４の外径よりも遙かに大きいことが識別できる。レンズ４０は入力結合ミラー４２と例えば密着処理又はボンディング処理などによって固定的に接続されている。これにより、レンズ４０も含めて全体的に一体型のモノリシックなユニット５０が得られる。
【００１８】
入力結合ミラー４２に接合される境界面（図３中の符号５８）は扁平に研磨されるか、面の平面度が１／４波長（Lambda/４）よりも小さくなるように研磨される。それによりレンズ４０から入力結合ミラー４２とさらにレーザー活性固体４４へ導かれるポンピング光の光ビーム（図３中の符号６０）が実質的にさらなる屈折なしでレーザー活性固体４４内部へ到達する。変化実施例として中央孔部をレンズ４０内に設けてもよい。図３からは、レーザー活性固体４４が一方では長手方向にポンピング光６０をポンピングし、このポンピング光は十分に屈折なしでレンズ４０の中央領域６２を通過しているのが認められる。さらにレーザー活性固体４４は他方ではポンピング光６４によって横断方向にもポンピングされており、このポンピング光はレンズ４０の半径方向の外縁領域６６においてレーザー活性固体４４の方向に屈折されている。
【００１９】
レーザー装置２６の光学的構成要素のさらなる実施形態は図４〜図８に強調して概略的に示されている。その場合前述してきた実施形態の構成要素や領域と同等の機能を有している構成要素や領域には同じ符号が付され、詳細な説明の繰返しは省略する。
【００２０】
図４に示されている実施形態は図３に示されている実施形態と次の点で異なっている。すなわちこの実施形態が付加的に光増幅器６８を有していることで異なっている。この増幅器は出力結合ミラー４８に一体的に成形されている。光増幅器６８は一方ではレーザー活性固体４４によって吸収されなかったポンピング光６０によって長手方向でポンピングされる。しかしながら付加的にポンピング光７０によって横断方向でもポンピングされている。このポンピング光７０は半径方向でレンズ４０の完全に外方側に位置する縁部領域７２において光増幅器６８の方向に屈折している。この実施形態ではレンズ４０の相応の仕様によって、レーザー活性固体４４内に入力結合されるポンピング光６０と６４の、ポンピング光７０（これは光増幅器６８内へ入力結合される）に対する特性が簡単な形式で調整可能となる。
【００２１】
図５に示されているレーザー装置２６の主要な光学的要素の実施形態は、図４に示されている実施形態と次の点で異なっている。すなわちレンズ４０が一方側のレーザー活性固体４４、入力結合ミラー４２、Ｑスイッチ４６、出力結合ミラー４８と、他方側の光増幅器６８との間に配設されている点である。レーザー活性固体４４内で生成されたレーザー光２４ａはレンズ４０を通過し、光増幅器６８に到達される。レーザー活性固体４４はさらに専ら長手方向に光導波路装置２８から出射されたポンピング光６０によってポンピングされる。レンズ４０は専ら次のことに用いられている。すなわち半径方向で見て外縁領域７２におけるポンピング光７０が光増幅器６８方向に屈折され、そのようにして当該ポンピング光を横断方向にポンピングさせるのに用いられている。
【００２２】
またここでは再び総合的にみて出力結合ミラー４８がレンズ４０の一方の側に、そして光増幅器６８がレンズ４０の他方の側にこれと一体的に成型され、例えば密着結合又はボンディング結合された一体型の部材若しくはモノリシックな部材５０が得られる。これに対してはここでもレンズ４０の相応の接触面５８ａ、５８ｂが平面的に研磨されている。それにより出力結合ミラー４８から出射されたレーザー光２４ａが屈折されることなく光増幅器６８に到達する。なおこの実施形態においても個々の部材の設計仕様によって光学的特性が簡単な形式で非常に正確に設定できる。
【００２３】
図６に示されている実施形態では、図４に示されている実施形態に類似して光増幅器６８がレーザー活性固体４４の出力結合ミラー４８に直接配設されている。レンズ４０は中央開口部７４を有しており、この開口部に、レーザー活性固体４４と光増幅器６８からなるユニットが挿入されている。ここでもレーザー活性固体４４と光増幅器６８からなる一体型部材５０がレンズ４０と接着された総合的に一体型のユニット５０が得られる。図６に示されている実施形態は、図５に示されている実施形態に比べて効率が向上している点で優れている。なぜならレーザー活性固体４４によって生成されたレーザー光が直接光増幅器６８内に到達し、レンズ４０を通過する必要が生じないからである。
【００２４】
図７に示されている実施形態は図６に示されている実施形態に類似して構造化されている。但しこの実施形態は付加的に反射装置７６を含んでいる。この反射装置７６は図７では光増幅器６８の右方で当該光増幅器から出射したレーザー光ビーム２４の光軸に設けられている。反射装置７６は、レーザー光２４に対しては少なくとも実質的に透過的である。しかしながらレンズ４０によって屈折されたポンピング光８０に対しては実質的に反射的である。この場合レンズ４０は次のように構成されている。すなわちポンピング光８０を光増幅器６８に対して全く屈折させないか若しくは少なくとも横断方向にのみ屈折させているのではなくて、反射装置７６に対して屈折させるように構成されている。この反射装置７６はポンピング光８０を長手方向で光増幅器６８内へポンピングさせる。なお図７中に示されている基本的な配置構成も図４及び図５の構成要素と組合わせることが可能であることを理解されたい。
【００２５】
図８に示されているレーザー装置２６の実施形態も図７の実施形態に基づいている。唯一の違いは、図８による実施形態の反射装置７６が光増幅器６８から出射されたレーザー光２４の通過する中央開口部７８を有している点である。このことは次のような利点となる。すなわち当該反射装置７６がより良好な効率を伴って、つまりより高い反射率で構成されると同時に反射装置７６内のレーザー光２４の残留吸収が除外されるようになる。
【００２６】
図７及び図８の反射装置７６の反射器（符号なし）はフラットな形状であるが、これは場合によっては湾曲形状であってもよい。それにより当該反射装置７６は集束機能も備えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】点火装置を備えた内燃機関の概略図
【図２】図１の点火装置の概略図
【図３】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図４】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図５】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図６】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図７】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図８】図２による点火装置の種々異なる実施形態を示した図
【図１】
2009538402.tif 000003
【図２】
2009538402.tif 000004
【図３】
2009538402.tif 000005
【図４】
2009538402.tif 000006
【図５】
2009538402.tif 000007
【図６】
2009538402.tif 000008
【図７】
2009538402.tif 000009
【図８】
2009538402.tif 000010
【国際調査報告】
2009538402.tif 000011
2009538402.tif 000012
2009538402.tif 000013
2009538402.tif 000014
2009538402.tif 000015
2009538402.tif 000016