DE10145944A1

DE10145944A1 - Spark plug with integral laser ignition, includes bores in connection rod and central electrode which carry captive optical conductor

Info

Publication number: DE10145944A1
Application number: DE2001145944
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ufermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Connection rod (8) and central electrode (13) include bores (11, 14) and a captive optical conductor (10, 3). The internal connector (12) is electrically- and optically conductive. It is identical with the optical conductor (10, 3) material, or may differ. It is homogeneously bonded, chemically and physically. Laser energy leaves the exit point (16) which is focusing or non-focusing. Ignition energy is made available at the ignition point (17). A threaded connector (20, 24) is screwed or pushed onto the connection thread (9), completing the connection with the ignition plug cable and its axial optical conductor (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Zündkerze mit integrierter Laserzündung zum Zünden des in den Brennraum einer Brennkraftmaschine in Form einer äußeren oder inneren Gemischbildung eingebrachten bzw. eingespritzten Kraftstoffs nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. The invention relates to an arrangement for a spark plug with integrated laser ignition for ignition of in the combustion chamber of an internal combustion engine in the form of an outer or inner mixture formation introduced or injected fuel according to the preamble of claim 1 specified type.

Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung werden Zündkerzen benötigt, die vorzugsweise strahlgeführt abgespritzte Kraftstoffe in Form einer sicheren Doppelzündung bei gleichzeitig optimaler Brennraumgeometrie zünden können. In particular in internal combustion engines with internal mixture formation, spark plugs are used needed, preferably spray-guided sprayed fuels in the form of a safe double ignition can ignite with optimal combustion chamber geometry.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kleinbauende, mechanisch einfache und funktionssichere Zündkerze mit möglichst hoher Standzeit zur sicheren Zündung bei einer Brennstoff-Direkt-Einspritzung mit integriertem, optischem Zündsystem unter Einsatz einer Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen. Based on this prior art, the invention has for its object a small, mechanically simple and reliable spark plug with the longest possible service life for safe ignition in direct fuel injection with integrated, optical To create ignition system using an arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Anordnung der Eingangs genannten Art vorrangig von anderen Technologien dadurch, dass eine Standardzündkerze unter Beibehaltung ihrer elektrischen Zündfunktion dahingehend modifiziert wird, dass in die nun hohl ausgeführte Innenleiteranordnung der Zündkerze ein optischer Leiter integriert wird, an dessen oberes Ende über eine Kopplungselement der axial im Zündkabel verlaufende Laser eingekoppelt werden kann, der dann im Endbereich der Mittelelektrode ausgekoppelt wird und fokussiert auf einen optimalen Zündpunkt im Brennraum seine Zündenergie freisetzt. According to the invention, the arrangement of the type mentioned above differs primarily of other technologies in that a standard spark plug while maintaining their electrical ignition function is modified in such a way that it is now hollow Inner conductor arrangement of the spark plug, an optical conductor is integrated, at its upper end via a Coupling element of the laser axially extending in the ignition cable can be coupled, which then in End area of the center electrode is decoupled and focused on an optimal ignition point in the Combustion chamber releases its ignition energy.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention are through the claims dependent on this claim characterized.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zwei Zeichnungen beschrieben. In the following, the invention is based on a preferred embodiment in Connection described with two drawings.

Dabei zeigt: It shows:

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittzeichnung in Vorderansicht, wobei die Innenleiteranordnung in Form des Anschlussbolzens (8) und der Mittelelektrode (13) mit den Bohrungen (11, 14) versehen sind, deren Wandungen jeweils kraft- oder formschlüssig bzw. chemisch-physikalisch mit den optischen Leitern (10, 3) verbunden sind, die das aus demselben oder unterschiedlichen Material bestehende und optisch und elektrisch leitende Kontaktplanat (12) in Form einer optischen Kopplung berühren bzw. auch homogen ausgeführt sein können. Der optische Leiter (3) kann an der Laseraustrittsstelle (16) optisch so ausgearbeitet sein, dass eine Fokussierung des Lasers (1) im Zündpunkt (17) erfolgt. Weiter kann in diesem Bereich auch ein unverlierbares, endständiges und optisch fokussierendes Element integriert sein, welches im Zündpunkt (17) die notwendige Zündenergie zur Verfügung stellt. Die Einkopplung des Lasers (1) erfolgt über das Kopplungselement (20), wobei das Zündkerzenkabel (21) hierzu den axial geführten, optischen Leiter (22) aufweist. Die elektrische Verbindung wird standardmäßig durch den elektrischen Hohlleiter (23) sichergestellt. Durch diese Anordnung kann eine Standard-Zündkerze mit relativ geringem Aufwand so optimiert werden, dass sie modernen Anforderungen zur Zündung von Brennstoffgemischen, insbesondere auch bei Schichtladungen über einen weiten Drehzahlbereich, mittels innerer aber auch äußerer Gemischbildung und mit Mehrfachzündung bei gleichzeitig optimaler Brennraumgeometrie geeignet ist. Fig. 1 is a simplified sectional drawing in front view, the inner conductor arrangement in the form of the connecting bolt ( 8 ) and the center electrode ( 13 ) with the holes ( 11 , 14 ) are provided, the walls of which are non-positively or positively or chemically-physically with the optical conductors ( 10 , 3 ) are connected which touch the optically and electrically conductive contact plane ( 12 ), which is made of the same or different material, and which can also be made homogeneous, in the form of an optical coupling. The optical conductor ( 3 ) can be optically worked out at the laser exit point ( 16 ) in such a way that the laser ( 1 ) is focused at the ignition point ( 17 ). Furthermore, a captive, terminal and optically focusing element can be integrated in this area, which provides the necessary ignition energy at the ignition point ( 17 ). The laser ( 1 ) is coupled in via the coupling element ( 20 ), the spark plug cable ( 21 ) for this purpose having the axially guided optical conductor ( 22 ). The electrical connection is ensured by the electrical waveguide ( 23 ) as standard. With this arrangement, a standard spark plug can be optimized with relatively little effort so that it is suitable for modern requirements for the ignition of fuel mixtures, in particular also for stratified charges over a wide speed range, by means of internal but also external mixture formation and with multiple ignition and at the same time optimal combustion chamber geometry.

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, bei der der Anschlussbolzen (8) die Anschlussbolzenmuffe (30) aufweist, in die die Mittelelektrode (13) ein Stück weit hineinragt und durch das Ringkontaktplanat (31) kraft- oder formschlüssig verbunden wird, wobei der optische Leiter (32) nun einstückig durchgehend ausgeführt werden kann und nur noch elektrisch leitend aber nicht mehr optisch leitend sein muss. Bezugszeichenliste 1 Laser
2 Masseelektrode
3 optischer Leiter
4 Einschraubgewinde
5 Kerzengehäuse
6 Sechskantmutter
7 Kerzenisolator
8 Anschlussbolzen
9 Anschlussgewinde
10 optischer Leiter
11 Bohrung
12 Kontaktplanat
13 Mittelelektrode
14 Bohrung
15 Masseelektrode
16 Laseraustrittsstelle
17 Zündpunkt
18 Zündkerze
19 Zündkerze
20 Kopplungselement
21 Zündkerzenkabel
22 optischer Leiter
23 elektrischer Hohlleiter
24 Kopplungselementgewinde
25 Fixierzylinder
30 Anschlussbolzenmuffe
31 Ringkontaktplanat
32 optischer Leiter
Fig. 2 shows a further embodiment, in which the connecting bolt ( 8 ) has the connecting bolt sleeve ( 30 ), into which the central electrode ( 13 ) protrudes a little and is connected by the ring contact plane ( 31 ) in a non-positive or positive manner, the optical conductor ( 32 ) can now be made in one piece and only has to be electrically conductive but no longer has to be optically conductive. List of Reference Symbols 1 Laser
2 ground electrode
3 optical conductors
4 screw threads
5 candle housings
6 hexagon nut
7 candle insulator
8 connection bolts
9 connection threads
10 optical conductors
11 hole
12 contact planat
13 center electrode
14 hole
15 ground electrode
16 laser exit point
17 ignition point
18 spark plug
19 spark plug
20 coupling element
21 spark plug cables
22 optical conductor
23 electrical waveguide
24 coupling element thread
25 fixing cylinders
30 connecting bolt sleeve
31 ring contact planat
32 optical conductors

Claims

1.Splug with a tubular, metallic plug housing with a plug insulator inserted therein, in which runs an axially concentrically placed, rod-shaped inner conductor arrangement which electrically connects a connecting pin to a central electrode via a contact plane, characterized in that the connecting pin ( 8 ) and the central electrode ( 13 ) have the bores ( 11 , 14 ), each of which has an optical conductor ( 10 , 3 ) captively inserted therein, the contact plane ( 12 ) being electrically and optically conductive and made of the same, homogeneously connected material as the optical one Conductor ( 3 , 10 ) or made of another, optically transparent material and optically coupled to the optical conductor ( 3 , 10 ) or chemically-physically and homogeneously connected therewith and that the laser ( 1 ) from the focussing or non-focusing laser exit point ( 16 ) of the optical conductor ( 3 ) austr Itt and in the ignition point ( 17 ) provides its ignition energy, the laser ( 1 ) via the coupling element ( 20 ) and the coupling element thread ( 24 ) so that it cannot be lost or rotated onto the connecting thread ( 9 ) in such a way that it is axially in the spark plug cable ( 21 ) extending optical conductor ( 22 ) is optically coupled to the optical conductor ( 10 ).

2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the optical conductor ( 3 , 10 ) is guided as a mechanical unit from the coupling point to the coupling point and that the contact plane ( 12 ) encloses it non-positively or positively or chemically-physically bound surrounds.

3. Spark plug according to claim 1 or 2, characterized in that the laser exit point ( 16 ) of the optical conductor ( 3 ) ends flat with the center electrode ( 13 ) or in the region of the laser exit point ( 16 ) of the center electrode ( 13 ) an optical unit is placed captively or that the optical conductor ( 3 ) is spaced from the end region of the center electrode ( 13 ) on the combustion chamber side.

4. Spark plug according to one of claims 1 to 3, characterized in that the piece of the central electrode ( 13 ) projecting into the connecting bolt sleeve ( 30 ) is connected by the ring contact planate ( 31 ) with two non-positive or positive connections, the electrically non-conductive , Optical conductor ( 32 ) can be made in one piece throughout.

5. Spark plug according to one of claims 1 to 4, characterized in that combustion analyzes and further measurements can be carried out via the optical conductors ( 3 , 10 , 22 ).