DE102006015600A1

DE102006015600A1 - Laser-Zündkerze mit variablem oder fixem Zündpunkt

Info

Publication number: DE102006015600A1
Application number: DE200610015600
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ufermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-11

Abstract

Die Abbildung zeigt einen vereinfachten Längsschnitt einer Laser-Zündkerze mit variablem Zündpunkt. Hierzu wird der Laserstrahl (3) durch das metallische Führungsrohr (24), welches integral mit der Ringdruckplatte (23) aus Metall verbunden ist, geführt und durchläuft den optisch transparenten Quarzstab (25), der an seinem unteren Ende den positiven oder negativen Kegelreflektor (27) aufweist, wodurch eine Umlenkung des Laserstrahls (3) auf den Ringreflektor (26) erfolgt, so dass es zur Ausbildung der Zündpunkte (16...n) kommt, sobald das Ringpiezoelement (32) mit einer den motorischen Gegebenheiten entsprechenden Steuerspannung beaufschlagt wird. Der durch den Reflektorkegelausschnitt (30) laufende Lasermittelstrahl (29) kann als zweiter Laser auch zu Messaufgaben eingesetzt werden. Der Hohlraum (14) dient als Schutzraum vor unmittelbaren Einwirkungen der heißen Gase im Arbeitstakt auf das den Brennraum berührende Ende des optisch transparenten Quarzelementes (28). Um zu Standardzündkerzen kompatibel zu sein, ist das Kupplungselement (15) mit einem entsprechenden Gewinde ausgestattet, wobei auch die Handhabungswerkzeuge zur Zündkerzenmontage dieselben bleiben können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laser-Zündkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Stand der Technik sind derartige laserinduzierte Zündsysteme z. B. durch die DE 10 145 944 , die DE 10 2004 038 735 , die DE 10 2004 008 010 , die DE 10 350 101 und die DE 19 911 737 beschrieben, wobei eine serientaugliche Umsetzung bis heute noch nicht erfolgt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kleinbauende Laser-Zündkerze mit variablem Mehrfachzündpunkt pro Zündung oder auch fixem Zündpunkt im Zündkerzenstandard, hier insbesondere was die Kompatibilität des Zündkerzengewindes und die Montage betrifft, vorzustellen, die einfach aufgebaut ist und ein sicheren, schnellen und kostengünstigen Betrieb mit langer Standzeit ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung durch eine Laser-Zündkerze nach den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit drei Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1. einen vereinfachten Längsschnitt der Laser-Zündkerze (1).
In einer ersten Ausführungsform weist der Gehäusemantel (2) das Kupplungselement (4) auf, durch welches der Laserstrahl (3) auf den positiven oder negativen Kegelreflektor (7) geführt wird, der kraftschlüssig über die Druckplatte mit Führungsrohr (17) weiter mit dem Piezoelement (10) verbunden ist, wobei sich das Ringfederelement (18) gegen den Endanschlag (19) abstützt. Vom positiven oder negativen Kegelreflektor (7) werden die Laserstrahlen optisch so auf die Ringreflektoren (6, 13, 11) umgelenkt, dass die Zündpunkte (16 ... n) je nach Steuerspannung des Piezoelementes (10) kontinuierlich durchfahren werden können. Es können so für jede Zündung mehrere Vor- und Einzelzündungen an verschiedenen Orten durchgeführt werden. Die Ringreflektoren können auch prismenartig und hohlspiegelförmig ausgebildet sein. Um zu Standardzündkerzen kompatibel zu sein, ist das Kupplungselement (15) mit einem entsprechendem Gewinde ausgestattet, wobei auch die Handhabungswerkzeuge zur Zündkerzenmontage dieselben bleiben können.
2 einen vereinfachten Längsschnitt der modifizierten Laser-Zündkerze (1).
Hier wird der Laserstrahl (3) durch das metallische Führungsrohr (24), welches integral mit der Ringdrukplatte (23) aus Metall verbunden ist, geführt und durchläuft den optisch transparenten Quarzstab (25) der an seinem unteren Ende den positiven oder negativen Kegelreflektor (27) aufweist, wodurch eine Umlenkung des Laserstrahls (3) auf den Ringreflektor (26) erfolgt, so dass es zur Ausbildung der Zündpunkte (16 ... n) kommt, falls das Ringpiezoelement (32) mit einer den motorischen Gegebenheiten entsprechenden Steuerspannung beaufschlagt wird. Der durch den Reflektorkegelausschnitt (30) laufende Lasermittelstrahl (29) kann als zweiter Laser auch zu Messaufgaben eingesetzt werden. Die Federspannung des Ringfederelementes (22) ist so voreingestellt, dass nach unverlierbarer Montage des Gewindedeckels (20) die für das Ringpiezoelement (32) erforderliche mechanische Vorspannung erzeugt wird. Der Hohlraum (14) dient als Schutzraum vor unmittelbaren Einwirkungen der heißen Gase im Arbeitstakt auf das den Brennraum berührende Ende des optisch transparenten Quarzelementes (28), wobei der Hohlraum (14) auch total mit Quarzglas ausgeführt sein kann.
3 einen weiteren vereinfachten Längsschnitt der modifizierten Laser-Zündkerze (1)
Hier liegt die Laser-Zündkerze in ihrer einfachsten Form mit fixem Zündpunkt (44) vor. Um auch hier eine Konzentration der Laserstrahlen (3) bei einer größeren Beabstandung vom Zündkerzenende her zu erreichen, erfolgt eine aufweitende Umlenkung des Laserstrahls (3) über den positiven oder negativen Kegelreflektor (41) auf den Ringreflektor (40), um sich dann unmittelbar im gewünschten fixem Abstand – dem Zündpunkt (44) – kraftstoffzündfähig zu schneiden. Der positive oder negative Kegelreflektor (41) weist den Reflektorkegelausschnitt (46) auf. Durch diesen Ausschnitt kann ein Teil des Laserstrahls (3) als Lasermittelstrahl (29) geführt werden oder auch ein zweiter Laserstrahl zur Energieerhöhung und/oder zu Messaufgaben (Sender/Empfänger) genutzt werden. Zur Brennpunktoptimierung kann der aufgeweitete Laserstrahl (3) auch weitere optisch wirksame Elemente wie z. B. hier die Sammellinse (45) durchlaufen.

1: Laser-Zündkerze
2: Gehäusemantel
3: Laserstrahl
4: Kupplungselement
5: Zylinderausnehmung
6: Ringreflektor
7: positiver oder negativer Kegelreflektor
8: Gehäuseinnenwandung
9: Gehäusewandung
10: Piezoelement
11: Ringreflektor
12: optisch transparentes Quarzelement
13: Ringreflektor
14: Hohlraum
15: Kupplungselement
16: Zündpunkte
17: Druckplatte mit Führungsrohr
18: Ringfederelement
19: Endanschlag
20: Gewindedeckel
21: Gehäusegewinde
22: Ringfederelement
23: Ringdruckplatte
24: Führungsrohr
25: optisch transparenter Quarzstab
26: Ringreflektor
27: positiver oder negativer Kegelreflektor
28: optisch transparentes Quarzelement
29: Lasermittelstrahl
30: Reflektorkegelausschnitt
31: Zylinderausnehmung
32: Ringpiezoelement
40: Ringreflektor
41: positiver oder negativer Kegelreflektor
42: Lasermittelstrahl
43: optisch transparentes Quarzelement
44: Zündpunkt
45: Sammellinse
46: Reflektorkegelausschnitt

Claims

Laser-Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (2) das Kupplungselement (4) und das Kupplungselement (15) mit dem Hohlraum (14) aufweist, wobei das kraft- oder formschlüssig mit der Gehäuseinnenwandung (8) verbundene einteilige oder mehrteilige optisch transparente Quarzelement (12, 28, 43) die Ringreflektoren (6, 11, 13, 26, 40) mit den positiv oder negativ ausgeformten Kegelreflektoren (7, 27, 41) mit den zugehörigen Reflektorkegelausschnitten (30, 46), die Zylinderausnehmungen (5, 31), die Ringdruckplatte (23) mit dem integralen Führungsrohr (24) aus Metall und den kraft- oder formschlüssig damit verbundenen optisch transparenten Quarzstab (25) mit dem positiven oder negativen Kegelreflektor (27), die Druckplatte mit Führungsrohr (17), den Endanschlag (19), das Ringfederelement (22), die Druckplatte mit Führungsrohr (17) und den Gewindedeckel (20) aufweist, wobei die jeweils reflektierenden zusammengehörigen optischen Funktionsgruppen geometrisch so zueinander angeordnet sind, dass der einstrahlige oder mehrstrahlige einfarbige oder durch Einsatz mehrer Laser mehrfarbige Laserstrahl (3) die von den Piezoelementen (10, 32) durch die von der jeweiligen zentralen Steuerelektronik nach motorischen Gegebenheiten gestellten positiven oder negativen Kegelreflektoren (7, 27) die kontinuierlich durchfahrbaren Zündpunkte (16 n) bzw. den fixen Zündpunkt (44) ergeben, wobei der Lasermittestrahl (29, 42) als Teilstrahl des Laserstrahls (3) bzw. als eigenständiger zweiter Laserstrahl auch mit Messaufgaben nach dem Sender/Empfänger-Prinzip beaufschlagtsein kann.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringreflektoren prismenartig aufgebaut sind und auch ganz oder teilweise als hohlspiegelartig ausgelegt sein können.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (10) als Ringpiezoelement ausgeführt ist und der positive oder negative Kegelreflektor (7) einen axialkonzentrischen Reflektorkegelausschnitt aufweist, durch den der Laserstrahl (3) als Teillaserstrahl bis zu den Zündpunkten (16) laufen kann.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strahlengang des eingespeisten Laserstrahls (3) und/oder in den Strahlengang der abgelenkten Laserstrahlen weitere optisch wirksame Elemente eingebracht werden können.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (14) raumfüllend mit optisch transparentem Quarzglas ausgefüllt wird.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Laserdioden integraler Bestandteil der Laser-Zündkerze (1) sind und als Einzelstrahl geführt oder auch je nach Anzahl der Laserdioden gesplittet auf den positiven oder negativen Kegelreflektor (7, 27, 41) gerichtet sind, so dass das Kupplungselement (4) für den optischen Leiter entfallen kann.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (15) mit den von Standardzündkerzen kompatibel ist und auch mit den Standardwerkzeugen in die entsprechenden Brennraumbohrungen ein- und ausgebracht werden kann.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach 3 der Laserstrahl (3) die Sammellinse (45) durchläuft oder auch nicht.
Laser-Zündkerze nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Zündkerze (1) nach 1, 2 und 3 als Schneid und/oder Schweißlaser eingesetzt wird.