DE102009000958A1

DE102009000958A1 - Laserzündkerze

Info

Publication number: DE102009000958A1
Application number: DE102009000958A
Authority: DE
Inventors: Werner Herden; Martin Weinrotter; Pascal Woerner; Juergen Raimann; Joerg Engelhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-08-19
Also published as: US20120037108A1; WO2010094551A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze (100), insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß sind in einem brennraumzugewandten Endbereich (100a) der Laserzündkerze (100) Befestigungsmittel (110) vorgesehen, die eine lösbare Befestigung einer optischen Komponente (200) an der Laserzündkerze (100) ermöglichen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Es ist bereits bekannt, laserbasierte Zündsysteme für Brennkraftmaschinen zu verwenden. Hierbei kommen beispielsweise Laserzündkerzen zum Einsatz, welche über eine integrierte Lasereinrichtung verfügen und die erzeugte Laserstrahlung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einstrahlen können. Eine für die Strahlformung der Laserstrahlung erforderliche Fokussieroptik und ein zur Abdichtung des Innenraums der Lasereinrichtung gegenüber einem Brennraum vorgesehenes Brennraumfenster sind bei den bekannten Laserzündkerzen fest zusammen mit der Lasereinrichtung in einem Gehäuse der Laserzündkerze integriert.
Nachteilig daran ist die Tatsache, dass bei einer Verschmutzung des Brennraumfensters oder bei einer Beschädigung des Brennraumfensters beziehungsweise der strahlformenden Optik stets die gesamte Laserzündkerze ausgewechselt werden muss, obwohl die Lasereinrichtung noch funktionstüchtig ist.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gesteigerte Flexibilität gegeben ist und insbesondere vermieden wird, dass bei einer Verschmutzung oder einem Verschleiß des Brennraumfensters die gesamte Laserzündkerze ersetzt beziehungsweise entsorgt werden muss.
Diese Aufgabe wird bei der Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem brennraumzugewandten Endbereich der Laserzündkerze Befestigungsmittel vorgesehen sind, die eine lösbare Befestigung einer optischen Komponente an der Laserzündkerze ermöglichen.
Durch die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, ein oder mehrere optische Komponenten in dem brennraumzugewandten Endbereich der Laserzündkerze, insbesondere in dem Strahlengang der von ihr erzeugten Laserstrahlung, anzuordnen. Durch die lösbare Befestigung können derartige Komponenten auch nach dem Abschluss eines Fertigungsprozesses der Laserzündkerze vorgesehen beziehungsweise ausgetauscht werden, insbesondere während eines routinemäßigen Wartungsvorgangs einer die Laserzündkerze enthaltenden Brennkraftmaschine.
Besonders bevorzugt können die Befestigungsmittel ein Schraubgewinde und/oder einen Presssitz und/oder eine Rastverbindung aufweisen.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge sind Dichtmittel im Bereich der Befestigungsmittel vorgesehen, so dass eine austauschbare optische Komponente derart an der Laserzündkerze angebracht werden kann, dass ein zwischen der auswechselbaren optischen Komponente und gegebenenfalls fest installierten optischen Komponenten beziehungsweise der Lasereinrichtung selbst bestehender Zwischenraum gegenüber dem Brennraum der Brennkraftmaschine abgedichtet werden kann.
Besonders bevorzugt kann die optische Komponente als Brennraumfenster ausgebildet sein. Das heißt, die erfindungsgemäße Laserzündkerze kann mit einem auswechselbaren Brennraumfenster versehen werden, so dass bei einem Verschleiß des auswechselbaren Brennraumfensters ein einfacher Austausch gegen ein neues Brennraumfenster möglich ist. Insbesondere ist es durch den gezielten Austausch des Brennraumfensters vorteilhaft möglich, die restliche Laserzündkerze weiterzuverwenden. Zusätzlich zu dem erfindungsgemäß auswechselbaren Brennraumfenster kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze ein fest installiertes, weiteres Brennraumfenster aufweisen, das zwischen der Lasereinrichtung und dem auswechselbaren Brennraumfenster angeordnet ist.
Alternativ hierzu kann die erfindungsgemäße Laserzündkerze auch nur eine fest installierte strahlformende Optik, beispielsweise eine Fokussierlinse, zur Fokussierung der Laserstrahlung auf einen Zündpunkt in dem Brennraum aufweisen, während das Brennraumfenster durch die erfindungsgemäß auswechselbare optische Komponente gebildet ist. In diesem Fall ist zu beachten, dass ein Austausch des auswechselbaren Brennraumfensters unter Reinraum- oder vergleichbaren Bedingungen erfolgt, so dass die nicht durch ein fest installiertes primäres Brennraumfenster geschützte Fokussieroptik beziehungsweise Lasereinrichtung nicht während des Austauschs verschmutzt.
Die mittels der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel austauschbar an der Laserzündkerze befestigbare optische Komponente kann vorteilhaft auch als Fokussieroptik ausgebildet sein, wobei sie beispielsweise mit einer bereits fest installierten Fokussieroptik zusammenwirkt.
Es ist ferner denkbar, über die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel mehrere optische Komponenten in dem Strahlengang der Laserzündkerze anzuordnen beziehungsweise mit der Laserzündkerze zu verbinden.
Wenn die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel beispielsweise ein Schraubgewinde aufweisen, kann die erfindungsgemäß auswechselbare optische Komponente mittels eines Gewinderinges an der Laserzündkerze befestigt werden, wobei der Gewindering mit den Befestigungsmitteln der Laserzündkerze zusammenwirkt.
Einer weiteren Erfindungsvariante entsprechend kann die optische Komponente einen Träger aufweisen, der dazu ausgebildet ist, mit den Befestigungsmitteln der Laserzündkerze zusammenzuwirken. In diesem Fall kann die optische Komponente beispielsweise in den Träger integriert sein, so dass sie mit dem Träger zusammen als bauliche Einheit austauschbar und mit der Laserzündkerze verschraubbar ist.
Die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel der Laserzündkerze können vorteilhaft auch dazu verwendet werden, neben einer optischen Komponente beispielsweise ein Vorkammermodul in dem brennraumzugewandten Endbereich der Laserzündkerze anzubringen. Das Vorkammermodul dient hierbei einerseits zur Realisierung der Funktionalität einer Vorkammer und kann andererseits vorteilhaft direkt die austauschbare optische Komponente gegen die Laserzündkerze verspannen. Es ist ferner denkbar, eine optische Komponente wie z. B. ein Brennraumfenster in ein Vorkammermodul zu integrieren, das über die erfindungsgemäßen Verbindungsmittel an der Laserzündkerze angeordnet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen teilweisen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze,
2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägers für eine optische Komponente, und
3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze.
1 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, wie sie beispielsweise in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder auch bei stationären Großgasmotoren zur Zündung eines entflammbaren Gemischs eingesetzt werden kann.
In einem Gehäuse 101 der Laserzündkerze 100 ist eine nicht abgebildete Lasereinrichtung integriert, die in an sich bekannter Weise hochenergetische Laserimpulse 20 erzeugt, beispielsweise mittels einer passiven Güteschaltung. Der Lasereinrichtung optisch nachgeordnet ist eine Fokussieroptik 105a, die die Laserstrahlung 20 durch das ebenfalls in dem Gehäuse 101 angeordnete Brennraumfenster 105b auf einen Zündpunkt ZP bündelt.
Die optischen Komponenten 105a, 105b sind – ebenso wie die Lasereinrichtung – fest in dem Gehäuse 101 der Laserzündkerze 100 angeordnet und können daher üblicherweise nicht einzeln ausgetauscht werden.
Erfindungsgemäß verfügt die Laserzündkerze 100 über in ihrem brennraumzugewandten Endbereich 100a angeordnete Befestigungsmittel 110, die eine lösbare Befestigung einer optischen Komponente 200 an der Laserzündkerze 100 ermöglichen.
Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, ein oder auch mehrere optische Komponenten in dem Strahlengang der Laserzündkerze 100 anzuordnen, die einfach austauschbar sind.
Vorliegend ist die optische Komponente 200 beispielsweise als zusätzliches Brennraumfenster ausgebildet. Dieses auch als Opferfenster bezeichnete zusätzliche Brennraumfenster 200 erfährt während des Betriebs der Laserzündkerze 100 in einer Brennkraftmaschine den Verschleiß durch thermische Belastung und Beaufschlagung mit Verbrennungsprodukten und dergleichen, dem bei herkömmlichen Laserzündkerzen das fest in die Laserzündkerze 100 integrierte Brennraumfenster 105b ausgesetzt ist.
Sobald das Opferfenster 200 eine vorgebbare Verschleißgrenze beziehungsweise Betriebsdauer erreicht hat, kann es aufgrund der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel 110 auf einfache Weise gegen ein neues Opferfenster 200 ausgewechselt werden. Insbesondere muss hierzu nicht die gesamte Laserzündkerze 100 ausgetauscht und entsorgt werden. Vielmehr kann allein ein neues Opferfenster 200 bereitgestellt werden, das fortan zusammen mit der ursprünglichen Laserzündkerze 100 betrieben wird. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine Wiederverwendbarkeit der Laserzündkerze 100.
Neben den entsprechend geringeren Wartungskosten für den Austausch des Opferfensters 200 wird auch der bei bekannten Systemen erforderliche Aufwand für die Entsorgung an sich funktionstüchtiger Lasereinrichtungen vermieden.
Die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel 110 sind bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ausgebildet durch ein Schraubgewinde, wobei der brennraumzugewandte Endbereich 100a der Laserzündkerze 100 ein Innengewinde 110a aufweist, das mit einem ein entsprechendes Außengewinde aufweisenden Schraubring 110b zusammenwirkt. Der Schraubring 110b wird bei einem Austausch des Opferfensters 200 nach dem Einsetzen eines neuen Opferfensters 200 in den Endbereich 100a in das Schraubgewinde der Befestigungsmittel 110 eingeschraubt und dient somit dazu, das neue Opferfenster 200 gegen das Gehäuse 101 der Laserzündkerze 100 zu pressen. Im Bereich der Befestigungsmittel 110 vorgesehene Dichtmittel 120 dienen hierbei dazu, den zwischen dem fest installierten Brennraumfenster 105b und dem Opferfenster 200 gebildeten Innenraum vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln zu schützen.
Alternativ zu der reinen Funktionalität als Opferfenster kann die optische Komponente 200 auch als Fokussieroptik ausgebildet sein und mit der fest in der Laserzündkerze 100 installierten Fokussieroptik 105a zusammenwirken, um die Laserstrahlung 20 zu fokussieren.
Es ist ferner denkbar, dass unter Verwendung der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel 110 mehrere optische Komponenten 200 in dem Strahlengang der Laserzündkerze 100 angeordnet werden.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Träger 210 für eine optische Komponente 200, die zur Anbringung in dem Endbereich 100a der Laserzündkerze 100 vorgesehen ist. Der optische Träger 210 besteht beispielsweise aus Stahl und bildet mit der in ihn integrierten optischen Komponente 200 eine bauliche Einheit, die besonders einfach ausgewechselt werden kann. Vorliegend verfügt der Träger 210 über ein Außengewinde 210b, das vergleichbar zu dem Außengewinde des Schraubrings 110b aus 1 mit dem Innengewinde 110a der Befestigungsmittel 110 zusammenwirken kann, um den Träger 210 in die Laserzündkerze 100 einzuschrauben.
Neben dem Schraubgewinde können auch ein Presssitz und/oder eine Rastverbindung oder dergleichen vorgesehen werden, um die mindestens eine optische Komponente 200 lösbar an der Laserzündkerze 100 zu befestigen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, bei der die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel 110 dazu verwendet werden, ein Vorkammermodul 300 mit der Laserzündkerze 100 zu verbinden. Vorliegend weist das Vorkammermodul 300 ein nicht näher bezeichnetes Außengewinde auf, mit dem es vergleichbar zu dem Schraubring 110b aus 1 in das Innengewinde 110a der Befestigungsmittel 110 geschraubt werden kann.
Analog zu dem Schraubring 110b aus 1 dient das Vorkammermodul 300 zur Fixierung der optischen Komponente 200 in dem brennraumzugewandten Endbereich 100a (1) der Laserzündkerze.
Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Vorkammermodul 300 einerseits die lösbare Befestigung der optischen Komponente 200 und andererseits die Realisierung einer Vorkammer für die Laserzündung durch die Laserzündkerze 100.
Es ist ferner denkbar, eine optische Komponente 200 wie z. B. ein Brennraumfenster in das Vorkammermodul 300 zu integrieren. Auch in diesem Fall ist ein einfacher Austausch der optischen Komponente 200 zusammen mit dem Vorkammermodul 300 gegeben. Die optische Komponente 200 kann beispielsweise über einen Schraubring (nicht gezeigt), der mit einem Innengewinde des Vorkammermoduls 300 zusammenwirkt, in dem Vorkammermodul 300 fixiert werden. Alternativ zu einem schraubbaren Montagering kann die optische Komponente 200 auch über einen einfachen Montagering in dem Vorkammermodul 300 fixiert werden, der beispielsweise mittels Laserschweißen mit dem Vorkammermodul 300 verbunden wird. Bei geeigneter Materialauswahl kann die optische Komponente 200 auch direkt mit dem Vorkammermodul 300 verlötet werden.

Claims

Laserzündkerze (100), insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass in einem brennraumzugewandten Endbereich (100a) der Laserzündkerze (100) Befestigungsmittel (110) vorgesehen sind, die eine lösbare Befestigung einer optischen Komponente (200) an der Laserzündkerze (100) ermöglichen.
Laserzündkerze (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (110) ein Schraubgewinde und/oder einen Presssitz und/oder eine Rastverbindung aufweisen.
Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtmittel (120) im Bereich der Befestigungsmittel (110) vorgesehen sind.
Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einer optischen Komponente (200), die, insbesondere über die Befestigungsmittel (110), lösbar mit der Laserzündkerze (100) verbindbar ist.
Laserzündkerze (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (200) als Brennraumfenster und/oder Fokussieroptik ausgebildet ist.
Laserzündkerze (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (200) einen Träger (210) aufweist, der dazu ausgebildet ist, mit den Befestigungsmitteln (110) der Laserzündkerze (100) zusammenzuwirken.
Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein, vorzugsweise lösbar, mit der Laserzündkerze (100) verbindbares Vorkammermodul (300).