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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2007 044 010 A1 ist es bereits bekannt, eine Lichtleitereinrichtung so auszubilden und in einer Laserzündkerze anzuordnen, dass im Bereich einer Lasereinrichtung der Laserzündkerze und/oder im Bereich eines der Laserzündkerze zugeordneten Brennraums auftretende Strahlung in die Lichtleitereinrichtung einkoppelbar ist, um Informationen über einen Betrieb der Laserzündkerze zu erhalten und an entfernt angeordnete Auswertemittel weiterzuleiten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze anzugeben, bei der ein oder mehrere physikalische Größen direkt am Ort der Laserzündkerze erfasst werden können.
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Diese Aufgabe wird bei der Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Sensormittel zur Erfassung mindestens einer physikalischen Größe in die Laserzündkerze integriert sind.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Sensormittel direkt in der Laserzündkerze ermöglicht vorteilhaft eine Erfassung interessierender Messdaten vor Ort und eine Umwandlung von den erfassten Daten in diesen Daten repräsentierende Signale, beispielsweise in digitale elektrische Signale, wodurch eine einfache und wenig fehleranfällige Weiterleitung der erfassten Daten an eine entfernt angeordnete Auswerteeinheit möglich ist.
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Ferner kann durch die Auswertung der erfindungsgemäß erhaltenen Sensordaten ein ordnungsgemäßer Betrieb der Laserzündkerze überwacht werden.
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Eine besonders kleinbauende Konfiguration, die gleichzeitig vorteilhaft auch die Erfassung physikalischer Größen aus dem unmittelbaren Umfeld der Laserzündkerze ermöglicht, ergibt sich einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zufolge, wenn die Sensormittel in ein Gehäuse der Laserzündkerze integriert sind. Sofern das betreffende Sensorprinzip es zulässt, können die erfindungsgemäßen Sensormittel zumindest teilweise auch direkt in eine Gehäusewand der Laserzündkerze integriert sein. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Drucksensoren und/oder Körperschallsensoren so an bzw. in der Laserzündkerze anordnen, dass entsprechende Druck- und/oder Körperschallsignale direkt aus einem die Laserzündkerze aufnehmenden Zylinderkopf erfasst werden können.
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Die erfindungsgemäßen Sensormittel können vorteilhaft auch mindestens einen Temperatursensor, insbesondere ein Thermoelement oder einen faseroptischen Temperatursensor, aufweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass die Sensormittel mehrere gleichartige Sensoren aufweisen, die in unterschiedlichen Bereichen der Laserzündkerze angeordnet sind. Neben der Möglichkeit zur Plausibilisierung entsprechender Sensordaten ist dadurch vorteilhaft auch eine Ortung beispielsweise von Körperschallquellen möglich, indem die Signale mehrerer, in unterschiedlichen Bereichen angeordneter Körperschallsensoren, miteinander verglichen werden.
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Aus Phasen- und/oder Amplitudendifferenzen der entsprechenden Sensorsignale können in an sich bekannter Weise Aussagen über die Körperschallquelle beziehungsweise ihre Anordnung relativ zu der erfindungsgemäßen Laserzündkerze gemacht werden.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass die Sensormittel eine mehrere Lichtleitfasern aufweisende Lichtleitereinrichtung aufweisen, von denen mindestens eine erste Lichtleitfaser zumindest abschnittsweise als faseroptischer Druck- und/oder Temperatursensor ausgebildet ist, und von denen mindestens eine zweite Lichtleitfaser dazu ausgebildet ist, Licht aus dem Bereich der Laserzündkerze an einen entfernt angeordneten Detektor zu übertragen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 schematisch einen teilweisen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
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2 schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und
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3 schematisch einen teilweisen Querschnitt mit Blick in Längsrichtung einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze.
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1 zeigt schematisch einen teilweisen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, wie sie beispielsweise bei laserbasierten Zündsystemen von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird.
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Die Laserzündkerze 100 weist ein Gehäuse 101 auf, das an seinem brennraumzugewandten Endabschnitt 100a ein Schraubgewinde 102 besitzt, mit dem die Laserzündkerze 100 in an sich bekannter Weise in einen Zylinderkopf (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine eingeschraubt werden kann.
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Die Laserzündkerze 100 verfügt über eine integrierte Lasereinrichtung 26, bei der es sich beispielsweise um einen laseraktiven Festkörper mit einer passiven Güteschaltung handeln kann. Unter entsprechender Beaufschlagung mit Pumpstrahlung, die der Lasereinrichtung 26 durch die Lichtleitereinrichtung 28 zugeleitet wird, erzeugt die Lasereinrichtung 26 Laserzündimpulse 24, die durch eine nicht abgebildete Optik auf einen in dem Brennraum 14 angeordneten Zündpunkt ZP fokussiert werden und durch das Brennraumfenster 103 aus dem Inneren der Laserzündkerze 100 in den Brennraum 14 heraustreten.
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Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 integrierte Sensormittel 110 auf, um mindestens eine an dem Ort der Laserzündkerze 100 vorliegende physikalische Größe zu erfassen.
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Die Sensormittel 110 können beispielsweise als Temperatursensor, insbesondere als Thermoelement, oder auch als faseroptischer Temperatursensor, ausgebildet sein.
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Ferner ist es möglich, dass die Sensormittel 110 einen Drucksensor, insbesondere zur Erfassung eines Brennraumdrucks, aufweisen.
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Druck- und Temperatursensoren können in den erfindungsgemäßen Sensormitteln 110 auch kombiniert werden.
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Alternativ oder ergänzend können die Sensormittel 110 erfindungsgemäß auch mindestens einen Körperschallsensor aufweisen, um im Bereich der Laserzündkerze 100 auftretende Körperschallsignale zu erfassen.
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Wenn die erfindungsgemäßen Sensormittel 110 einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge in dem brennraumzugewandten Endbereich 100a der Laserzündkerze 100 angeordnet sind, ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, im Bereich des Brennraums 14 vorherrschende physikalische Größen mit den Sensormitteln 110 zu erfassen.
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Beispielsweise kann aufgrund der üblicherweise guten thermischen Anbindung des Gehäuses 101 der Laserzündkerze 100 an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine mittels des Schraubgewindes 102 durch in dem brennraumseitigen Endbereich 100a angeordnete als Temperatursensor ausgebildete Sensormittel 110 eine in dem Bereich des Brennraums 14 vorherrschende Temperatur erfasst werden.
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Eine Detektion auf Verbrennungsaussetzer ist mit der erfindungsgemäß ermittelten Brennraumtemperatur ebenfalls durchführbar, ebenso wie die Überprüfung der Einhaltung eines zulässigen Betriebstemperaturbereichs für die Lasereinrichtung 26 der Laserzündkerze 100.
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Unabhängig von der konkreten Ausbildung der erfindungsgemäßen Sensormittel 110 ist eine Erfassungsrate der Sensormittel 110 bevorzugt so groß, dass je Arbeitszyklus einer die Laserzündkerze 100 enthaltenden Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) mehrere, vorzugsweise mindestens einige Hundert, Sensormesswerte erfasst werden können.
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Durch die bevorzugte hohe zeitliche Auflösung der von den Sensormitteln 110 gelieferten Sensordaten ist eine besonders genaue Analyse der betreffenden Betriebsgrößen der Laserzündkerze 100 beziehungsweise der Verbrennung im Brennraum oder der Brennkraftmaschine möglich.
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Besonders vorteilhaft kann die Brennkraftmaschine beziehungsweise die Laserzündkerze 100 in Abhängigkeit der erfindungsgemäß erhaltenen Sensordaten gesteuert beziehungsweise geregelt werden.
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2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Sensormittel 110 eine mehrere Lichtleitfasern aufweisende Lichtleitereinrichtung 111 aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist mindestens eine erste Lichtleitfaser 111a zumindest abschnittsweise als faseroptischer Druck- und/oder Temperatursensor ausgebildet. Eine zweite Lichtleitfaser 111b ist darüberhinaus dazu ausgebildet, Licht 112 aus dem Bereich der Laserzündkerze 100 an einen entfernt angeordneten Detektor (nicht gezeigt) zu übertragen.
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Damit können durch die erfindungsgemäße Lichtleitereinrichtung 111 vorteilhaft mehrere unterschiedliche Sensormesswerte erfasst und an Detektormittel weitergeleitet werden.
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Die gemäß 2 als Lichtleitereinrichtung 111 ausgebildeten Sensormittel 110 können besonders bevorzugt in die Lichtleitereinrichtung 28 für die Zuleitung von Pumplicht integriert sein, so dass lediglich eine einzige Lichtleitereinrichtung 28 mit der Laserzündkerze 100 zu verbinden ist.
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An einem entfernt der Laserzündkerze 100 angeordneten Ende der Lichtleitereinrichtung 28 können die betreffenden Fasern der Lichtleitereinrichtung 28 in an sich bekannter Weise aufgeteilt und einer Pumplichtquelle beziehungsweise den Detektormitteln für die Fasern 111a, 111b zugeordnet werden.
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3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100, bei der drei Körperschallsensoren 112 in dem Gehäuse 101 angeordnet sind. Durch einen Vergleich der von den unterschiedlichen Körperschallsensoren 112 erhaltenen Körperschallsignale kann in einer Auswerteeinheit vorteilhaft auf die Anordnung einer Quelle der Körperschallsignale relativ zu der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 geschlossen werden. Beispielsweise lassen sich dadurch bei in einen Zylinderkopf eingebauter Laserzündkerze 100 Aussagen über Fehlzündungen benachbarter Zylinder treffen.
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Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, die Sensormittel 110 mit Sensoren unterschiedlichen Typs zu versehen. Das bedeutet, beispielsweise kann ein Drucksensor mit einem Temperatursensor zusammen in der Laserzündkerze 100 angeordnet werden.
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Sofern das betreffende Sensorprinzip eine entsprechende Ausbildung der Sensormittel 110 zulässt, können die erfindungsgemäßen Sensormittel 110 zumindest teilweise auch direkt in eine Gehäusewand 101a (1a) der Laserzündkerze integriert werden, so dass z. B. ein noch besserer thermischer Kontakt mit der Umgebung herstellbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Vorsehung der Sensormittel 110 in der Laserzündkerze 100 entfällt vorteilhaft das Erfordernis, einen Zylinderkopf beziehungsweise Motorblock mit zusätzlichen Bohrungen zur Anordnung herkömmlicher entsprechender Sensoren zu versehen.
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Vielmehr können die interessierenden physikalischen Größen direkt mittels der erfindungsgemäßen Sensormittel 110 erfasst werden.
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Die Weiterleitung der erfindungsgemäß erfassten Sensordaten ist vorteilhaft über entsprechende Kabelverbindungen beziehungsweise optische Datenverbindungen möglich, die mit der Lichtleitereinrichtung 28 der Laserzündkerze 100 kombinierbar sind.
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Ganz besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäßen Sensormittel 110 so ausgebildet, dass sie als Ausgangssignal bereits elektronische Digitalsignale ausgeben, welche an eine entfernt angeordnete Auswerteeinheit weiterleitbar sind.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 besteht darin, dass bei hinreichend hohen Erfassungsraten der erfindungsgemäßen Sensormittel 110 die Möglichkeit gegeben ist, einen Controlled Auto Ignition (CAI)-Betrieb, bei dem eine an sich fremdgezündete Brennkraftmaschine so betrieben wird, dass keine Fremdzündung erforderlich ist, zu regeln. Das bedeutet, in Abhängigkeit der erfindungsgemäß erhaltenen Sensordaten über den Verbrennungsvorgang (Druckverlauf, Temperaturverlauf, Strahlungsintensitätsverlauf) kann unter Umständen eine Hilfszündung mittels der Laserzündkerze 100 vorgenommen werden, um den an sich ablaufenden CAI-Betrieb zu unterstützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007044010 A1 [0002]
