-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Vorkammermodul für eine Laserzündkerze, wobei das Vorkammermodul einen Befestigungsbereich zur lösbaren Befestigung des Vorkammermoduls an der Laserzündkerze aufweist.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Vorkammermodul.
-
Ein Vorkammermodul der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2010/094551 A1 bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vorkammermodul der eingangs genannten Art und ein entsprechendes Herstellungsverfahren hierfür dahingehend zu verbessern, dass eine einfache Ausstattung einer Laserzündkerze mit dem Vorkammermodul möglich ist und gleichzeitig ein verbesserter Schutz eines Brennraumfensters oder sonstiger optischer Komponenten der Laserzündkerze vor von dem Vorkammermodul ausgehenden Schmutzpartikeln gewährleistet ist.
-
Diese Aufgabe wird bei dem Vorkammermodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Vorkammermodul in einem brennraumabgewandten Endbereich Blendenmittel aufweist, die einen Innenraum des Vorkammermoduls in axialer Richtung begrenzen und eine Öffnung zur Einstrahlung von Laserstrahlung aus der Laserzündkerze in den Innenraum des Vorkammermoduls aufweisen.
-
Die erfindungsgemäßen Blendenmittel ermöglichen vorteilhaft die Einstrahlung von Laserstrahlung aus der Laserzündkerze in den Innenraum der Vorkammer bzw. des Vorkammermoduls, um ein dort vorliegendes zündfähiges Luft-/Kraftstoffgemisch zu entzünden, während gleichzeitig zumindest ein radial äußerer Bereich eines Brennraumfensters der Laserzündkerze wirksam durch die Blendenmittel abgedeckt wird, so dass der Eintrag von Schmutzpartikeln auf eine Außenoberfläche des Brennraumfensters bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Vorkammermoduls verringert wird.
-
Besonders vorteilhaft ist die Geometrie der erfindungsgemäßen Blendenmittel, insbesondere die Geometrie der Öffnung der Blendenmittel, angepasst an einen Strahlengang der von der Laserzündkerze ausgehenden Laserstrahlung, wobei die Öffnung eine möglichst geringe Querschnittsfläche aufweist und somit einen effizienten Schutz des Brennraumfensters vor aus der Vorkammer herrührenden Schmutzpartikeln wie beispielsweise Ölaschen bietet.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Öffnung der Blendenmittel im Wesentlichen Kegelstumpfform aufweist, wobei eine Deckfläche im Bereich des Innenraums des Vorkammermoduls und eine Bodenfläche, die größer ist als die Deckfläche, in einem vorkammerabgewandten Bereich der Blendenmittel angeordnet ist. Diese Konfiguration ergibt eine besonders gute Anpassung der Öffnung der Blendenmittel an die üblicherweise Kegelform aufweisende Strahlgeometrie von mittels der Laserzündkerze bereitgestellter und in den Innenraum des Vorkammermoduls eingestrahlter Laserstrahlung.
-
Eine weitere Verbesserung kann einer anderen Ausführungsform zufolge dadurch erzielt werden, dass die Blendenmittel im Bereich der Deckfläche eine zumindest abschnittsweise konvex geformte Oberfläche aufweisen, wodurch sich vorteilhaft eine Ablenkung von Fluid- und Schmutzpartikelströmungen ergibt, welche aus einem Innenraum des Vorkammermoduls auf die Öffnung der Blendenmittel gerichtet sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft zumindest ein Teil dieser Fluid- und Schmutzpartikelströmungen in eine radial innere Richtung abgelenkt werden, wodurch verhindert wird, dass sich die betreffenden Partikel auf der Außenoberfläche des Brennraumfensters einer mit dem Vorkammermodul ausgestatteten Laserzündkerze niederschlagen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Blendenmittel in einem radial äußeren Bereich eine im Wesentlichen stufenförmige Ausnehmung aufweisen, die vorteilhaft eine zuverlässige formschlüssige Anlage des Vorkammermoduls an einen entsprechenden Aufnahmebereich der Laserzündkerze ermöglicht.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Blendenmittel einstückig ausgebildet mit dem Vorkammermodul. Beispielsweise kann sowohl das Vorkammermodul (ohne Blendenmittel) als separates Bauteil gefertigt werden, ebenso die Blendenmittel. Anschließend können die beiden separaten Bauteile in axialer Richtung in Kontaktlage miteinander gebracht und durch ein geeignetes Fügeverfahren miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen und/oder Laserschweißen und/oder Reibschweißen.
-
Besonders vorteilhaft weisen die Komponenten Vorkammermodul, Blendenmittel hierzu jeweils entsprechende axiale Stirnflächen auf, die hinsichtlich ihrer Geometrie so ausgebildet sind, dass sie zumindest teilweise mit der korrespondierenden Stirnfläche des anderen Bauteils zusammenwirken.
-
Sofern die Blendenmittel nicht einstückig ausgebildet sind mit dem Vorkammermodul kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Blendenmittel so ausgebildet sind, dass sie durch das Vorkammermodul, welches mit seinem Befestigungsbereich an der Laserzündkerze befestigbar ist, wenigstens in axialer Richtung in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung der Laserzündkerze verspannbar sind.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Fügestelle zwischen dem Vorkammermodul und den Blendenmitteln weiter von einem brennraumzugewandten Bereich des Vorkammermoduls entfernt ist, als der Befestigungsbereich. Sofern die Fügestelle radial weiter innen liegt als der Befestigungsbereich zur Befestigung des Vorkammermoduls an der Laserzündkerze ergibt sich dadurch ein besonders effizienter Schutz der Fügestelle vor äußeren Einwirkungen, da die Fügestelle koaxial umgeben ist von einem Aufnahmebereich der Laserzündkerze, der mit dem Befestigungsbereich des erfindungsgemäßen Vorkammermoduls zusammenwirkt.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Blendenmittel so ausgebildet sind, dass sie den Innenraum des Vorkammermoduls zumindest bereichsweise auch in radialer Richtung nach außen begrenzen, wodurch weitere Freiheitsgrade zur geometrischen Ausgestaltung der Vorkammer bzw. des Vorkammermoduls möglich sind.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorkammermodul in dem Befestigungsbereich eine größere Wandstärke, insbesondere in radialer Richtung, aufweist als an einer Kontakt- bzw. Fügestelle zwischen dem Vorkammermodul und den Blendenmitteln. Dadurch ist einerseits eine stabile Befestigung des Vorkammermoduls an der Laserzündkerze ermöglicht, während gleichzeitig ein verringerter Materialaufwand zur mechanischen Verbindung des Vorkammermoduls mit den Blendenmitteln gegeben ist.
-
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Vorkammermoduls gemäß Patentanspruch 11 angegeben.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
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 oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
-
In der Zeichnung zeigt:
-
1 schematisch einen teilweisen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorkammermoduls,
-
2 schematisch einen teilweisen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Vorkammermoduls in Einbaulage an einer Laserzündkerze, und
-
3 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt schematisch einen teilweisen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Vorkammermoduls 110, das zur Anbringung in einem brennraumzugewandten Endbereich einer in 1 schematisch mittels einer gestrichelten Linie dargestellten Laserzündkerze 100 vorgesehen ist.
-
Das Vorkammermodul 110 realisiert primär die an sich bekannte Funktion einer Vorkammer für die Laserzündkerze 100. Hierzu ist das Vorkammermodul 110 in einem Befestigungsbereich 110a an der Laserzündkerze 100 bzw. einem Gehäuse der Laserzündkerze 100 befestigt. Die Befestigung zwischen dem Vorkammermodul 110 und der Laserzündkerze 100 erfolgt vorzugsweise mittels einer lösbaren Verbindung, beispielsweise mittels einer Presspassung oder einer Schraubverbindung oder dergleichen, was die Wartungskosten einer entsprechend ausgestatteten Laserzündkerze 100 verringert, weil das Vorkammermodul 110 flexibel ausgetauscht werden kann.
-
Insbesondere ermöglicht der einfache Austausch des Vorkammermoduls 110 bezüglich der Laserzündkerze 100 auch eine effiziente Reinigung ggf. vorhandener optischer Komponenten, z.B. eines Brennraumfensters (nicht gezeigt), der Laserzündkerze 100, die ebenfalls in dem das Vorkammermodul 110 aufnehmenden Aufnahmebereich der Laserzündkerze 100 angeordnet und zumindest bei Einbaulage des Vorkammermoduls 110 an der Laserzündkerze 100 in der Regel schwer zugänglich sind.
-
Erfindungsgemäß weist das Vorkammermodul 110 Blendenmittel 112 auf, die in einem brennraumabgewandten Endbereich 110b des Vorkammermoduls 110, also in 1 links, angeordnet sind. Die Blendenmittel 112 begrenzen den Innenraum I des Vorkammermoduls 110 in axialer Richtung RA und weisen gleichzeitig eine Öffnung 112a zur Einstrahlung von Laserstrahlung L aus der Laserzündkerze 100 in den Innenraum I des Vorkammermoduls 110 auf.
-
Durch den gegenüber dem Innenraum I des Vorkammermoduls 110 verringerten Öffnungsquerschnitt der Öffnung 112a der Blendenmittel 112 ist vorteilhaft ein Eintrag von Schmutzpartikeln und sonstigen Schadstoffen aus dem Innenraum I der Vorkammer bzw. des Vorkammermoduls 110 auf optische Komponenten der Laserzündkerze 100, die sich in 1 links des Vorkammermoduls 110 befinden (nicht gezeigt), verringert, so dass sich die Standzeit des Brennraumfensters bzw. der optischen Komponenten der Laserzündkerze 100, die über ein erfindungsgemäßes Vorkammermodul 110 verfügt, erhöht.
-
Besonders vorteilhaft ist die Öffnung 112a in etwa kegelstumpfförmig ausgebildet, wodurch eine optimale Anpassung ihrer Form an die üblicherweise etwa Kegelform aufweisende Laserstrahlung L gegeben ist, die von der Laserzündkerze 100 bereitgestellt und durch die Öffnung 112a der Blendenmittel 112 hindurch in den Innenraum I des Vorkammermoduls 110 eingestrahlt wird.
-
Besonders bevorzugt ist eine Deckfläche der Öffnung 112a der Blendenmittel 112 in dem vorkammerzugewandten Bereich der Blendenmittel 112 angeordnet, d.h. in 1 rechts der Öffnung 112a. Demgegenüber ist eine Bodenfläche der Öffnung 112a, die größer ist als die Deckfläche, an dem in 1 linken Ende des Vorkammermoduls 110, d.h. in einem der Laserzündkerze 100 zugewandten Endbereich 112b des Vorkammermoduls 110, angeordnet.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Bereich B1 der Deckfläche der Öffnung 112a die Oberfläche der Blendenmittel 112 zumindest abschnittsweise konvex geformt, wodurch sich eine besonders effiziente Reduktion bzw. Umlenkung von Fluidströmungen aus dem Innenraum I des Vorkammermoduls 110 auf die Öffnung 112a des Blendenmittels, d.h. in 1 nach links, ergibt. Beispielsweise wird eine sich in etwa in axialer Richtung in 1 von rechts nach links auf die Öffnung 112a zubewegende Partikelströmung durch die konvexen Oberflächenbereiche der Blendenmittel 112 zumindest teilweise in eine radial innere Richtung abgelenkt, wodurch sich der axiale Strömungsanteil entsprechend reduziert.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Blendenmittel 112 in einem radial äußeren Bereich B2 eine im Wesentlichen stufenfömige Ausnehmung A auf, was eine vereinfachte Montage bzw. Einpassung des Vorkammermoduls 110 in dem entsprechend geformten Aufnahmebereich der Laserzündkerze 100 ermöglicht.
-
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Blendenmittel 112 einstückig ausgebildet sind mit dem Vorkammermodul 110, was beispielsweise durch die Vorsehung zweier separater Bauteile Vorkammermodul 110, Blendenmittel 112 und ein anschließendes Fügen der beiden Bauteile 110, 112 aneinander im Bereich der Fügestelle F erreicht werden kann. In diesem Fall kann das Vorkammermodul 110 zusammen mit den Blendenmitteln 112 in einem Montagevorgang als einheitliches Ersatzteil von der Laserzündkerze 100 getrennt bzw. mit der Laserzündkerze 100 verbunden werden, vgl. den Befestigungsbereich 110a.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform stellen das Vorkammermodul 110 und die Blendenmittel 112 voneinander separate Bauteile dar, und ein Kontaktbereich zwischen den Komponenten 110, 112 ist so ausgebildet, dass die Blendenmittel 112 durch das Vorkammermodul 110 wenigstens in axialer Richtung in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung der Laserzündkerze 100 verspannbar sind. Hierzu können beispielsweise entsprechend zusammenwirkende Stirnflächenbereiche bei dem Vorkammermodul 110 und den Blendenmitteln 112 vorgesehen sein, die sich zumindest teilweise überlappen, wodurch eine Kraftübertragung in axialer Richtung von dem mit der Laserzündkerze 100 verbindbaren Vorkammermodul 110 auf die Blendenmittel 112 ermöglicht ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei der das Vorkammermodul 110 und die Blendenmittel 112 einstückig miteinander verbunden sind, ist vorgesehen, dass die Fügestelle F zwischen dem Vorkammermodul 110 und den Blendenmitteln 112 weiter von einem brennraumzugewandten Endbereich 110b' des Vorkammermoduls 110 entfernt ist, als der Befestigungsbereich 110a, vgl. hierzu 2.
-
Die Fügestelle F weist bei der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Abstand d1 von dem brennraumzugewandten Endbereich 110b' des Vorkammermoduls 110 auf, während der Befestigungsbereich 110a, über den das Vorkammermodul 110 vorzugsweise lösbar mit der Laserzündkerze 100 verbindbar ist, einen zweiten Abstand d2 < d1 zu dem brennraumzugewandten Endbereich 110b' des Vorkammermoduls 110 aufweist.
-
Bei dieser Konfiguration überlappen sich der Befestigungsbereich 110a und der Fügebereich F vorteilhaft nicht einander in axialer Richtung, so dass sich eine mechanisch besonders stabile Konfiguration ergibt.
-
Darüber hinaus kann bei einer weiteren Erfindungsvariante eine Wandstärke w2 des Vorkammermoduls 110 in dem Fügebereich F (1) bevorzugt kleiner ausgebildet sein als eine Wandstärke w1 des restlichen Vorkammermoduls 110.
-
Bei noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Blendenmittel 112 so ausgebildet sind, dass sie den Innenraum I des Vorkammermoduls 110 zumindest bereichsweise auch in radialer Richtung RR (1) nach außen begrenzen, wodurch weitere Freiheitsgrade hinsichtlich der Geometrie der Vorkammer bzw. des Vorkammermoduls 110 gegeben sind.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Vorkammermodul 110. Erfindungsgemäß werden an dem Vorkammermodul 110 in einem brennraumabgewandten Endbereich 110b Blendenmittel 112 angeordnet, die den Innenraum I des Vorkammermoduls 110 in axialer Richtung RA (1) begrenzen und eine Öffnung 112a zur Einstrahlung der Laserstrahlung L aus der Laserzündkerze 100 in den Innenraum I des Vorkammermoduls 110, insbesondere auf den Zündpunkt ZP, aufweisen.
-
Eine einstückige Ausbildung des Vorkammermoduls 110 kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass zunächst separat gefertigte Bauteile Vorkammermodul 110, Blendenmittel 112 aneinandergefügt werden, beispielsweise mittels Schweißen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden maximal etwa 10% bis etwa 20% einer axialen Kontaktfläche zwischen dem Vorkammermodul 110 und den Blendenmitteln 112 miteinander verschweißt, vorzugsweise durch insbesondere äquidistant zueinander angeordnete Schweißpunkte.
-
Alternativ können die Blendenmittel 112 auch mittels einer Presspassung mit dem Vorkammermodul 110 verbunden werden.
-
Der Befestigungsbereich 110a des Vorkammermoduls 110 ist bevorzugt so ausgebildet, dass er eine Schraubverbindung mit einem entsprechenden Aufnahmebereich der Laserzündkerze 100 ermöglicht.
-
3 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt 200 wird ein erfindungsgemäßes Vorkammermodul 110 bereitgestellt. In einem nachfolgenden Schritt 210 werden die Blendenmittel 112 in der vorstehend beschriebenen Weise an dem Vorkammermodul 110 angeordnet, beispielsweise im Wege einer Klemmung durch axiale Kraftbeaufschlagung oder einen Fügeprozess wie z.B. Schweißen.
-
Eine lösbare Verbindung des Vorkammermoduls 110b mit der Laserzündkerze 100 ist beispielsweise durch eine Schraubverbindung realisierbar, bei der der Befestigungsbereich 110a z.B. ein Außengewinde aufweist, das mit einem entsprechenden Innengewinde in einem Gehäuse der Laserzündkerze 100 zusammenwirken kann. Eine Spiel- bzw. Übergangspassung zwischen den Komponenten 100, 110 ist ebenfalls denkbar, wobei diese mittels einer Madenschraube relativ zueinander fixiert werden können.
-
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es ferner möglich, eine Laserzündkerze vorzusehen, der Blendenmittel zugeordnet werden, die selbst nicht Bestandteil eines Vorkammermoduls 110 sind. Dadurch kann eine Laserzündkerze ohne Vorkammer realisiert werden, welche dennoch zum Schutz des Brennraumfensters Blendenmittel aufweist. Bei dieser Variante werden die Blendenmittel bevorzugt lösbar mit der Laserzündkerze ausgelegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
