DE102012204582A1

DE102012204582A1 - laser spark plug

Info

Publication number: DE102012204582A1
Application number: DE201210204582
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Nuebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2013139513A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine und ist gekennzeichnet durch eine mindestens ein Wärmerohr (112) aufweisende Kühleinrichtung (110).The invention relates to a laser spark plug (100) for an internal combustion engine and is characterized by a cooling device (110) having at least one heat pipe (112).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine. Laserzündkerzen werden beispielsweise bei Gasmotoren, insbesondere (stationären) Großgasmotoren eingesetzt. Ferner ist die Verwendung von Laserzündkerzen auch bei mobilen Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, geplant.The present invention relates to a laser spark plug for an internal combustion engine. Laser spark plugs are used for example in gas engines, in particular (stationary) large gas engines. Furthermore, the use of laser spark plugs is also planned for mobile internal combustion engines, such as in motor vehicles.

Aus WO 2005/028856 A1 ist bereits eine Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche über ein mehrstufiges Kühlsystem gekühlt wird, das u.a. eine Kühlflüssigkeit enthält. Die bekannte Laserzündkerze erfordert einen großen konstruktiven Aufwand für die Realisierung der mehreren Kühlkreisläufe. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Leckagen der mit Flüssigkeit betriebenen Kühlkreisläufe (Wasserschlag, Korrosion).Out WO 2005/028856 A1 already a laser spark plug for an internal combustion engine is known, which is cooled by a multi-stage cooling system, which contains, inter alia, a cooling liquid. The known laser spark plug requires a large design effort for the realization of the multiple cooling circuits. In addition, there is a risk of leakage of liquid-operated cooling circuits (water hammer, corrosion).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäss ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine effiziente Kühlung unter Vermeidung der eingangs genannten Nachteile des Stands der Technik gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird bei der Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die mindestens ein Wärmerohr aufweist. Das Wärmerohr, das englisch auch als „heatpipe“ bezeichnet wird, kann beispielsweise mit einer Verdampfungsflüssigkeit gefüllt sein, welche an einer heißen Seite des Wärmerohrs verdampft wird und auf einer kalten Seite des Wärmerohrs kondensiert. Durch die Nutzung von Verdampfung und Kondensation, mithin der Verdampfungsenergie des innerhalb des Wärmerohrs befindlichen Fluids, hat ein Wärmerohr eine um ein Vielfaches (Faktor 50 bis 80) größere Wärmeleitfähigkeit als ein Festkörper. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass unter Verwendung eines Wärmerohrs eine besonders effiziente und gleichmäßige Verteilung der Abwärme von in der Laserzündkerze enthaltenen Komponenten, bzw. generell von in der Laserzündkerze vorhandener Wärme, auf für eine Entwärmung der Laserzündkerze vorgesehene Bereiche, beispielsweise einen brennraumabgewandten Endbereich eines Gehäuses der Laserzündkerze, erfolgen kann.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a laser spark plug of the type mentioned in that an efficient cooling while avoiding the aforementioned disadvantages of the prior art is ensured. This object is achieved in the laser spark plug of the type mentioned in the present invention, that a cooling device is provided which has at least one heat pipe. The heat pipe, which is also referred to as "heat pipe" in English, may for example be filled with an evaporation liquid which is vaporized on a hot side of the heat pipe and condenses on a cold side of the heat pipe. Through the use of evaporation and condensation, and thus the evaporation energy of the fluid located within the heat pipe, a heat pipe has a much higher thermal conductivity than a solid body (factor 50 to 80). According to the invention, it has been recognized that using a heat pipe a particularly efficient and uniform distribution of the waste heat contained in the laser spark plug components, or generally of existing in the laser spark plug heat, provided for a cooling of the laser spark plug areas, for example, a brennraumabgewandten end of a housing the laser spark plug, can be done.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wärmerohr so angeordnet ist, dass seine Längsachse einen Winkel von etwa kleiner 30° mit einer Längsachse der Laserzündkerze einschließt, wodurch ein besonders effizienter Wärmetransport aus einem brennraumzugewandten Bereich der Laserzündkerze beziehungsweise einem axial mittigen Bereich der Laserzündkerze erreicht wird. In a preferred embodiment it is provided that the heat pipe is arranged so that its longitudinal axis encloses an angle of approximately less than 30 ° with a longitudinal axis of the laser spark plug, whereby a particularly efficient heat transfer from a region facing the combustion chamber of the laser spark plug or an axially central region of the laser spark plug becomes.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wärmerohr zumindest teilweise innerhalb eines Gehäuses der Laserzündkerze angeordnet ist, wodurch sich eine besonders klein bauende Konfiguration ergibt. Ferner kann vorteilhaft in dem Gehäuse der Laserzündkerze mindestens ein Kühlkanal zum Hindurchleiten eines Kühlfluids, vorzugsweise eines Gases (bei Raumtemperatur), insbesondere Luft, gebildet sein, so dass eine effiziente Entwärmung insbesondere des heißen Endes des Wärmerohrs möglich ist. Die Kombination des Prinzips des Wärmerohrs mit der Luftkühlung in dem erfindungsgemäßen Kühlkanal ermöglicht vorteilhaft eine besonders effiziente Entwärmung und vermeidet gleichzeitig das Leckagerisiko herkömmlicher, keine Wärmerohre enthaltender flüssigkeitsbasierter Kühlkreisläufe für Laserzündkerzen.In a further advantageous embodiment, it is provided that the heat pipe is at least partially disposed within a housing of the laser spark plug, resulting in a particularly small-sized configuration. Furthermore, advantageously in the housing of the laser spark plug at least one cooling channel for passing a cooling fluid, preferably a gas (at room temperature), in particular air, be formed, so that an efficient cooling, in particular of the hot end of the heat pipe is possible. The combination of the principle of the heat pipe with the air cooling in the cooling channel according to the invention advantageously enables a particularly efficient cooling and at the same time avoids the risk of leakage of conventional liquid-based cooling circuits for laser spark plugs containing no heat pipes.

Bei einer anderen Konfiguration kann das Wärmerohr ebenfalls zumindest teilweise innerhalb eines Gehäuses der Laserzündkerze angeordnet sein, und es muss nicht notwendig ein Kühlkanal in dem Gehäuse der Laserzündkerze gebildet sein. Z.B. kann es auch ausreichen, dass das Wärmerorhr in dem brennraumabgewandten Bereich der Laserzündkerze aus dieser bzw. dem Gehäuse herausragt und in diesem Bereich mit weiteren Mitteln zur Wärmeableitung (z.B. Kühlkörper zur Zwangs- oder auch Konvektionskühlung usw.) verbunden ist.In another configuration, the heat pipe may also be at least partially disposed within a housing of the laser spark plug, and it may not necessarily be a cooling channel formed in the housing of the laser spark plug. For example, It may also be sufficient for the heat pipe to protrude from the housing or the housing in the area of the laser spark plug facing away from the combustion chamber and to be connected in this area with further means for heat dissipation (for example heat sinks for forced or convection cooling, etc.).

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung mindestens einen mit dem Wärmerohr thermisch verbundenen Kühlkörper aufweist, wobei der Kühlkörper bevorzugt zumindest teilweise in einem beziehungsweise dem Kühlkanal angeordnet ist, so dass ein durch den Kühlkanal hindurchtretender Luftstrom („Kühlluftstrom“) die durch das Wärmerohr an den Kühlkörper geleitete Wärmeenergie ableiten kann. In a further advantageous embodiment, it is provided that the cooling device has at least one thermally connected to the heat pipe heat sink, wherein the heat sink is preferably at least partially disposed in one or the cooling channel, so that passing through the cooling channel air flow ("cooling air flow") through the heat pipe can dissipate heat energy conducted to the heat sink.

Besonders vorteilhaft kann der Kühlkörper beispielsweise kostengünstig als Strangpressprofil ausgeführt werden, wobei das Profil zum Beispiel sternförmig, sternförmig mit Verzweigungen oder auch wabenförmig, zur Vergrößerung der Oberfläche, oder andersartig ausgeführt werden kann.Particularly advantageously, the heat sink can be carried out, for example, cost-effectively as an extruded profile, wherein the profile, for example, star-shaped, star-shaped with branches or honeycomb-shaped, to increase the surface, or otherwise.

Der Kühlkörper kann auch ein Geflecht aus einem hochwärmeleitfähigen Metall (Kupfergeflecht, Silbergeflecht und dergleichen) oder vergleichbare Wärmeleitstrukturen enthalten. Poröse(hoch-)wärmeleitfähige Materialien sind ebenfalls einsetzbar, um die Wärmeleitung von dem Wärmerohr zu dem Kühlluftstrom zu bewirken.The heat sink may also contain a mesh of a highly heat conductive metal (copper braid, silver mesh and the like) or comparable Wärmeleitstrukturen. Porous (highly) thermally conductive materials are also usable to effect the heat conduction from the heat pipe to the cooling air flow.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Laserzündkerze zumindest bereichsweise einen im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt aufweist, und dass der Kühlkanal zwischen einer Innenwand des im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitts und dem Wärmerohr angeordnet ist, wobei der Kühlkanal bevorzugt eine im Wesentlichen hülsenförmige Geometrie aufweist. In diesem Fall umgibt der Kühlkanal also das Wärmerohr bzw. mit diesem thermische verbundene Kühlkörper z.B. koaxial und ist seinerseits z.B. koaxial von dem Gehäuseabschnitt der Laserzündkerze umgeben, so dass sich besonders große Wärmeaustauschflächen bei gleichzeitig geringem Bauvolumen ergeben. In a further advantageous embodiment, it is provided that the housing of the Laser spark plug at least partially has a substantially sleeve-shaped housing portion, and that the cooling channel between an inner wall of the substantially sleeve-shaped housing portion and the heat pipe is arranged, wherein the cooling channel preferably has a substantially sleeve-shaped geometry. In this case, the cooling channel thus surrounds the heat pipe or heat sink connected thereto, for example, coaxially and, for its part, is coaxially surrounded by the housing section of the laser spark plug, resulting in particularly large heat exchange surfaces with simultaneously low construction volume.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wärmerohr sich in axialer Richtung der Laserzündkerze über mindestens 20%, vorzugsweise jedoch über mindestens 30%, einer Gesamtlänge des Gehäuses der Laserzündkerze erstreckt, sodass eine effiziente Entwärmung in axialer Richtung der Laserzündkerze gegeben ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Wärmerohr bei einer weiteren Ausführungsform in axialer Richtung der Laserzündkerze über mehr als etwa 50% der Gesamtlänge des Gehäuses der Laserzündkerze.In a further advantageous embodiment, it is provided that the heat pipe extends in the axial direction of the laser spark plug over at least 20%, but preferably over at least 30% of an overall length of the housing of the laser spark plug, so that an efficient heat dissipation in the axial direction of the laser spark plug is given. Particularly preferably, the heat pipe extends in a further embodiment in the axial direction of the laser spark plug over more than about 50% of the total length of the housing of the laser spark plug.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkanal mindestens eine Eingangsöffnung zum Einbringen eines Kühlfluids, insbesondere Luft, aufweist, die in einem brennraumabgewandten Endbereich des Kühlkanals angeordnet ist. Der brennraumabgewandte Endbereich des Kühlkanals kann beispielsweise in einem brennraumabgewandten Endbereich des Gehäuses der Laserzündkerze liegen und von dort mit einem zur Kühlung dienenden Luftstrom beaufschlagt werden. Ferner ist erfindungsgemäß bei der vorliegenden Ausführungsform vorteilhaft vorgesehen, dass der Kühlkanal mindestens eine Ausgangsöffnung zum Ausleiten des durch den Kühlkanal geführten Kühlfluids aufweist, die bevorzugt in einem brennraumzugewandten Endbereich des Kühlkanals angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, it is provided that the cooling channel has at least one inlet opening for introducing a cooling fluid, in particular air, which is arranged in an end region of the cooling channel facing away from the combustion chamber. The end region of the cooling channel facing away from the combustion chamber can, for example, lie in a region of the housing of the laser spark plug facing away from the combustion chamber and from there be acted upon by an air stream serving for cooling. Furthermore, according to the invention, it is advantageously provided in the present embodiment that the cooling channel has at least one outlet opening for discharging the cooling fluid guided through the cooling channel, which is preferably arranged in an end region of the cooling channel facing the combustion chamber.

Besonders vorteilhaft kann die Eingangsöffnung in axiale Richtung bezogen auf die Längsachse der Laserzündkerze weisen, während die Ausgangsöffnung des Kühlkanals in radiale Richtung weist. Dadurch wird die durch den Kühlkanal geführte und darin erwärmte Luft vorteilhaft in radialer Richtung aus der Ausgangsöffnung des Kühlkanals in einen Kerzenschacht einer Brennkraftmaschine ausgeblasen, wenn sich die Laserzündkerze in ihrer Einbaulage in dem Kerzenschacht befindet. Hierdurch wird vorteilhaft der zwischen der Außenwand des Gehäuses der Laserzündkerze und der Innenwand des Zündkerzenschachts definierte Ringraum als Fortsetzung des Kühlkanals ausgenutzt, so dass die durch die Ausgangsöffnung aus der Laserzündkerze ausgeblasene, erwärmte Kühlluft vorteilhaft in den Kerzenschacht und von dort auf das brennraumabgewandte Ende des Kerzenschachts zu weitertransportiert wird, wo die erwärmte Luft beispielsweise in die Umgebung austreten kann.Particularly advantageously, the input opening in the axial direction with respect to the longitudinal axis of the laser spark plug, while the output port of the cooling channel has in the radial direction. As a result, the air guided through the cooling channel and heated therein is advantageously blown out in the radial direction from the outlet opening of the cooling channel into a plug shaft of an internal combustion engine when the laser spark plug is in its installed position in the plug shaft. As a result, the annular space defined between the outer wall of the housing of the laser spark plug and the inner wall of the spark plug shaft is advantageously utilized as a continuation of the cooling channel, so that the heated cooling air blown out through the output opening from the laser spark plug advantageously into the plug shaft and from there to the end of the plug shaft facing away from the combustion chamber is transported to further, where the heated air can escape, for example, in the environment.

Erfindungsgemäß kann der Zündkerzenschacht bzw. der den Zündkerzenschacht enthaltende Zylinderkopf der Brennkraftmaschine hinsichtlich seiner Form an die erfindungsgemäße Laserzündkerze angepasst sein. Beispielsweise kann der Zündkerzenschacht – bezogen auf einen Außendurchmesser des Gehäuses der Laserzündkerze – mindestens einen solchen Innendurchmesser zur Aufnahme der Laserzündkerze aufweisen, dass bei in dem Zündkerzenschacht angeordneter Laserzündkerze der zwischen Laserzündkerze und dem Zündkerzenschacht verbleibende Ringraum eine hinreichend große Querschnittsfläche (zwischen etwa 40% bis etwa 100% einer Querschnittsfläche des Kühlkanals oder mehr) aufweist, um einen effizienten Weitertransport der aus der Ausgangsöffnung der Laserzündkerze austretenden erwärmten Kühlluft zu ermöglichen, mithin als Fortsetzung des erfindungsgemäß zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Laserzündkerze angeordneten Kühlkanals zu dienen.According to the invention, the spark plug shaft or the cylinder head of the internal combustion engine containing the spark plug shaft can be adapted with respect to its shape to the laser spark plug according to the invention. For example, the spark plug shaft - based on an outer diameter of the housing of the laser spark plug - have at least one such inner diameter for receiving the laser spark plug, that arranged in the spark plug shaft laser spark plug remaining between the laser spark plug and the spark plug well annulus a sufficiently large cross-sectional area (between about 40% to about 100% of a cross-sectional area of the cooling channel or more), in order to enable an efficient further transport of the heated cooling air emerging from the outlet opening of the laser spark plug, thus serving as continuation of the cooling channel arranged at least partially within the housing of the laser spark plug.

Anstelle eines i.w. kreisförmigen Querschnitts des Zylinderschachts mit hinreichend großem Innendurchmesser kann der Zylinderschacht auch ein oder mehrere Längsnuten (i.w. parallel zur Längsachse der Laserzündkerze) aufweisen, die als Fortsetzung des erfindungsgemäß zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Laserzündkerze angeordneten Kühlkanals dienen können.Instead of an i.w. circular cross section of the cylinder shaft with sufficiently large inner diameter of the cylinder shaft can also have one or more longitudinal grooves (i.w., parallel to the longitudinal axis of the laser spark plug), which can serve as a continuation of the present invention at least partially within the housing of the laser spark plug cooling channel.

Alternativ oder ergänzend zu einer Konfiguration der Laserzündkerze, bei der der Kühlkanal im Inneren der Laserzündkerze einen Transport von Kühlluft „nur“ von einem brennraumabgewandten Endbereich der Laserzündkerze in Richtung auf einen brennraumzugewandten Endbereich der Laserzündkerze zu vorsieht, kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Laserzündkerze auch vorgesehen sein, dass ein erster Abschnitt eines in dem Gehäuse der Laserzündkerze angeordneten Kühlkanals zum Transport von Luft in Richtung auf den brennraumzugewandten Endbereich der Laserzündkerze zu vorgesehen ist, wobei sich ein zweiter Abschnitt des Kühlkanals an den ersten Abschnitt des Kühlkanals anschließt und zur Weiterleitung der bereits erwärmten Luft in Gegenrichtung angeordnet und ausgebildet ist. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil der in dem Gehäuse der Laserzündkerze erwärmten Kühlluft auch innerhalb des Gehäuses der Laserzündkerze zurück an einen im brennraumabgewandten Umgebungsbereich des Zylinderkopfes geführt werden. Die Realisierung der mehreren Abschnitte der Kühlkanäle kann beispielsweise durch eine Aufteilung eines von dem Gehäuse umgebenen Innenbereichs der Laserzündkerze in entsprechende Sektoren erfolgen. Beispielsweise kann ein erster Sektor eines Längenabschnitts der Laserzündkerze einen Transport von Kühlluft von dem brennraumabgewandten Ende der Laserzündkerze hin zu dem brennraumzugewandten Ende der Laserzündkerze ermöglichen, während ein zweiter Sektor desselben Längenabschnitts der Laserzündkerze dazu ausgebildet ist, die bereits durch den ersten Sektor geführte und dabei z.B. bereits über mindestens einen mit dem Wärmerohr verbundenen Kühlkörper erwärmte Luft zurück zu dem brennraumabgewandten Ende der Laserzündkerze zu führen.Alternatively or in addition to a configuration of the laser spark plug, wherein the cooling channel in the interior of the laser spark plug provides a transport of cooling air "only" from a brennraumabgewandten end of the laser spark plug toward a combustion chamber facing end portion of the laser spark plug, in a further advantageous embodiment of the laser spark plug also be provided that a first portion of a arranged in the housing of the laser spark plug cooling channel is provided for transporting air in the direction of the combustion chamber facing end portion of the laser spark plug, wherein a second portion of the cooling channel adjoins the first portion of the cooling channel and for forwarding the already heated air is arranged and formed in the opposite direction. In this way, at least some of the cooling air heated in the housing of the laser spark plug can also be guided inside the housing of the laser spark plug back to a region of the cylinder head facing away from the combustion chamber. The realization of the A plurality of sections of the cooling channels can be made, for example, by dividing an area of the laser spark plug surrounded by the housing into corresponding sectors. For example, a first sector of a longitudinal section of the laser spark plug allow a transport of cooling air from the combustion chamber away from the end of the laser spark plug toward the combustion chamber facing the end of the laser spark plug, while a second sector of the same length portion of the laser spark plug is formed, which already guided by the first sector and thereby eg Already heated via at least one heat sink connected to the heat sink heated air back to the combustion chamber facing away from the end of the laser spark plug.

Eine Kombination der vorstehenden Ausführunsgbeispiele ist ebenfalls denkbar, so dass z.B. sowohl der Raumbereich zwischen einer Außenseite des Gehäuses der Laserzüdkerze und einer Innenwand des Kerzenschachts als Fortsetzung eines ersten, in der Laserzündkerze angeordneten Kühlkanals verwendet wird, als auch ein zweiter Kühlkanal, der beispielsweise in einem anderen Sektor des Innenraums der Laserzündkerze definiert ist, als der erste Kühlkanal.A combination of the above embodiments is also conceivable such that e.g. both the space between an outer side of the housing of the laser candle and an inner wall of the plug shaft is used as a continuation of a first, arranged in the laser spark plug cooling channel, and a second cooling channel, which is defined for example in a different sector of the interior of the laser spark plug, as the first cooling channel.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine angegeben, wobei die Laserzündeinrichtung mindestens eine erfindungsgemäße Laserzündkerze und Mittel zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze mit einem Kühlfluid, insbesondere Luft, aufweist.As a further solution of the object of the present invention, a laser ignition device for an internal combustion engine is specified, wherein the laser ignition device comprises at least one laser spark plug according to the invention and means for supplying the at least one laser spark plug with a cooling fluid, in particular air.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mittel zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze mit einem Kühlfluid eine Gebläseeinrichtung und Verteilermittel zur Verteilung eines mittels der Gebläseeinrichtung erzeugten Kühlluftsroms auf mindestens eine Laserzündkerze aufweisen. Optional können auch Mittel zur Konditionierung des Kühlfluids vorgesehen sein, die beispielsweise Umgebungsluft als Kühlfluid aufnehmen und die aufgenommene Umgebungsluft zunächst temperieren (vorheizen oder insbesondere kühlen), bevor an die Laserzündkerze(n) weitergeleitet wird.In a further advantageous embodiment, it is provided that the means for supplying the at least one laser spark plug with a cooling fluid have a blower device and distributor means for distributing a cooling air flow generated by the blower device to at least one laser spark plug. Optionally, it is also possible to provide means for conditioning the cooling fluid which, for example, absorb ambient air as cooling fluid and initially temper (preheat or, in particular, cool) the recorded ambient air before it is forwarded to the laser spark plug (s).

Weitere Vorteile und 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 der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages and features and details emerge from the following description in which, with reference to the drawing, various embodiments of the invention are shown. The features mentioned in the claims and the description may be essential to the invention, either individually or in any desired combination.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze, 1 schematically a first embodiment of a laser spark plug according to the invention,

2 schematisch eine Laserzündkerze gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Einbaulage in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, 2 1 schematically shows a laser spark plug according to a further embodiment of the invention in an installed position in a cylinder head of an internal combustion engine,

3 schematisch eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und 3 schematically a cross-sectional view of another embodiment of a laser spark plug according to the invention, and

4 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündeinrichtung. 4 schematically an embodiment of a laser ignition device according to the invention.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Laserzündkerze 100, welche ein Gehäuse 102 aufweist. Die Laserzündkerze 100 verfügt in an sich bekannter Weise über Mittel L zur Erzeugung beziehungsweise Verstärkung von Laserstrahlung. Von der Laserzündkerze 100 in an sich bekannter Weise erzeugte Laserzündimpulse sind in 1 durch den mit dem Bezugszeichen LZ bezeichneten gestrichelten Blockpfeil symbolisiert und werden durch ein nicht bezeichnetes Brennraumfenster aus dem Innenraum IR der Laserzündkerze 100 in einen Außenraum AR, beispielsweise den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgestrahlt. 1 schematically shows a first embodiment of a laser spark plug 100 which a housing 102 having. The laser spark plug 100 has in a conventional manner via means L for generating or amplifying laser radiation. From the laser spark plug 100 in a conventional manner generated Laserzündimpulse are in 1 symbolized by the designated by the reference numeral LZ dashed block arrow and are by an unnamed combustion chamber window from the interior IR of the laser spark plug 100 in an outer space AR, for example, the combustion chamber of an internal combustion engine radiated.

Während des Betriebs der Mittel L zur Erzeugung der Laserzündimpulse LZ entstehende Abwärme muss aus dem Innenraum IR der Laserzündkerze 100 zuverlässig abgeführt werden, um eine größtmögliche Lebensdauer und einen effizienten Betrieb der Laserzündkerze 100 zu gewährleisten.During the operation of the means L for generating the laser ignition pulses LZ resulting waste heat must from the interior IR of the laser spark plug 100 be dissipated reliably to ensure the longest possible service life and efficient operation of the laser spark plug 100 to ensure.

Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 daher eine Kühleinrichtung 110 auf, welche mindestens ein Wärmerohr 112 besitzt. Das Wärmerohr 112 ist wie aus 1 ersichtlich bevorzugt so angeordnet, dass seine Längsachse 112a einen Winkel von etwa ≤ 30° mit einer Längsachse 100a der Laserzündkerze 100 beziehungsweise ihres Gehäuses 102 einschließt, wodurch ein effizienter Wärmetransport weg von der Laserquelle L in axialer Richtung möglich ist, beispielsweise zu einem brennraumabgewandten Endbereich 100' der Laserzündkerze 100. Vorliegend sind in dem brennraumabgewandten Endbereich 100' der Laserzündkerze 100 weitere Kühlmittel beziehungsweise Wärmetauschermittel 111 vorgesehen, die ebenso wie die Laserquelle L in thermischem Kontakt zu dem Wärmerohr 112 stehen und eine Entwärmung des heißen Endes des Wärmerohrs beispielsweise durch Konvektion oder eine sekundäre Kühlung und dergleichen ermöglichen.According to the invention, the laser spark plug 100 therefore a cooling device 110 on which at least one heat pipe 112 has. The heat pipe 112 is like out 1 can be seen preferably arranged so that its longitudinal axis 112a an angle of about ≤ 30 ° with a longitudinal axis 100a the laser spark plug 100 or their housing 102 includes, whereby an efficient heat transfer away from the laser source L in the axial direction is possible, for example, to a combustion chamber facing away end 100 ' the laser spark plug 100 , In the present case are in the combustion chamber facing away end 100 ' the laser spark plug 100 further coolant or heat exchanger means 111 provided, as well as the laser source L in thermal contact with the heat pipe 112 and allow a heat dissipation of the hot end of the heat pipe, for example, by convection or a secondary cooling and the like.

Besonders bevorzugt ist das Wärmerohr 112 im Wesentlichen etwa koaxial zu dem Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 angeordnet, so dass sich eine besonders kleinbauende Konfiguration ergibt.Particularly preferred is the heat pipe 112 substantially coaxial with the housing 102 the laser spark plug 100 arranged so that there is a particularly small-sized configuration.

Das Wärmerohr 112 gemäß 1 ist in an sich bekannter Weise mit einer bei Arbeitstemperatur beziehungsweise Nenntemperatur leicht verdampfenden Flüssigkeit gefüllt, die an der heißen Seite des Wärmerohrs 112, welche sich gemäß 1 links befindet, also in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle (Lasereinrichtung L), verdampft wird und auf der kalten Seite (in 1 rechts) wieder kondensiert. Durch die Nutzung von Verdampfung und Kondensation hat das Wärmerohr 112 eine um ein Vielfaches größere Wärmeleitfähigkeit als ein Festkörper. Dadurch sorgt das Wärmerohr 112 vorteilhaft dafür, dass die Wärme der Laserkomponenten L der Laserzündkerze 100 gleichmäßig auf die Mittel zur Entwärmung 111 verteilt wird. The heat pipe 112 according to 1 is filled in a conventional manner with a liquid at operating temperature or nominal temperature easily evaporating liquid on the hot side of the heat pipe 112 , which according to 1 is left, ie in thermal contact with the heat source (laser device L), is evaporated and on the cold side (in 1 right) condenses again. By using evaporation and condensation, the heat pipe has 112 a much greater thermal conductivity than a solid. This ensures the heat pipe 112 advantageous for the fact that the heat of the laser components L of the laser spark plug 100 evenly on the means of heat dissipation 111 is distributed.

Alternativ zu der Vorsehung eines einzigen Wärmerohrs können auch zwei oder mehr Wärmerohre in beziehungsweise an der Laserzündkerze 100 vorgesehen sein. Ebenso ist es nicht notwendig, das Wärmerohr 112 vollständig innerhalb des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 zu führen, sondern eine externe Anordnung beziehungsweise Durchführung des Wärmerohrs 112 durch das Gehäuse 102 ist ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann das Wärmerohr 112 auch teilweise über das brennraumabgewandte Ende 100‘ der Laserzündkerze hinausragen und dort mit geeigneten Wärmetauschermitteln (z.B. Kühlkörper) gekühlt werden.As an alternative to the provision of a single heat pipe, it is also possible for two or more heat pipes to be in or on the laser spark plug 100 be provided. Likewise, it is not necessary the heat pipe 112 completely inside the case 102 the laser spark plug 100 to lead, but an external arrangement or implementation of the heat pipe 112 through the housing 102 is also possible. For example, the heat pipe 112 also partially over the combustion chamber opposite end 100 ' protrude the laser spark plug and cooled there with suitable heat exchange means (eg heatsink).

2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze 100 in Einbaulage in einem Zylinderkopf ZK einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines stationären Gasmotors. Die Laserzündkerze 100 verfügt über einen Pumplaser 120 (z.B. ausgebildet als Diodenlaser), der Laserstrahlung zum optischen Pumpen eines laseraktiven Festkörpers 122 bereitstellt. Mittels dieser Laserkomponenten 120, 122 können in an sich bekannter Weise energiereiche Laserimpulse, also Laserzündimpulse, für die Brennkraftmaschine erzeugt und in den Brennraum BR abgestrahlt werden. 2 shows a further embodiment of a laser spark plug according to the invention 100 in installation position in a cylinder head ZK an internal combustion engine, such as a stationary gas engine. The laser spark plug 100 has a pump laser 120 (For example, designed as a diode laser), the laser radiation for optically pumping a laser-active solid 122 provides. By means of these laser components 120 . 122 can be generated in a conventional manner high-energy laser pulses, so Laserzündimpulse for the internal combustion engine and radiated into the combustion chamber BR.

Die hierbei anfallende Wärme ist in 2 durch die Pfeile w2 (Wärmeeintrag durch laseraktiven Festkörper 122) und w3 (Wärmeeintrag durch Pumplaser 120) angedeutet. Weitere Wärmeeinträge in die Laserzündkerze 100 ergeben sich durch die Erhitzung der Laserzündkerze 100 aufgrund ihres Kontakts zu dem Zylinderkopf ZK (vergleiche Wärmeeintrag w1).The resulting heat is in 2 through the arrows w2 (heat input by laser-active solid 122 ) and w3 (heat input by pump laser 120 ) indicated. Further heat input into the laser spark plug 100 result from the heating of the laser spark plug 100 due to its contact with the cylinder head ZK (compare heat input w1).

Die in die Laserzündkerze 100 eingetragene beziehungsweise in ihr erzeugte Wärme w1, w2, w3 wird wie aus 2 ersichtlich zumindest teilweise durch einen Kühlblock 118, der vorzugsweise Bestandteil der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 110 ist, aufgenommen und an das thermisch mit dem Kühlblock 118 verbundene Wärmerohr 112 weitergeleitet (Pfeil w4). Auf diese Weise gelingt ein effizienter Transport der betreffenden Wärmemenge innerhalb des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 in axialer Richtung in 2 nach rechts, das heißt hin zu einem brennraumabgewandten, üblicherweise kühleren Ende 100‘ der Laserzündkerze 100. In dem brennraumabgewandten Bereich 100‘ der Laserzündkerze 100 ist dem Wärmerohr 112 mindestens ein Kühlkörper 116 zugeordnet und wenigstens thermisch mit diesem verbunden.The in the laser spark plug 100 registered or generated in her heat w1, w2, w3 is like 2 at least partially visible through a cooling block 118 , which is preferably part of the cooling device according to the invention 110 is, absorbed and thermally connected to the cooling block 118 connected heat pipe 112 forwarded (arrow w4). In this way, an efficient transport of the relevant amount of heat within the housing succeeds 102 the laser spark plug 100 in the axial direction in 2 to the right, that is, towards a combustion chamber facing away, usually cooler end 100 ' the laser spark plug 100 , In the combustion chamber remote area 100 ' the laser spark plug 100 is the heat pipe 112 at least one heat sink 116 associated and at least thermally connected thereto.

Bei dem Kühlkörper 116 kann es sich beispielsweise um einen Radialkühlkörper handeln, der thermisch gut leitend mit dem Wärmerohr 112 verbunden ist. Wie aus 2 ersichtlich ergibt sich ein entsprechender Wärmefluss aus dem Wärmerohr 112 in den Kühlkörper 116, vergleich die nicht näher bezeichneten Pfeile.At the heat sink 116 it may be, for example, a radial heat sink, the thermally well conductive with the heat pipe 112 connected is. How out 2 it can be seen that a corresponding heat flow from the heat pipe 112 in the heat sink 116 , compare the unspecified arrows.

Eine Entwärmung des Kühlkörpers 116 erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft durch die Einbringung von Luft L oder von einem anderen gasförmigen Kühlmittel in dem in 2 rechts abgebildeten brennraumabgewandten Endbereich 100‘ der Laserzündkerze 100. Die Kühlluft L wird wie aus 2 ersichtlich in axialer Richtung von rechts nach links in das Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 eingeblasen. Besonders vorteilhaft ist der Kühlkörper 116 relativ zu dem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt 102a so angeordnet, dass er in einem Kühlkanal 114 liegt, der definiert ist durch den ebenfalls im Wesentlichen hülsenförmigen Zwischenraum zwischen dem Wärmerohr 112 und der Innenwand 102a' des hülsenförmigen Bereichs 102a des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100. A heat dissipation of the heat sink 116 takes place according to the invention advantageously by the introduction of air L or another gaseous coolant in the in 2 on the right side of the combustion chamber facing away end region 100 ' the laser spark plug 100 , The cooling air L will look like 2 apparent in the axial direction from right to left in the housing 102 the laser spark plug 100 blown. Particularly advantageous is the heat sink 116 relative to the sleeve-shaped housing portion 102 arranged so that it is in a cooling channel 114 which is defined by the likewise substantially sleeve-shaped intermediate space between the heat pipe 112 and the inner wall 102a ' of the sleeve-shaped area 102 of the housing 102 the laser spark plug 100 ,

Die Kühlluft L tritt durch den Kühlkanal 114 hindurch und nimmt dabei Wärme von dem Kühlkörper 116 auf. Während der Kühlkanal 114 in dem brennraumabgewandten Endbereich 114a‘ des Kühlkanals 114 bevorzugt über eine axial ausgerichtete Eingangsöffnung 114a zur Aufnahme der Kühlluft L verfügt, verfügt der Kühlkanal 114 in seinem brennraumzugewandten Endbereich 114b' bevorzugt über mindestens eine radial ausgerichtete Ausgangsöffnung 114b, die bewirkt, dass die durch den Kühlkanal 114 hindurchgetretene und dabei durch den Kühlkörper 116 erwärmte Kühlluft aus dem Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 in den Zwischenraum des Kerzenschachts, das heißt zwischen die Komponenten 100, ZK austritt. Dabei erfährt die Kühlluft L eine Richtungsumlenkung, vergleiche die Blockpfeile L' und wird in 2 in dem Kerzenschacht weiter nach rechts abgeführt, vergleiche die Blockpfeile L'', um beispielsweise in dem brennraumabgewandten Endbereich 100‘ der Laserzündkerze 100 in die Umgebung auszutreten.The cooling air L passes through the cooling channel 114 while taking heat from the heat sink 116 on. While the cooling channel 114 in the combustion chamber facing away end 114a ' of the cooling channel 114 preferably via an axially aligned inlet opening 114a for receiving the cooling air L, has the cooling channel 114 in his combustion chamber facing end 114b ' preferably via at least one radially aligned outlet opening 114b that causes through the cooling channel 114 passed through while the heat sink 116 heated cooling air from the housing 102 the laser spark plug 100 into the gap of the candle shaft, that is between the components 100 , ZK exits. In this case, the cooling air L undergoes a directional deflection, compare the block arrows L 'and is in 2 in the plug shaft further led away to the right, compare the block arrows L '', for example, in the combustion chamber end facing away 100 ' the laser spark plug 100 to leave the area.

Die erfindungsgemäße Konfiguration des Kühlkanals 114 ermöglicht demnach vorteilhaft eine effiziente Entwärmung der Kühlkörper 116 und gleichzeitig eine effiziente Entsorgung der erwärmten Kühlluft L' aus dem Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 heraus. Der Bereich des Kerzenschachts zwischen dem Abschnitt 102a und dem Zylinderkopf ZK fungiert dabei gleichsam als Fortsetzung des Kühlkanals 114.The inventive configuration of the cooling channel 114 thus advantageously allows efficient cooling of the heat sink 116 and at the same time an efficient disposal of the heated cooling air L 'from the housing 102 the laser spark plug 100 out. The area of the candle shaft between the section 102 and the cylinder head ZK acts as a continuation of the cooling channel 114 ,

Durch den Einsatz des Wärmerohrs 112 kann trotz der an sich ungünstigen Grundgeometrie für eine Wärmeleitung in axialer Richtung (rechts/links in 2) ein effizienter Wärmeabtransport weg von den Lasereinrichtungen 120, 122 und hin zu dem Kühlkörper 116 erfolgen. In Kombination mit dem im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Kühlkanal 114 kann somit die unerwünscht in die Laserzündkerze 100 eingetragene beziehungsweise in ihr erzeugte Abwärme effizient wieder herausgeführt werden, nämlich in Form des Kühlluftstroms L, L', L''.Through the use of the heat pipe 112 can despite the unfavorable basic geometry for heat conduction in the axial direction (right / left in 2 ) an efficient heat removal away from the laser devices 120 . 122 and to the heat sink 116 respectively. In combination with the substantially sleeve-shaped cooling channel 114 can thus be undesirable in the laser spark plug 100 registered or generated in their waste heat can be efficiently led out again, namely in the form of the cooling air flow L, L ', L''.

Ein besonders effizienter axialer Wärmetransport zu dem brennraumabgewandten Bereich 100‘ der Laserzündkerze 100 hin ergibt sich einer bevorzugten Ausführungsform zufolge dann, wenn die Länge l2 des Wärmerohrs 112 in axialer Richtung der Laserzündkerze 100 mindestens etwa 20%, vorzugsweise mindestens etwa 30%, der Gesamtlänge l1 des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 beträgt.A particularly efficient axial heat transfer to the region facing away from the combustion chamber 100 ' the laser spark plug 100 According to a preferred embodiment, then, if the length l2 of the heat pipe 112 in the axial direction of the laser spark plug 100 at least about 20%, preferably at least about 30%, of the total length l1 of the housing 102 the laser spark plug 100 is.

Besonders bevorzugt erstreckt sich das Wärmerohr 112 bei noch einer weiteren Ausführungsform in axialer Richtung der Laserzündkerze 100 über mehr als etwa 50% der Gesamtlänge des Gehäuses der Laserzündkerze 100.Particularly preferably, the heat pipe extends 112 in yet another embodiment in the axial direction of the laser spark plug 100 over more than about 50% of the total length of the housing of the laser spark plug 100 ,

Der Kühlkörper 116 kann wie bereits beschrieben vorteilhaft kostengünstig als Strangpressprofil ausgeführt werden, wobei das Profil beispielsweise sternförmig, sternförmig mit Verzweigungen oder auch wabenförmig (zur Vergrößerung der Oberfläche) oder auch andersartig ausgeführt werden kann. Auch können Metallgeflechte beziehungsweise poröse wärmeleitfähige Strukturen bzw. Materialien zur Wärmeleitung eingesetzt werden.The heat sink 116 can be advantageously carried out inexpensively as extruded profile as already described, wherein the profile can be performed, for example, star-shaped, star-shaped with branches or honeycomb (to increase the surface area) or otherwise. Metal braids or porous thermally conductive structures or materials for heat conduction can also be used.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Wärmerohr 112 beziehungsweise mindestens ein Wärmerohr auch so ausgebildet und angeordnet werden, dass es über den in 2 rechts abgebildeten brennraumabgewandten Endbereich 100‘ des Gehäuses 100 hinausragt, so dass das hinausragende Ende beispielsweise mittels eines daran angeordneten Kühlkörpers (nicht gezeigt), der extern zu dem Gehäuse 102 angeordnet ist, über Konvektionskühlung gekühlt werden kann.In a further advantageous embodiment, the heat pipe 112 or at least one heat pipe also be designed and arranged so that it over the in 2 on the right side of the combustion chamber facing away end region 100 ' of the housing 100 protrudes, so that the projecting end, for example, by means of a heat sink disposed thereon (not shown), which is external to the housing 102 is arranged, can be cooled by convection cooling.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann im Bereich des Kühlblocks 118 ein elektrischer Anschluss 130 angeordnet sein, und ein entsprechendes Anschlusskabel 132 kann innerhalb des Kühlkanals 114 zu dem brennraumabgewandten Endbereich 100‘ der Laserzündkerze 100 und damit zu einem elektrischen Anschluss der Laserzündkerze 100 (nicht gezeigt) geführt werden. Es ist ferner denkbar, dass der Kühlkörper 116 Aussparungen zur Aufnahme des Kabels 132 sowie gegebenenfalls erforderlicher weiterer Kabel (elektrisch, optisch) aufweist, so dass der Kühlkörper 114 neben der an sich bekannten beziehungsweise beschriebenen Entwärmung gleichzeitig zur mechanischen Halterung der Kabel beziehungsweise zu ihrer Fixierung und/oder ihrem Schutz dient.In a further advantageous embodiment, in the region of the cooling block 118 an electrical connection 130 be arranged, and a corresponding connection cable 132 can be inside the cooling channel 114 to the combustion chamber facing away end 100 ' the laser spark plug 100 and thus to an electrical connection of the laser spark plug 100 (not shown). It is also conceivable that the heat sink 116 Recesses for receiving the cable 132 and optionally required further cable (electrical, optical), so that the heat sink 114 in addition to the known or described cooling simultaneously for mechanical retention of the cable or for their fixation and / or their protection is used.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Laserzündkerze 100 ermöglicht besonders vorteilhaft eine Luftkühlung unter Vermeidung entsprechender Risiken herkömmlicher Flüssigkeitskühlungen (Wasserschlag, Korrosion) und kann aufgrund der Verwendung des Wärmerohrs 112 dennoch eine effiziente Entwärmung der Komponenten 120, 122, IR der Laserzündkerze 100 sicherstellen.The inventive design of the laser spark plug 100 allows particularly advantageous air cooling while avoiding the corresponding risks of conventional liquid cooling (water hammer, corrosion) and may due to the use of the heat pipe 112 nevertheless an efficient heat dissipation of the components 120 . 122 , IR of the laser spark plug 100 to ensure.

Das Gehäuserohr 102a der Laserzündkerze 100 dient vorteilhaft unter anderem zur Trennung von zu- und abströmender Luft L, L'', kann darüberhinaus auch zur mechanischen Halterung der Kühlkörper 116 beziehungsweise des Kühlblocks 118 dienen. Gleichzeitig schützt das Gehäuse 102a die elektrischen Anschlüsse 130 und das Kabel 132 und kann ferner auch zur Übertragung des Drehmoments (Anzugsmoment) für das Herein- beziehungsweise Herausschrauben der Laserzündkerze 100 in bzw. aus dem Zylinderkopf ZK dienen. The housing tube 102 the laser spark plug 100 is advantageous among other things for the separation of incoming and outgoing air L, L '', in addition also for mechanical mounting of the heat sink 116 or the cooling block 118 serve. At the same time the housing protects 102 the electrical connections 130 and the cable 132 and may also for transmitting the torque (tightening torque) for screwing in or unscrewing the laser spark plug 100 serve in or out of the cylinder head ZK.

Gegenüber herkömmlichen wassergekühlten Laserzündkerzen besitzt die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 den Vorteil, dass keine Gefahr einer möglichen Leckage des Kühlkreislaufs besteht, weil das Wärmerohr 112 einen abgeschlossenen Kühlkreislauf darstellt, der keine Fluidschnittstelle erfordert. Ferner ist die Laserzündkerze 100 sehr kostengünstig herstellbar, da der erfindungsgemäße Kühlkanal 114 und das Wärmerohr 112 eine verhältnismäßig wenig komplexe Konfiguration erfordern. Insbesondere sind aufgrund der Kombination von Wärmerohr 112 und Luftkühlung keine flüssigkeitsführenden Leitungen- beziehungsweise Anschlüsse notwendig.Compared with conventional water-cooled laser spark plugs, the laser spark plug according to the invention has 100 the advantage that there is no risk of possible leakage of the cooling circuit, because the heat pipe 112 represents a closed cooling circuit that does not require a fluid interface. Furthermore, the laser spark plug is 100 very inexpensive to produce, since the cooling channel according to the invention 114 and the heat pipe 112 require a relatively less complex configuration. In particular, due to the combination of heat pipe 112 and air cooling no liquid-carrying lines or connections necessary.

Gegenüber solchen Systemen, welche eine Kühlung der Laserzündkerze 100 durch einen Kontakt zum Zylinderkopf 200 bewirken, kann bei der vorliegenden Erfindung das Temperaturniveau der Kühlluft L wesentlich niedriger sein, so dass vorteilhaft auf Peltierelemente oder sonstige Maßnahmen zur Herabsetzung der Kühltemperatur verzichtet werden kann. Darüber hinaus baut die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 gegenüber bekannten luftgekühlten Systemen extrem klein, weil sich das Wärmerohr 112 innerhalb des Gehäuses 102 befindet. Ferner ist auch der Wärmetauscher, also Kühlkörper 116 sowie der Kühlkanal 114 innerhalb des Zündkerzengehäuses 102 angeordnet.Compared to such systems which require cooling of the laser spark plug 100 through contact with the cylinder head 200 effect, in the present invention, the temperature level of the cooling air L may be much lower, so that can be advantageously dispensed with Peltier elements or other measures to reduce the cooling temperature. In addition, the laser spark plug according to the invention builds 100 compared to known air-cooled systems extremely small, because the heat pipe 112 inside the case 102 located. Furthermore, the heat exchanger, ie heat sink 116 such as the cooling channel 114 inside the spark plug housing 102 arranged.

3 zeigt schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schnittebene in dem brennraumabgewandten Bereich 100‘ liegt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Innenraum des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 in zwei voneinander getrennte Abschnitte bzw. Sektoren 1140, 1142 geteilt, die jeweils einen Kühlkanal darstellen. Dem ersten Sektor 1140 ist die Eingangsöffnung 114a zugeordnet, die wie bereits beschrieben mit Kühlluft beaufschlagbar ist. Die in die Eingangsöffnung 114a in die Zeichenebene der 3 hinein eingeleitete Kühlluft passiert den Kühlkörper 116 und kann durch eine nicht gezeigt Öffnung in der Trennwand 1144, die bevorzugt im Bereich des Kühlblocks 118 liegt, von dem ersten Sektor 1140 in den zweiten Sektor 1142 wechseln, der die Kühlluft in Richtung aus der Zeichenebene der 3 heraus zu der Ausgangsöffnung 114c führt, die sich im brennraumabgewandten Endbereich 100‘ befindet. Bei dieser Konfiguration der Laserzündkerze erfolgt also sowohl der Hintransport von frischer Kühlluft auf den Kühlblock 118 zu (an dem Kühlköper 116 entlang) als auch der Rücktransport von erwärmeter Kühlluft von dem Kühlblock 118 zu dem brennraumabgewandten Endbereich 100‘ hin innerhalb des Gehäuses 102. 3 schematically shows a cross section of a further embodiment of the invention, wherein the cutting plane in the region away from the combustion chamber 100 ' lies. In this embodiment, an interior of the housing 102 the laser spark plug 100 into two separate sections or sectors 1140 . 1142 divided, each representing a cooling channel. The first sector 1140 is the entrance opening 114a assigned, which can be acted upon as already described with cooling air. The in the entrance opening 114a into the drawing plane of 3 introduced cooling air passes through the heat sink 116 and can pass through an opening in the bulkhead, not shown 1144 which are preferred in the area of the cooling block 118 is from the first sector 1140 in the second sector 1142 Change the cooling air in the direction of the drawing plane 3 out to the exit opening 114c leads, which are in the combustion chamber facing away end 100 ' located. In this configuration, the laser spark plug thus takes place both the forward transport of fresh cooling air to the cooling block 118 to (on the heat sink 116 along) as well as the return transport of heated cooling air from the cooling block 118 to the combustion chamber facing away end 100 ' out inside the case 102 ,

Optional kann ein mit dem Wärmerohr 112 verbundener Kühlkörper, z.B. Element 116, auch in den zweiten Sektor 1142 hineinragen. Mehr als zwei Sektoren 1140, 1142 zur Ausbildung von Kühlkanälen sind ebenfalls denkbar, ebenso wie eine Kombination der Variante nach 3 mit der Ausführungsform nach 2, bei der erwärmte Kühlluft sowohl über einen gehäuseinternen „Rückkanal“ 1142 als auch über den Ringraum zwischen Laserzündkerze 100 und Kerzenschacht abführbar ist.Optionally, one with the heat pipe 112 connected heat sink, eg element 116 , also in the second sector 1142 protrude. More than two sectors 1140 . 1142 for the formation of cooling channels are also conceivable, as well as a combination of the variant 3 with the embodiment according to 2 , in the heated cooling air via both an internal "return channel" 1142 as well as over the annulus between laser spark plug 100 and candle shaft is dischargeable.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Peltierelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein, das zur Kühlung der Komponenten 118, 120, 122 einsetzbar ist. Es ist bevorzugt zwischen den Komponenten 118, 120 angeordnet, so dass seine Abwärme wiederum effizient durch das Wärmerohr 112 und den Kühlkanal 114 abgeleitet werden kann. Eine Elektronik zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Peltierelements kann, muss aber nicht, vorteilhaft komplett in das Gehäuse 102 integriert sein und z.B. über das Kabel 132 mit elektrischer Energie bzw. Steuersignalen versorgt werden.In another embodiment, a Peltier element (not shown) may be provided for cooling the components 118 . 120 . 122 can be used. It is preferred between the components 118 . 120 arranged so that its waste heat in turn efficiently through the heat pipe 112 and the cooling channel 114 can be derived. An electronic system for controlling and / or regulating the operation of the Peltier element may, but need not, be advantageous completely in the housing 102 be integrated and eg over the cable 132 be supplied with electrical energy or control signals.

4 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 300 mit einer Laserzündeinrichtung 200, wobei die Laserzündeinrichtung 200 mindestens eine erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 und Mittel 210 zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze 100 mit einem Kühlfluid, insbesondere Luft, aufweist. Die Mittel 210 zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze 100 mit einem Kühlfluid weisen eine Gebläseeinrichtung 216 und Verteilermittel 214a, 214b (z.B. Schläuche) zur Verteilung eines mittels der Gebläseeinrichtung 216 erzeugten Kühlluftsroms auf mindestens eine Laserzündkerze 100 auf. 4 schematically shows an internal combustion engine 300 with a laser ignition device 200 , wherein the laser ignition device 200 at least one laser spark plug according to the invention 100 and means 210 for supplying the at least one laser spark plug 100 with a cooling fluid, in particular air. The means 210 for supplying the at least one laser spark plug 100 with a cooling fluid have a blower device 216 and distribution means 214a . 214b (eg hoses) for distribution by means of the blower device 216 generated cooling air flow to at least one laser spark plug 100 on.

Alternativ hierzu kann ein (Klein-)Gebläse (nicht gezeigt) auch direkt in die Laserzündkerze 100 integriert werden.Alternatively, a (small) blower (not shown) may also be inserted directly into the laser spark plug 100 to get integrated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2005/028856 A1 [0002]

Claims

Laser spark plug ( 100 ) for an internal combustion engine ( 300 ) characterized by at least one heat pipe ( 112 ) having cooling device ( 110 ).

Laser spark plug ( 100 ) according to claim 1, wherein the heat pipe ( 112 ) is arranged so that its longitudinal axis ( 112a ) an angle of approximately less than 30 ° with a longitudinal axis ( 100a ) of the laser spark plug ( 100 ).

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat pipe ( 112 ) at least partially within a housing ( 102 ) of the laser spark plug ( 100 ), and wherein in the housing ( 102 ) a cooling channel ( 114 ) is formed for passing a cooling fluid, in particular air (L).

Laser spark plug ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the cooling device ( 110 ) at least one with the heat pipe ( 112 ) thermally connected heat sink ( 116 ), wherein the heat sink ( 116 ) preferably at least partially in one or the cooling channel ( 114 ) is arranged

Laser spark plug ( 100 ) according to one of claims 3 to 4, wherein the housing ( 102 ) at least partially a substantially sleeve-shaped housing portion ( 102 ) and wherein the cooling channel ( 114 ) between an inner wall ( 102a ' ) of the substantially sleeve-shaped housing portion ( 102 ) and the heat pipe ( 112 ), wherein the cooling channel ( 114 ) preferably has a substantially sleeve-shaped geometry.

Laser spark plug ( 100 ) according to any one of the preceding claims, wherein the heat pipe ( 112 ) in the axial direction of the laser spark plug ( 100 ) over at least 20 percent, but preferably over at least 30 percent, more preferably over at least 50 percent, of a total length (l1) of the housing ( 102 ) of the laser spark plug ( 100 ).

Laser spark plug ( 100 ) according to one of claims 3 to 6, wherein the cooling channel ( 114 ) at least one entrance opening ( 114a ) for introducing a cooling fluid, in particular air, which in a combustion chamber averted end region ( 114a ' ) of the cooling channel ( 114 ), and wherein the cooling channel ( 114 ) at least one exit opening ( 114b ) for discharging through the cooling channel ( 114 ) guided cooling fluid, which in a combustion chamber facing end region ( 114b ' ) of the cooling channel ( 114 ) is arranged.

Laser spark plug ( 100 ) according to claim 7, wherein the entrance opening ( 114a ) in the axial direction with respect to the longitudinal axis of the laser spark plug ( 100 ), and wherein the exit opening ( 114b ) in the radial direction.

Laser ignition device ( 200 ) for an internal combustion engine ( 300 ), wherein the laser ignition device ( 200 ) at least one laser spark plug ( 100 ) according to any one of the preceding claims and means ( 210 ) for supplying the at least one laser spark plug ( 100 ) with a cooling fluid, in particular air.

Laser ignition device ( 200 ) according to claim 9, wherein the means ( 210 ) for supplying the at least one laser spark plug ( 100 ) with a cooling fluid a blower device ( 216 ) and distribution means ( 214a . 214b ) for distributing one by means of the blower device ( 216 ) generated cooling air stream on at least one laser spark plug ( 100 ) exhibit.