JP2013538964A - レーザ点火プラグに用いられる冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ点火プラグ（２００）に用いられる冷却装置（１００）に関する。冷却装置（１００）は、該冷却装置（１００）が、半径方向内側の第１の接触範囲（１１０）を有しており、該第１の接触範囲（１１０）が、半径方向内側の少なくとも１つの第１の接触表面（１１２）によってレーザ点火プラグ（２００）のハウジング（２０２）との熱接触状態を作り出すために形成されており、冷却装置（１００）が、半径方向外側の第２の接触範囲（１２０）を有しており、該第２の接触範囲（１２０）が、半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面（１２２）によってヒートシンク（３００）、特にレーザ点火プラグ（２００）を収容する点火プラグホールの内壁との熱接触状態を作り出すために形成されており、第１の接触範囲（１１０）と第２の接触範囲（１２０）との間の熱接触状態を作り出すために形成された接続手段（１３０）が設けられており、冷却装置（１００）が、少なくとも部分的に弾性的に形成されており、これによって、少なくとも第１の接触表面（１１２）と第２の接触表面（１２２）との間でのほぼ半径方向（Ｒ）への相対運動が可能であることによって特徴づけられている。

Description

本発明は、特に内燃機関のレーザ点火プラグに用いられる冷却装置に関する。

さらに、本発明は、特に内燃機関のレーザ点火プラグに関する。

背景技術
欧州特許出願公開第１５１９０３８号明細書に基づき、レーザ点火プラグの冷却システムが公知である。この公知の冷却システムでは、冷却循環路内で循環する流体による強制冷却が実現される。この冷却原理には、極めて多大な製造技術的な手間も、組付け時の高い精度も必要となる。その上、公知の冷却システムには、比較的大きな組付けスペースが必要となる。

発明の開示
公知先行技術に相俟って、本発明の課題は、比較的少ない構造上の手間を必要とし、簡単に組み付けることができ、その上、少ない組付けスペースを伴った状況でも使用することができる、レーザ点火プラグに用いられる冷却装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明に係る冷却装置によれば、該第１の接触範囲が、半径方向内側の少なくとも１つの第１の接触表面によってレーザ点火プラグのハウジングとの熱接触状態を作り出すために形成されており、冷却装置が、半径方向外側の第２の接触範囲を有しており、該第２の接触範囲が、半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面によってヒートシンク、特にレーザ点火プラグを収容する点火プラグホールの内壁との熱接触状態を作り出すために形成されており、第１の接触範囲と第２の接触範囲との間の熱接触状態を作り出すために形成された接続手段が設けられており、冷却装置が、少なくとも部分的に弾性的に形成されており、これによって、少なくとも第１の接触表面と第２の接触表面との間でのほぼ半径方向への相対運動が可能である。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、第１の接触範囲が、少なくとも部分的にほぼ中空円筒形のまたは円錐形の基本形状を有している。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、第２の接触範囲の半径方向外側の接触表面が、第１の接触範囲の半径方向内側の接触表面以上の大きさに形成されている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、第１の接触範囲と、第２の接触範囲と、接続手段とが、同種の、有利には高熱伝導性の材料、特に銅または銅合金から、有利には一体に形成されている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、第２の接触範囲の半径方向内側の表面が、半径方向に少なくとも部分的に作用するばね手段を有しており、該ばね手段が、第２の接触範囲をほぼ半径方向に第１の接触範囲に対して所定のばね力で押圧しかつ／または、冷却装置の組付け位置では、レーザ点火プラグのハウジングに対して所定のばね力で押圧するように形成されていると共に配置されている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、冷却装置が、少なくとも部分的にパッキン箱として形成されており、該パッキン箱のパッキンが、少なくとも部分的に第１の接触範囲および／または第２の接触範囲および／または接続手段を形成する弾性的な熱伝導性の材料から成っている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、冷却装置が、第１の接触範囲のほぼ軸方向に延びるスリットを有している。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面が、少なくとも部分的に、円柱の柱面にほぼ対応する表面形状を有している。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、半径方向外側の接触範囲が、一方の軸方向の端区分を有しており、該端区分は、その長手方向軸線がレーザ点火プラグの長手方向軸線に対して約２°〜約４５°の間の角度を成すように、半径方向内側に向けられている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、半径方向外側の接触範囲が、複数のアーム状のかつ／またはＵ字形の構造部を有しており、該構造部の長手方向軸線が、少なくとも点火プラグホール内でのレーザ点火プラグを取り囲む組付け位置で、該レーザ点火プラグの長手方向軸線に対してほぼ平行に延びている。

本発明に係る冷却装置の有利な態様によれば、第１の接触範囲が、熱的に互いに分離されて配置された少なくとも２つの部分範囲を有しており、第２の接触範囲が、断熱性の結合片を介して互いに結合された少なくとも２つの部分範囲を有しており、第１の接触範囲の第１の部分範囲が、第２の接触範囲の第１の部分範囲に第１の接続手段を介して接続されており、第１の接触範囲の第２の部分範囲が、第２の接触範囲の第２の部分範囲に第２の接続手段を介して接続されている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係るレーザ点火プラグによれば、該レーザ点火プラグが、本発明に係る少なくとも１つの冷却装置を備えており、該冷却装置が、レーザ点火プラグに解離可能にまたは解離不能に結合されている。

本発明に係るレーザ点火プラグの有利な態様によれば、レーザ点火プラグが、燃焼室に向けられた端範囲に、目標系、特にシリンダヘッド内に螺入するためのねじ山を有していて、燃焼室と反対の側の端範囲に、目標系に対してレーザ点火プラグを螺入・螺出するための連行異形部を有している。

本発明における原理によって、好ましくは、有利には高熱伝導性の材料から形成された接続手段による両接触範囲の間での効率のよい熱伝導が可能となる。また、両接触範囲を規定する材料も、有利には高熱伝導性である。

少なくとも半径方向に作用する弾性によって、有利には、特に効率のよい熱伝導接触状態を内側の接触表面および外側の接触表面の範囲に作り出すことが可能となり、これによって、レーザ点火プラグとヒートシンクとの間での熱伝導を損なう空隙の形成が大部分において回避される。

特に冷却装置の弾性によって、有利には、ほぼ半径方向に作用する押付け力が発生させられる。この押付け力によって、点火プラグホール内に配置されたレーザ点火プラグへの冷却装置の組付け位置において、接触範囲と、レーザ点火プラグおよびヒートシンクの、接触範囲に向かい合って位置する表面との間に良好な熱接触状態が作り出される。

「弾性」とは、本願において、少なくとも第１の接触表面と第２の接触表面との間でのほぼ半径方向への相対運動を可能にする特性を意味している。弾性は、冷却装置の構成に応じて、使用される材料（たとえば弾性的な熱伝導性のシリコーン）の相応の性質によって直接的に得ることができる。さらに、冷却装置の、前述した半径方向の力作用を可能にするあらゆる構成、特にばね機構を含む構成も、本発明の意味での「弾性的」と考えられる。この構成では、接触範囲がばね力を介して相応にほぼ半径方向に互いに押し離される。したがって、この構成では、「弾性」が、使用される材料の特性から主に規定されるのではなく、むしろ、構成によって得られるばね力作用を介して規定される。

有利な態様に従って、第１の接触範囲が、少なくとも部分的にほぼ中空円筒形の基本形状を有していると、半径方向内側の第１の接触表面の特に大きな表面積が得られる。この態様では、冷却装置が、レーザ点火プラグもしくはレーザ点火プラグのハウジングを組付け位置において同軸的に取り囲んでいる。これは、レーザ点火プラグのハウジングが円筒形に形成されている場合、円筒形に成形されたレーザ点火プラグハウジングの周壁面の、冷却装置の内側の接触表面により覆われた部分全体が、レーザ点火プラグからヒートシンクへの熱伝導のためにも有効であることを意味している。

類似して有利な大きな半径方向内側の接触表面積は、第１の接触範囲が、少なくとも部分的にほぼ（中空の）円錐形の基本形状を有していると得られる。これに相応して、レーザ点火プラグの、冷却装置と協働（相互作用）するハウジング区分も同じく円錐形に形成されていなければならない。円錐形の構成は、中空円筒形の構成に比べて、たとえばユニオンナットまたはばね機構を用いたレーザ点火プラグのハウジングに対する冷却装置の軸方向の緊締によって、半径方向内側の接触表面と、レーザ点火プラグハウジングの対応する表面範囲との密な面接触が可能になるという利点を有している。これによって、空隙形成のリスクが十分に減少させられる。

別の有利な態様では、第２の接触範囲の半径方向外側の接触表面が、第１の接触範囲の半径方向内側の接触表面以上の大きさに形成されていることが提案されている。これによって、場合により好ましくない熱伝達を第２の接触範囲とヒートシンクとの間で第１の接触範囲に比べて大きな面積により補償することができる。

特に有利には、第１の接触範囲と、第２の接触範囲と、接続手段とが、同種の材料、有利には高熱伝導性の材料、たとえば銅またはアルミニウムまたは銀またはこれらの金属の適切な合金から形成されている。また、このような材料から冷却装置もしくは冷却装置の構成要素を一体に形成することが有利である。択一的または補足的には、冷却装置が、両接触範囲を形成しかつ補足するかもしくは接続するためのヒートパイプ（「ｈｅａｔｐｉｐｅｓ」）を有していてもよい。

別の有利な態様では、第２の接触範囲の半径方向内側の表面が、半径方向に少なくとも部分的に作用するばね手段を有しており、このばね手段が、第２の接触範囲を第１の接触範囲に対して所定のばね力で押圧しかつ／または、冷却装置の組付け位置では、レーザ点火プラグのハウジングに対して所定のばね力で押圧するように形成されていると共に配置されていることが提案されている。これによって、冷却装置の本発明における弾性的な構成がさらにアシストされる。特にこの付加的なばね手段を設けることによって、有利には、本来の冷却装置（熱伝導性の接触範囲および接続手段）を形成するために高熱伝導性の材料、たとえば銅を使用することができるのに対して、付加的なばね手段には、要求されたばね特性に関して最適化された材料、たとえばばね鋼を使用することができる。この場合には、付加的なばね手段によって冷却装置の本発明における弾性に著しく影響が与えられるのと同時に、内側の接触範囲および外側の接触範囲と接続手段とを形成するための、熱伝導に最適化された材料が設けられている。この材料は、場合により、付加的なばね手段の材料ほど好ましくないばね特性を有している。

本発明に係る冷却装置の極めて有利な別の変化態様では、冷却装置が、少なくとも部分的にパッキン箱として形成されており、このパッキン箱のパッキンが、少なくとも部分的に第１の接触範囲および／または第２の接触範囲および／または接続手段を形成する弾性的な熱伝導性の材料から成っていることが提案されている。この場合には、パッキン箱の体積を規定するハウジングユニットの２つの端面を軸方向で緊締することによって、弾性的な熱伝導性の材料のはみ出しを自体公知の形式で発生させることができる。この材料は、軸方向での押圧の結果、レーザ点火プラグとヒートシンクとの、半径方向で向かい合って位置する表面範囲に接触させられる。

弾性的な熱伝導性の材料、たとえば熱伝導性のシリコーン、または金属編組、特に銅編組の使用の代わりに、自体高熱伝導性の材料、たとえば銅素線または銅編組と、弾性的な特性を有する付加的な材料とから成る材料混合物が使用されてもよい。

前述したパッキン箱の原理と、本発明により要求された弾性を提供する別の手段との組合せも可能である。この組合せでは、たとえば、本発明に係る冷却装置の軸方向の第１の区分がパッキン箱を有していて、本発明に係る冷却装置の軸方向の別の区分が、たとえば高熱伝導性の銅から成形された接触範囲もしくは接触表面を有している。

本発明の別の態様では、特に有利には、冷却装置が、スリットを備えていてよい。このスリットによって、内燃機関内に組み付けられたレーザ点火プラグへの冷却装置の追加的な組付けが可能となる。スリットは、有利には、レーザ点火プラグの長手方向に対して平行に延びていて、本発明に係る冷却装置を、レーザ点火プラグにレーザ光または制御信号を供給する１つまたはそれ以上のケーブルに嵌めることができる程度の幅に形成されている。次いで、冷却装置を軸方向の相対運動によってレーザ点火プラグに差し被せることができる。スリットを備えた中空円筒形の半径方向内側の接触範囲の使用時には、冷却装置の中空円筒体の内側半径が、有利には、レーザ点火プラグの対応するハウジング区分の外側半径よりもやや小さく選択され、これによって、半径方向内側の第１の接触表面の範囲での冷却装置の密な載着が達成される。

スリットは、円錐形にまたは別の形に形成された半径方向内側の第１の接触範囲の場合にも設けられていてよい。

半径方向外側の第２の接触範囲からヒートシンクへの特に良好な熱伝導を可能にするためには、半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面が、少なくとも部分的に、円柱の柱面にほぼ対応する表面形状を有している。このことは、内燃機関の範囲における組付け位置でレーザ点火プラグを収容する従来の（点火プラグ）ホールが、通常では円筒形の中空室を成しているので特に有利である。

本発明の更なる有利な態様に従って、半径方向外側の接触範囲が、一方の軸方向の端区分を有しており、この端区分は、その長手方向軸線がレーザ点火プラグの長手方向軸線に対して約２°〜約４５°の間の角度を成すように、半径方向内側に向けられていることにより、特に簡単な組付け、特に点火プラグホール内への冷却装置の押込みが可能となる。これは、半径方向外側の接触範囲の、冷却装置が最初に点火プラグホール内に押し込まれる軸方向の端区分が、有利には少なくとも僅かに半径方向内側の方向に折り曲げられており、これによって、より簡単な導入が可能となることを意味している。さらに、組付けは、たとえば丸み付けまたはこれに類することによる軸方向の端範囲の端面への適宜な形状付与によってアシストすることができる。

本発明に係る冷却装置の製造技術的に特に有利な態様は、半径方向外側の接触範囲が、複数のアーム状のかつ／またはＵ字形の構造部によって形成されていることにより特徴づけられている。この場合には、本発明に係る冷却装置を方形の金属薄板、たとえば銅薄板から特に簡単に製造することができる。たとえば、まず、方形の銅薄板から打抜き加工によって櫛状の構造体が形成され、次いで、この櫛状の構造体の個々のアーム（もしくは歯）が、設定可能な長さ区分を備えて、出発平面に対して平行に配置された１つの平面に位置しているように、銅薄板の出発平面に対して曲げ加工されてよい。次いで、打抜き加工されていない範囲が円形状に曲げ加工されてよく、これによって、ほぼ回転対称的な配置態様が得られる。

択一的には、外側の接触範囲が、Ｕ字形に形成されたアームを有していてもよい。

ヒートシンクに接触させられるアーム状のもしくはＵ字形の構造部の表面範囲が、ヒートシンクに形状適合されていると特に有利である。

たとえば、アーム状の構造部の相応の表面が、レーザ点火プラグを収容する点火プラグホールの内側半径にほぼ合致する半径を有する円柱の柱面にほぼ対応していてよい。

更なる利点、特徴および詳細は、図面に関連して本発明の種々異なる実施の形態を説明した以下の説明から明らかである。明細書および特許請求の範囲で述べた特徴は、それぞれ自体単独でも、任意に組み合わせても本発明にとって重要である。

第１の実施の形態に係る冷却装置を備えた、内燃機関の点火プラグホール内のレーザ点火プラグの概略図である。 本発明に係る冷却装置の別の実施の形態の部分的な横断面図である。 本発明に係る冷却装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 本発明に係る冷却装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 本発明に係る冷却装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 本発明に係る冷却装置のさらに別の実施の形態の詳細図である。 冷却装置のさらに別の実施の形態の部分的な横断面図である。 冷却装置のさらに別の実施の形態の部分的な横断面図である。 図３ａに示した実施の形態のアーム状の構造部の部分的な横断面図である。 冷却装置のさらに別の実施の形態の斜視図である。 冷却装置のさらに別の実施の形態の斜視図である。 パッキン箱の原理に従って作業する本発明に係る冷却装置の実施の形態を示す図である。

図１には、内燃機関のシリンダヘッド範囲３００ａに設けられた点火プラグホール３００内の組付け位置において、レーザ点火プラグ２００の部分的な横断面図が概略的に示してある。なお、内燃機関は、たとえば、自動車の内燃機関であってもよいし、定置の大型ガス機関またはこれに類するものであってもよい。

内燃機関の運転の間には、まず、図１の左側に示した内燃機関の燃焼室４００からレーザ点火プラグ２００の燃焼室側の端範囲２００ａに、望ましくない入熱が自体公知の形式で生じる。さらに、レーザ点火プラグ２００内への更なる入熱が、このレーザ点火プラグ２００内に配置されたレーザ装置２１０によって生じる。内燃機関のシリンダヘッド３００ａは、自体公知の形式で１つまたはそれ以上の冷却通路を有している。この冷却通路を通って、内燃機関の運転中に冷却流体、特に冷却水が循環しており、これによって、シリンダヘッド３００ａが冷却される。レーザ点火プラグ２００はシリンダヘッド３００ａに、たとえば螺合部２２０を介して結合されている。この螺合部２２０の範囲での比較的良好な熱伝達によって、レーザ点火プラグ２００は、燃焼室４００から到来した熱の少なくとも一部をシリンダヘッド３００ａに直接的に再び放出することができる。しかし、このことは、レーザ装置２１０の運転に基づきレーザ点火プラグ２００内に取り込まれる熱量には適用されない。

レーザ装置２１０による入熱は、通常、燃焼室４００による入熱よりも著しく僅かであるので、レーザ点火プラグ２００内で燃焼室側の端範囲２００ａから図１において右方に、すなわち、レーザ点火プラグ２００の、燃焼室と反対の側の端範囲２００ｂに、望ましくない熱流れＷ１が生じる。

本発明によれば、レーザ点火プラグ２００を効率よく冷却するために、冷却装置１００が設けられている。

この冷却装置１００は、半径方向内側の第１の接触範囲１１０を有している。この第１の接触範囲１１０は、半径方向内側の少なくとも１つの第１の接触表面１１２によってレーザ点火プラグ２００のハウジング２０２との熱接触状態を作り出すために形成されている。

さらに、冷却装置１００は、半径方向外側の第２の接触範囲１２０を有している。この第２の接触範囲１２０は、半径方向外側の少なくとも１つの第２の接触表面１２２によってヒートシンク、本実施の形態では、特に点火プラグホール３００の内壁３００ｂもしくはシリンダヘッド３００ａの内壁３００ｂとの熱接触状態を作り出すために形成されている。

本発明によれば、冷却装置１００は、さらに、接続手段１３０を有している。この接続手段１３０は、本実施の形態では、半径方向で第１の接触範囲１１０と第２の接触範囲１２０との間に配置されていて、第１の接触範囲１１０と第２の接触範囲１２０との間に熱接触状態を作り出すために形成されており、これによって、第１の接触範囲１１０から第２の接触範囲１２０への熱伝導が付与されている。

本発明によれば、冷却装置１００が少なくとも部分的に弾性的に形成されており、これによって、少なくとも第１の接触表面１１２と第２の接触表面１２２との間での半径方向への相対運動が可能となる。このことは、半径方向に作用する相応の力に基づき、弾性変形時にレーザ点火プラグ２００のハウジング２０２と点火プラグホール３００の内側表面３００ｂとの間に特に良好な熱接触状態を作り出す。すなわち、ハウジング２０２と内面３００ｂとの間の間隔に対する適正な寸法設定、特に冷却装置１００の幾何学形状への適合に際して、冷却装置１００の弾性によって、半径方向に作用する力が付与されている。この力は、接触面１１２，１２２をその接触相手２０２，３００ｂに押し付け、ひいては、良好な熱伝導のために働く。なぜならば、こうして、特に両面の間の空隙が十分に回避されるからである。

したがって、図１に相応の矢印Ｗ２，Ｗ３により記号で示した、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２からシリンダヘッド３００ａもしくはシリンダヘッド３００ａの冷却通路への熱流れが生じる。

冷却装置１００の弾性的な特性によって、有利には、冷却装置１００の幾何学形状と、点火プラグホール３００の幾何学形状と、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２の幾何学形状との間の誤差補償も付与されている。

本発明における弾性を実現するためには、必ずしも冷却装置１００全体もしくは冷却装置１００を形成する材料が弾性的に形成されている必要はない。さらに、半径方向内側の第１の接触範囲１１０と半径方向外側の第２の接触範囲１２０との間に半径方向で位置する接続範囲もしくは接続手段１３０が弾性的に形成されていれば全く十分であり、これによって、第１の接触範囲１１０と第２の接触範囲１２０との間で、半径方向に作用する相応の反力が加えられる。必要となる半径方向の力負荷は、ばね手段、たとえば曲げられた金属ストリップ等を設けることによって得ることもできる。このばね手段は、同時に両構成要素１１０，１２０の間での熱伝達のために働く。

特に有利には、冷却装置１００の外径Ｒ２（図２ｂ参照）もしくは内径Ｒ１は、熱伝導をアシストする前述した接触メカニズムを促進するために、冷却装置１００の組付け時にこの冷却装置１００の僅かな半径方向の押圧が生じるように、レーザ点火プラグ２００と点火プラグホール３００との幾何学形状に対して調整されている。

図２ａには、レーザ点火プラグ２００の長手方向軸線Ｌの上側に示した図において、本発明に係る冷却装置１００の別の実施の形態が示してある。この実施の形態では、半径方向内側の第１の接触範囲１１０が、ほぼ中空円筒形状を有していて、軸方向でレーザ点火プラグ２００のハウジング２０２に被せられている。半径方向外側の第２の接触範囲１２０は、この実施の形態では、複数のアーム状の構造部によって実現されている。これらの構造部のうち、図２ａの上側には、ただ１つの構造部しか示していない。アーム状の構造部は、長手方向軸線Ｌに対して平行に延びる最大の長さ区分で点火プラグホール３００の内側表面３００ｂに密に接触しており、これによって、点火プラグホール３００との良好な熱接触状態が作り出されている。この実施の形態では、弾性もしくはばね力作用が、接続手段１３０の曲げられた区分によって実現される。

図２ｂには、冷却装置１００ａの１つの実施の形態のアーム状の構造部１２８が詳細に示してある。点火プラグホール３００（図２ａ参照）内への冷却装置１００ａの挿入を容易にするためには、軸方向前方の範囲１２６が半径方向内向きに折り曲げられていてよく、場合により、丸み付けられていてもよい。有利には、この範囲１２６は、その長手方向軸線Ｌ１が、レーザ点火プラグ２００への組付け位置において、このレーザ点火プラグ２００の長手方向軸線Ｌに対して約２°〜約４５°の角度αを成すように形成される。

図２ｃには、冷却装置１００ｂの１つの別の実施の形態のアーム状の構造部１２８が詳細に示してある。図２ｃから明らかであるように、第２の接触範囲１２０の半径方向内側の表面１２４は、半径方向、すなわち、図２ｃにおいて鉛直方向に少なくとも部分的に作用するばね手段１４０を有していてよい。このばね手段１４０は、第２の接触範囲１２０を第１の接触範囲１１０に対して所定のばね力で押圧しかつ／または、冷却装置１００の組付け位置では、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２に対して所定のばね力で押圧するように形成されていると共に配置されている。この実施の形態では、板ばねとして形成されたばね手段１４０が、第２の接触範囲１２０の内側表面１２４とレーザ点火プラグ２００の外側表面２０２ａとに支持されている。

特に有利には、ばね手段１４０は、冷却装置１００ｂの残りの構成要素１１０，１２０，１３０と異なる材料から形成されていてよく、これによって、各々の機能的な最適化が可能となる。たとえば、熱伝導性の構成要素１１０，１２０，１３０が高熱伝導性の材料、たとえば銅から、有利には一体に形成されていてよいのに対して、ばね手段１４０は、ばね作用に対して最適化された材料、たとえばばね鋼から形成されている。有利には、ばね手段１４０は板ばねとして形成されていてよい。

また、図２ｅに示したアーム状の構造部１２８の別の実施の形態の側面図を参照すると、ばね手段１４０と構成要素１１０，１２０，１３０との一体的な統合も可能である。

図２ｄには、冷却装置１００ｃの１つの別の実施の形態が示してある。この実施の形態では、第１の接触範囲１１０が円錐形に形成されていて、たとえば相応の締付けナット（図示せず）によって軸方向でレーザ点火プラグ２００の円錐形の外面に締着されてよい。

図３ａには、図２ａの上側半分に関連して前述した冷却装置１００の実施の形態の部分的な横断面図が示してある。中空円筒形に形成されて半径方向内側に位置する第１の接触範囲１１０が、この実施の形態では、たとえば８つのアーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…によって取り囲まれている。これらのアーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…と接続手段１３０とは、有利には、第１の接触範囲１１０と一体に形成されている。アーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…の第１の折り曲げられた範囲は、図３ａによれば、内側の接触範囲１１０と外側の接触範囲１２０との間の接続手段１３０を成している。アーム状の構造部の残りの長さ区分は、図３ａの図面内へ延びていて、少なくとも組付け位置において、レーザ点火プラグ２００（図２ａ参照）の長手方向軸線Ｌに対してほぼ平行に配置された長手方向軸線を有している。図３ａに破線で示した円形ラインＫは、点火プラグホール３００（図２ａ参照）の幾何学形状を表している。アーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…と点火プラグホール３００との間の最適化された面接触状態もしくは熱接触状態は、有利には、図３ｃに示したアーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…の横断面構成によって作り出すことができる。すなわち、アーム状の構造部の半径方向外側の接触表面１２２もしくはアーム状の構造部により形成された第２の接触範囲１２０の半径方向外側の接触表面１２２が、点火プラグホールＫ（図３ａ参照）の曲率半径に適合された曲率半径を有している。

図３ｂには、本発明に係る冷却装置１００の別の実施の形態が示してある。この実施の形態では、ほぼ同じく中空円筒形に形成された半径方向内側の第１の接触範囲１１０が、スリット１５０を有している。これによって、すでに組み付けられたレーザ点火プラグ２００への冷却装置１００の追加的な組付けが可能となる。なぜならば、レーザ点火プラグ２００に通じる接続ケーブルをスリット１５０を通して簡単に案内することができるからである。したがって、特にスリット１５０は、レーザ点火プラグ２００にポンプ光もしくは制御信号の形のエネルギを供給するケーブルの外径よりも大きいサイズに選択されなければならない。

図４には、図２ａの上側半分に対応する冷却装置１００の実施の形態が斜視図で示してある。この冷却装置１００は、周方向に（分配されて）配置された複数のアーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…を有している。

図５には、冷却装置の類似の実施の形態が示してある。ただし、この実施の形態では、アーム状の構造部１２８ｃ，１２８ｄ，…が曲げ返されている。これによって、ほぼＵ字形の構造部が得られる。

図４に示したアーム状の構造部１２８ａ，１２８ｂ，…も、図５に示したＵ字形の構造部１２８ｃ，１２８ｄも、そのばね作用もしくは弾性によって、やはり、本発明における原理に対して有利な半径方向の戻り力を発生させる。この戻り力によって、レーザ点火プラグ２００もしくはヒートシンク、たとえば点火プラグホール３００への各接触範囲１１０，１２０の最適な適合が可能となる。

図２ａの下側半分には、本発明に係る冷却装置の別の実施の形態が示してある。この実施の形態では、主として、２つのアーム状の構造部が、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２と点火プラグホール３００の内壁３００ｂ（図１参照）との間に熱接触状態を作り出している。両方のアーム状の構造部は、断熱性の結合部材１２０ｃによって互いに結合されている。この結合部材１２０ｃは、レーザ点火プラグ２００の、燃焼室に向けられた比較的高温の端部２００ａから、レーザ点火プラグ２００の、燃焼室と反対の側の一般的により低温の端部２０２ｂへの自体所望されていない熱流れを阻止している。この実施の形態では、第１の接触範囲１１０が２つの部分範囲１１０ａ，１１０ｂによって形成されている。両部分範囲１１０ａ，１１０ｂは互いに空間的にかつ熱的に分離されて配置されている。両部分範囲１１０ａ，１１０ｂは第１および第２の接続手段１３０ａ，１３０ｂを介して、第２の接触範囲１２０の、それぞれ対応する部分範囲１２０ａ，１２０ｂに接続されている。レーザ点火プラグ２００がシリンダヘッド内に組み付けられている場合に、区分１１０ｃに、半径方向で燃焼室に向けられた力が加えられると、冷却装置の軸方向の緊締が生じ、ひいては、やはり半径方向で構成要素１１０ａ，１２０ａ，１１０ｂ，１２０ｂの間に有利なばね作用が生じる。力は、たとえばユニオンナットによって加えることができる。

図６には、本発明に係る冷却装置の別の実施の形態が示してある。この実施の形態では、冷却装置が、少なくとも部分的にスタッフィングボックス、つまり、パッキン箱として形成されている。

この実施の形態では、パッキン箱が第１のストッパ１６０と押付けナット１６２とによって形成されている。ストッパ１６０と押付けナット１６２との間には、パッキン箱のパッキン１０２を成す弾性的な熱伝導性の手段、たとえば銅編組または熱伝導性のシリコーンが位置している。押付けナット１６２が、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２に設けられたねじ山１６４にねじ被せられ、したがって、軸方向でストッパ１６０に向かって運動させられると、パッキン箱のパッキン１０２を成す銅編組が半径方向で内外に押圧される。これによって、レーザ点火プラグ２００のハウジング２０２と点火プラグホール３００の内側表面３００ｂとに対する相応の第１の接触範囲と第２の接触範囲とが規定される。

また、たとえば約２０°の角度間隔を置いて、それぞれ１つのパッキン１０２を有する分割された複数の室を備えたパッキン箱を設けることも可能である。室同士の間に残された約２０°の角度範囲は、有利には、レーザ点火プラグ２００に相対回動不能に結合されたストッパに孔を設けるために使用することができ、これにより、レーザ点火プラグ２００のねじりを特殊工具によってストッパの使用のもと行うことができる。この場合には、燃焼室に向けられた端範囲（図６の左側参照）にもはや連行異形部、つまり、力導入異形部２０８が不要となり、区分けされたパッキン箱もしくはパッキン箱のストッパ１６０が力導入異形部もしくは力導入機構として働くことができる。

本発明に係る冷却装置は、レーザ点火プラグ２００もしくはレーザ点火プラグ２００のハウジング２０２に解離可能にまたは解離不能に結合されていてよい。

さらに、レーザ点火プラグ２００が、燃焼室に向けられた端範囲に、目標系、特にシリンダヘッド内に螺入するためのねじ山を有していて、燃焼室と反対の側の端範囲に、目標系に対してレーザ点火プラグ２００を螺入・螺出するための力導入異形部を有していることが可能である。

１つのレーザ点火プラグ２００に複数の冷却装置１００を相前後して設けることも可能である。たとえば、第１の冷却装置がプラグ座の範囲に配置されていてよいのに対して、第２の冷却装置は、燃焼室と反対の側の範囲に配置されている。

また、レーザ点火プラグをシリンダヘッド内にねじ込む代わりに、レーザ点火プラグをシリンダヘッド内に差し込んで、（たとえば爪によって）緊締することも可能である。この実施の形態によって、有利には、シリンダヘッド内への組付け前に、レーザ点火プラグへの１つ（またはそれ以上）の冷却装置の組付けが可能となる。

図４および図５に示した冷却装置は、特に有利には、良ばね弾性的なかつ良熱伝導性の材料、たとえば銅または黄銅またはアルミニウム合金から打抜き曲げ加工部材として製造することができる。アーム１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ，…の曲げ加工部は、有利には、アーム１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ，…の半径方向外側の接触面１２２が、まず（点火プラグホール内への組付け前に）、点火プラグホールの内径に相当する直径よりもやや大きな直径を有しているように形成されていなければならない。これによって、点火プラグホール内への組付け時に、アームに、有利には半径方向で予荷重が加えられる。このことは、熱伝導をアシストする押付け力を発生させる。

冷却装置もしくはアームに対する有利な幾何学形状は、以下の点：つまり、
− 両接触範囲１１０，１２０の間の可能な限り短い区間、すなわち、可能な限り短い長さを備えた接続手段１３０とすること、
− 両構成要素１２２，３００ｂの間の面接触が、場合により、両構成要素２０２，１１０の間の面接触ほど密ではないので、半径方向外側の第２の接触範囲１２０において、半径方向内側の第１の接触範囲１１０よりも大きな全接触面とすること、
− 組付け位置で接触面１２２が点火プラグホールの内面３００ｂに可能な限り全面で接触しているようなアーム１２８ａ，１２８ｂ，…の構成とすること、
− 軸方向で冷却装置１００とレーザ点火プラグ２００との間の相対運動を制限する、たとえばハウジング２０２に対するストッパ１１０ｃ（図２ａ参照）を設けること、
− 冷却装置を、まだ組み付けられているレーザ点火プラグ２００から取り外すために、特殊工具によってアームに背後から係合することができるように、互いに隣り合ったアームの角度間隔を選択すること：
を考慮している。

別の実施の形態では、冷却装置が、少なくとも半径方向で弾性的なハウジングと、このハウジング内に閉じ込められた、たとえばヒートパイプの原理に従う熱伝導媒体とを有している。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 冷却装置
１０２ パッキン
１１０ 第１の接触範囲
１１０ａ，１１０ｂ 部分範囲
１１０ｃ ストッパ
１１２ 第１の接触表面
１２０ 第２の接触範囲
１２０ａ，１２０ｂ 部分範囲
１２０ｃ 結合部材
１２２ 第２の接触表面
１２４ 内側表面
１２６ 範囲
１２８，１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ，… 構造部
１３０，１３０ａ，１３０ｂ 接続手段
１４０ ばね手段
１５０ スリット
１６０ ストッパ
１６２ 押付けナット
１６４ ねじ山
２００ レーザ点火プラグ
２００ａ 端範囲
２００ｂ 端範囲
２０２ ハウジング
２０２ａ 外側表面
２０２ｂ 端部
２０８ 力導入異形部
２１０ レーザ装置
２２０ 螺合部
３００，Ｋ 点火プラグホール
３００ａ シリンダヘッド
３００ｂ 内壁
４００ 燃焼室
Ｌ 長手方向軸線
Ｌ１ 長手方向軸線
Ｒ１ 内径
Ｒ２ 外径
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 熱流れ
α 角度

Claims (13)

1. レーザ点火プラグ（２００）に用いられる冷却装置（１００）において、該冷却装置（１００）が、半径方向内側の第１の接触範囲（１１０）を有しており、該第１の接触範囲（１１０）が、半径方向内側の少なくとも１つの第１の接触表面（１１２）によってレーザ点火プラグ（２００）のハウジング（２０２）との熱接触状態を作り出すために形成されており、冷却装置（１００）が、半径方向外側の第２の接触範囲（１２０）を有しており、該第２の接触範囲（１２０）が、半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面（１２２）によってヒートシンク（３００）、特にレーザ点火プラグ（２００）を収容する点火プラグホールの内壁との熱接触状態を作り出すために形成されており、第１の接触範囲（１１０）と第２の接触範囲（１２０）との間の熱接触状態を作り出すために形成された接続手段（１３０）が設けられており、冷却装置（１００）が、少なくとも部分的に弾性的に形成されており、これによって、少なくとも第１の接触表面（１１２）と第２の接触表面（１２２）との間でのほぼ半径方向（Ｒ）への相対運動が可能であることを特徴とする、レーザ点火プラグに用いられる冷却装置。
2. 第１の接触範囲（１１０）が、少なくとも部分的にほぼ中空円筒形のまたは円錐形の基本形状を有している、請求項１記載の冷却装置。
3. 第２の接触範囲（１２０）の半径方向外側の接触表面が、第１の接触範囲（１１０）の半径方向内側の接触表面以上の大きさに形成されている、請求項１または２記載の冷却装置。
4. 第１の接触範囲（１１０）と、第２の接触範囲（１２０）と、接続手段（１３０）とが、同種の、有利には高熱伝導性の材料、特に銅または銅合金から、有利には一体に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷却装置。
5. 第２の接触範囲（１２０）の半径方向内側の表面（１２４）が、半径方向（Ｒ）に少なくとも部分的に作用するばね手段（１４０）を有しており、該ばね手段（１４０）が、第２の接触範囲（１２０）をほぼ半径方向（Ｒ）に第１の接触範囲（１１０）に対して所定のばね力で押圧しかつ／または、冷却装置（１００）の組付け位置では、レーザ点火プラグ（２００）のハウジング（２０２）に対して所定のばね力で押圧するように形成されていると共に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却装置。
6. 冷却装置（１００）が、少なくとも部分的にパッキン箱として形成されており、該パッキン箱のパッキン（１０２）が、少なくとも部分的に第１の接触範囲（１１０）および／または第２の接触範囲（１２０）および／または接続手段（１３０）を形成する弾性的な熱伝導性の材料から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の冷却装置。
7. 冷却装置（１００）が、第１の接触範囲（１１０）のほぼ軸方向に延びるスリット（１５０）を有している、請求項２から６までのいずれか１項記載の冷却装置。
8. 半径方向外側の少なくとも１つの第１の接触表面（１２２）が、少なくとも部分的に、円柱の柱面にほぼ対応する表面形状を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の冷却装置。
9. 半径方向外側の接触範囲（１２０）が、一方の軸方向の端区分（１２６）を有しており、該端区分（１２６）は、その長手方向軸線（Ｌ１）がレーザ点火プラグ（２００）の長手方向軸線（Ｌ）に対して約２°〜約４５°の間の角度（α）を成すように、半径方向内側に向けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の冷却装置。
10. 半径方向外側の接触範囲（１２０）が、複数のアーム状のかつ／またはＵ字形の構造部（１２８，１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，１２８ｄ）を有しており、該構造部の長手方向軸線が、少なくとも点火プラグホール（３００）内でのレーザ点火プラグ（２００）を取り囲む組付け位置で、該レーザ点火プラグ（２００）の長手方向軸線（Ｌ）に対してほぼ平行に延びている、請求項１から９までのいずれか１項記載の冷却装置。
11. 第１の接触範囲（１１０）が、熱的に互いに分離されて配置された少なくとも２つの部分範囲（１１０ａ，１１０ｂ）を有しており、第２の接触範囲（１２０）が、断熱性の結合片（１２０ｃ）を介して互いに結合された少なくとも２つの部分範囲（１２０ａ，１２０ｂ）を有しており、第１の接触範囲（１１０）の第１の部分範囲（１１０ａ）が、第２の接触範囲（１２０）の第１の部分範囲（１２０ａ）に第１の接続手段（１３０ａ）を介して接続されており、第１の接触範囲（１１０）の第２の部分範囲（１１０ｂ）が、第２の接触範囲（１２０）の第２の部分範囲（１２０ｂ）に第２の接続手段（１３０ｂ）を介して接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の冷却装置。
12. レーザ点火プラグ（２００）において、該レーザ点火プラグ（２００）が、請求項１から１１までのいずれか１項記載の少なくとも１つの冷却装置（１００）を備えており、該冷却装置（１００）が、レーザ点火プラグ（２００）に解離可能にまたは解離不能に結合されていることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
13. レーザ点火プラグ（２００）が、燃焼室に向けられた端範囲（２００ａ）に、目標系、特にシリンダヘッド内に螺入するためのねじ山を有していて、燃焼室と反対の側の端範囲（２００ｂ）に、目標系に対してレーザ点火プラグ（２００）を螺入・螺出するための連行異形部を有している、請求項１２記載のレーザ点火プラグ。

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