JP2014522939A - レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュールおよび該プリチャンバモジュールの製造法 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ点火プラグ（１００）用のプリチャンバモジュール（１１０）であって、該プリチャンバモジュール（１１０）が、レーザ点火プラグ（１００）に該プリチャンバモジュール（１１０）を着脱可能に取り付けるための取付け範囲（１１０ａ）を有する、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュール（１１０）に関する。本発明の構成では、プリチャンバモジュール（１１０）が、燃焼室とは反対の側の端範囲（１１０ｂ）に、軸方向（ＲＡ）で該プリチャンバモジュール（１１０）の内室（Ｉ）を画定しかつレーザ点火プラグ（１００）からプリチャンバモジュール（１１０）の前記内室（Ｉ）へレーザ放射線（Ｌ）を入射させるための開口（１１２ａ）を有する絞り手段（１１２）を有する。

Description

背景技術
本発明は、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュール（予燃焼室モジュール）であって、当該プリチャンバモジュールが、レーザ点火プラグに当該プリチャンバモジュールを着脱可能に取り付けるための取付け範囲を有する形式の、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュールに関する。

本発明はさらに、このようなプリチャンバモジュールを製造する方法に関する。

たとえば国際公開第２０１０／０９４５５１号に基づき、冒頭で述べた形式のプリチャンバモジュールが公知である。

発明の開示
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のプリチャンバモジュールを改良して、レーザ点火プラグへのプリチャンバモジュールの簡単な装備が可能となると同時に、燃焼室窓またはレーザ点火プラグのその他の光学的なコンポーネントの、プリチャンバモジュールから出る汚染粒子に対する改善された保護が保証されるような点火プラグ用のプリチャンバモジュールを提供することである。さらに、本発明の課題は、このような点火プラグ用のプリチャンバモジュールを製造するための相応する方法を提供することである。

この課題は、冒頭で述べた形式のプリチャンバモジュールにおいて本発明によれば、該プリチャンバモジュールが、燃焼室とは反対の側の端範囲に、軸方向で該プリチャンバモジュールの内室を画定しかつレーザ点火プラグからプリチャンバモジュールの前記内室へレーザ放射線を入射させるための開口を有する絞り手段を有することにより解決される。

本発明における絞り手段は、レーザ点火プラグからプリチャンバ（予燃焼室）もしくはプリチャンバモジュールの内室にレーザ放射線を入射させ、これにより前記内室に存在する点火性の空気／燃料混合物に点火することを可能にするので有利である。また、それと同時に、レーザ点火プラグに設けられた燃焼室窓の少なくとも半径方向外側の範囲が前記絞り手段によってカバーされるので、本発明によるプリチャンバモジュールが使用されると、燃焼室窓の外側表面への汚染粒子の運び込みが減じられる。

本発明における絞り手段のジオメトリ（幾何学的形状）、特に絞り手段の開口のジオメトリは、レーザ点火プラグから発するレーザ放射線のビーム路に適合されていると特に有利である。この場合、この開口は、できるだけ小さな横断面を有し、ひいてはプリチャンバから到来する汚染粒子、たとえばオイルアッシュ（油灰）に対する燃焼室窓の効率良い保護を提供する。

特に有利な実施態様では、絞り手段の開口が、ほぼ円錐台形状を有し、この場合、円錐台形体の上面はプリチャンバモジュールの内室の範囲に配置されており、上面よりも大きく形成されている底面は、絞り手段の、プリチャンバとは反対の側の範囲に配置されている。このような配置構成により、レーザ点火プラグによって提供されかつプリチャンバモジュールの内室へ入射されるレーザ放射線の、汎用的に円錐形状を有するビームジオメトリに対する絞り手段の前記開口の特に良好な適合が得られる。

別の実施態様では、絞り手段が、前記上面の範囲に、少なくとも所定の区分にわたって凸面状に成形された表面を有することにより、一層の改善を達成することができる。これにより、プリチャンバモジュールの内室から絞り手段の前記開口に向けられた流体・汚染粒子流の変向が得られるので有利である。こうして、有利には、この流体・汚染粒子流の少なくとも一部が、半径方向内側の方向へ変向され得るようになり、これにより、当該粒子が、プリチャンバモジュールを備えたレーザ点火プラグの燃焼室窓の外側表面に沈着することが阻止される。

さらに別の有利な実施態様では、絞り手段が、半径方向外側の範囲に、ほぼ段状の切欠きを有する。この切欠きは、レーザ点火プラグに設けられた対応する収容範囲へのプリチャンバモジュールの信頼性の良い形状接続式の当付け、つまり係合に基づいた嵌合を可能にするので有利である。

さらに別の有利な実施態様では、絞り手段が、プリチャンバモジュールと一体に結合されている。たとえば、プリチャンバモジュール（絞り手段なし）も絞り手段も、それぞれ別個の構成部分として製作され得る。引き続き、両別個の構成部分は軸方向で互いに接触位置へもたらされて、適当な接合方法により、たとえば溶接、特に超音波溶接および／またはレーザ溶接および／または摩擦溶接によって、互いに結合され得る。

このためには、コンポーネントであるプリチャンバモジュールと絞り手段とが、それぞれ対応する軸方向の端面を有していると特に有利である。これらの端面はそのジオメトリ（幾何学的形状）に関して、少なくとも部分的にそれぞれ他方のコンポーネントの対応する端面と協働するように形成されている。

絞り手段がプリチャンバモジュールと一体に結合されていない場合、本発明のさらに別の有利な実施態様によれば、次のような構成が考えられる。すなわち、絞り手段は、該絞り手段が、取付け範囲によってレーザ点火プラグに取付け可能であるプリチャンバモジュールによって少なくとも軸方向において、レーザ点火プラグに設けられた対応する収容開口内に緊定可能となるように形成されている。

さらに別の有利な実施態様では、プリチャンバモジュールと絞り手段との間の接合個所が、プリチャンバモジュールの燃焼室寄りの端範囲から、前記取付け範囲よりも大きく遠ざけられている。すなわち、プリチャンバモジュールの燃焼室寄りの端範囲から、プリチャンバモジュールと絞り手段との間の接合個所までの距離が、前記端範囲から前記取付け範囲までの距離よりも大きく形成されている。接合個所が、レーザ点火プラグにプリチャンバモジュールを取り付けるための取付け範囲よりも半径方向内側に位置していると、これにより、外部作用に対する接合個所の特に効率良い保護が得られる。なぜならば、接合個所が、本発明によるプリチャンバモジュールの取付け範囲と協働するレーザ点火プラグの収容範囲によって同軸的に取り囲まれているからである。

さらに別の有利な実施態様では、絞り手段が、プリチャンバモジュールの前記内室を少なくとも所定の範囲にわたって半径方向においても外部に対して画定するように形成されている。これにより、プリチャンバもしくはプリチャンバモジュールのジオメトリ的な構成のための別の自由度が可能となる。

さらに別の有利な実施態様では、プリチャンバモジュールの前記取付け範囲が、特に半径方向において、プリチャンバモジュールと絞り手段との間の接触個所もしくは接合個所におけるよりも大きな肉厚さを有する。これにより、一方ではレーザ点火プラグにおけるプリチャンバモジュールの安定した取付けが可能となり、他方ではそれと同時に、プリチャンバモジュールを絞り手段に機械的に結合するための減じられた材料消費が与えられている。

本発明の上記課題の別の解決手段として、請求項１１に記載のプリチャンバモジュールの製造法が記載されている。

本発明の別の有利な実施態様は、従属形式の請求項の対象である。

本発明のさらに別の特徴、使用可能性および利点は、以下に図面につき説明する本発明の実施形態から明らかとなる。この場合、記載もしくは図示された全ての特徴は、特許請求の範囲における総括およびその引用とは関係なく、また明細書中での表現もしくは図面中での描写とは関係なく、それ自体単独の形でも、または任意に組み合わされた形でも、本発明の対象を成す。

本発明によるプリチャンバモジュールの第１実施形態を示す部分的な横断面図である。 本発明によるプリチャンバモジュールを、レーザ点火プラグにおける取付け位置で示す部分的な横断面図である。 本発明による方法の１実施形態を示す簡略化されたフローチャートである。

図１には、本発明によるプリチャンバモジュール（予燃焼室モジュール）１１０の部分的な横断面図が概略的に図示されている。このプリチャンバモジュール１１０は、図１に破線で示したレーザ点火プラグ１００の燃焼室寄りの端範囲に取り付けるために設けられている。

プリチャンバモジュール１１０は、第１に、レーザ点火プラグ１００のためのプリチャンバの自体公知の機能を実現する。このためには、プリチャンバモジュール１１０の取付け範囲１１０ａが、レーザ点火プラグ１００もしくはレーザ点火プラグ１００のハウジングに取り付けられている。プリチャンバモジュール１１０とレーザ点火プラグ１００との間の取付けは、解離可能な結合、たとえばプレス嵌めまたはねじ結合またはこれに類するものによって行われると有利である。このことは、相応して装備されたレーザ点火プラグ１００の保守コストを減少させる。なぜならば、プリチャンバモジュール１１０が自在に交換され得るからである。

特に、プリチャンバモジュール１１０の簡単な交換は、レーザ点火プラグ１００に関して、レーザ点火プラグ１００の、場合によっては存在する光学的なコンポーネント、たとえば燃焼室窓を効率良くクリーニングすることをも可能にする。このような光学的なコンポーネントは、同じく、レーザ点火プラグ１００の、プリチャンバモジュール１１０を収容する収容範囲に配置されていて、少なくともレーザ点火プラグ１００にプリチャンバモジュール１１０が取り付けられている状態では、一般にアクセス困難である。

本発明によれば、プリチャンバモジュール１１０が絞り手段１１２を有する。この絞り手段１１２はプリチャンバモジュール１１０の、燃焼室とは反対の側の端範囲１１０ｂに、つまり図１で見て左側に、配置されている。絞り手段１１２は軸方向ＲＡでプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉを画定し、それと同時に、レーザ点火プラグ１００からプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉへのレーザ放射線Ｌの入射のための開口１１２ａを有する。

絞り手段１１２の開口１１２ａの、プリチャンバモジュール１１０の内室Ｉに比べて減じられた開口横断面により、プリチャンバもしくはプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉから、図１で見てプリチャンバモジュール１１０の左側に位置するレーザ点火プラグ１００（図示しない）の光学的なコンポーネントへの汚染粒子およびその他の有害物質の持込みが低減されているので有利である。これにより、本発明によるプリチャンバモジュール１１０を有するレーザ点火プラグ１００の燃焼室窓もしくは光学的なコンポーネントの可使時間は増大する。

開口１１２ａが、ほぼ円錐台形状に形成されていると特に有利である。これにより、レーザ点火プラグ１００により提供されて、絞り手段１１２の開口１１２ａを通ってプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉに入射される、通常ではほぼ円錐形状を有するレーザ放射線Ｌに対する開口１１２ａの形状の最適な適合が与えられている。

絞り手段１１２の円錐台形状の開口１１２ａの上面が、絞り手段１１２の、プリチャンバ寄りの範囲に、つまり図１で見て開口１１２ａの右側に配置されていると特に有利である。これに対して、上面よりも大きく形成されている開口１１２ａの円錐台の底面は、プリチャンバモジュール１１０の、図１で見て左側の端部に、つまりプリチャンバモジュール１１０の、レーザ点火プラグ１００寄りの端範囲１１２ｂに配置されている。

特に有利な実施形態では、開口１１２ａの上面の範囲Ｂ１において、絞り手段１１２の表面が少なくとも所定の区分にわたって凸面状に成形されており、これによりプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉから絞り手段１１２の開口１１２ａへの、つまり図１で見て左側への流体流の特に効率良い減少もしくは変向が得られる。たとえば、ほぼ軸方向で図１で見て右側から左側へ向かって開口１１２ａに接近する方向で運動する粒子流が、絞り手段１１２の凸面状の表面範囲によって少なくとも部分的に、半径方向内側の方向へ変向され、これにより軸方向の流れ成分は相応して減少する。

別の有利な実施形態では、絞り手段１１２が、半径方向外側の範囲Ｂ２に、ほぼ段状の切欠きＡを有する。このことは、レーザ点火プラグ１００に適宜成形された収容範囲におけるプリチャンバモジュール１１０の簡単にされた組付けもしくは嵌込みを可能にする。

さらに別の特に有利な実施形態では、絞り手段１１２がプリチャンバモジュール１１０と一体に結合されている。このことは、たとえば２つの別個の構成部分であるプリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２とを設け、そして引き続き接合個所Ｆの範囲において両構成部分１１０，１１２を互いに接合することにより達成され得る。この場合には、プリチャンバモジュール１１０が、絞り手段１１２と一緒に１回の組付け過程において単一の交換部分としてレーザ点火プラグ１００から分離されるか、もしくはレーザ点火プラグ１００に結合される（取付け範囲１１０ａ参照）。

さらに別の有利な実施形態では、プリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２とが、互いに別個の構成部分を成し、両コンポーネント１１０，１１２の間の接触範囲は、絞り手段１１２がプリチャンバモジュール１１０によって少なくとも軸方向で、レーザ点火プラグ１００に設けられた対応する収容開口内に緊定可能となるように形成されている。このためには、たとえばプリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２とに、相応して互いに協働する端面範囲が設けられていてよい。両端面範囲は少なくとも部分的にオーバラップし、これにより、レーザ点火プラグ１００に結合可能なプリチャンバモジュール１１０から絞り手段１１２への軸方向における力伝達が可能になる。

プリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２とが互いに一体に結合されている、さらに別の有利な実施形態では、プリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２との間の接合個所Ｆが、プリチャンバモジュール１１０の燃焼室寄りの端範囲１１０ｂ′から、取付け範囲１１０ａよりも大きく遠ざけられている（図２参照）。すなわち、プリチャンバモジュール１１０の燃焼室寄りの端範囲１１０ｂ′から接合個所Ｆまでの距離が、プリチャンバモジュール１１０の燃焼室寄りの端範囲１１０ｂ′から取付け範囲１１０ａまでの距離よりも大きく形成されている。

接合個所Ｆは本実施形態では、プリチャンバモジュール１１０の燃焼室寄りの端範囲１１０ｂ′からの第１の間隔ｄ１を有し、それに対して、取付け範囲１１０ａは、プリチャンバモジュール１１０の燃焼室寄りの端範囲１１０ｂ′に対して第２の間隔ｄ２＜ｄ１を有し（図２参照）、この取付け範囲１１０ａを介してプリチャンバモジュール１１０は有利には解離可能にレーザ点火プラグ１００に結合可能である。

このような配置構成では、取付け範囲１１０ａと接合範囲Ｆとが、有利には互いに軸方向でオーバラップしないので、機械的に特に安定した配置構成が得られる。

さらに、本発明の別の変化形では、接合範囲Ｆにおけるプリチャンバモジュール１１０の肉厚さｗ２が、有利にはプリチャンバモジュール１１０のその他の範囲の肉厚さｗ１よりも小さく形成されていてよい。

さらに別の有利な実施形態では、絞り手段１１２がプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉを少なくとも所定の範囲にわたって半径方向ＲＲ（図１）においても外部に対して画定するように絞り手段１１２が形成されている。これにより、プリチャンバもしくはプリチャンバモジュール１１０のジオメトリ（幾何学的形状）に関する別の自由度が与えられている。

本発明の別の観点は、プリチャンバモジュール１１０のための製造方法に関する。本発明によれば、プリチャンバモジュール１１０において燃焼室とは反対の側の端範囲１１０ｂに、軸方向ＲＡ（図１）でプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉを画定しかつレーザ点火プラグ１００からプリチャンバモジュール１１０の内室Ｉ内への、特に着火点ＺＰへのレーザ放射線Ｌの入射のための開口１１２ａを有する絞り手段１１２が配置される。

たとえば、まず別個に製作された構成部分であるプリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２とが、たとえば溶接によって互いに接合されることにより、プリチャンバモジュール１１０の一体の構成を得ることができる。本発明による方法の特に有利な実施形態では、プリチャンバモジュール１１０と絞り手段１１２との間の軸方向の接触面の最大で約１０％〜約２０％が互いに溶接され、有利には特に等間隔で配置された溶接点により互いに溶接される。

択一的には、絞り手段１１２を、プレス嵌めによってプリチャンバモジュール１１０に結合させることもできる。

プリチャンバモジュール１１０の取付け範囲１１０ａは、レーザ点火プラグ１００に設けられた対応する収容範囲とのねじ結合を可能にするように形成されていると有利である。

図３には、本発明による方法の１実施形態の簡略化されたフローチャートが示されている。第１のステップ２００では、本発明によるプリチャンバモジュール１１０が準備される。後続のステップ２１０において、前で説明したようにして絞り手段１１２が、たとえば軸方向の押圧作用によるクランプ方法またはたとえば溶接のような接合プロセスにより、プリチャンバモジュール１１０に配置される。

たとえばねじ結合によって、プリチャンバモジュール１１０とレーザ点火プラグ１００との解離可能な結合が実現可能となる。このようなねじ結合の場合、取付け範囲１１０ａは、たとえば雄ねじ山を有し、この雄ねじ山はレーザ点火プラグ１００のハウジングに設けられた対応する雌ねじ山と協働することができる。両コンポーネント１００，１１０の間のすき間嵌めもしくは中間嵌めも同じく考えられる。この場合、これらのコンポーネント１００，１１０は、止めねじによって互いに相対的に固定され得る。

本発明のさらに別の観点では、さらに、それ自体プリチャンバモジュール１１０の構成要素ではない絞り手段をレーザ点火プラグに対応させることが可能である。これにより、プリチャンバを有しないが、それにもかかわらず燃焼室窓の保護のために絞り手段を備えたレーザ点火プラグを実現することができる。この変化形では、絞り手段が有利には解離可能にレーザ点火プラグに結合されるように設計される。

Claims (15)

1. レーザ点火プラグ（１００）用のプリチャンバモジュール（１１０）であって、該プリチャンバモジュール（１１０）が、レーザ点火プラグ（１００）に該プリチャンバモジュール（１１０）を着脱可能に取り付けるための取付け範囲（１１０ａ）を有する、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュール（１１０）において、該プリチャンバモジュール（１１０）が、燃焼室とは反対の側の端範囲（１１０ｂ）に、軸方向（ＲＡ）で該プリチャンバモジュール（１１０）の内室（Ｉ）を画定しかつレーザ点火プラグ（１００）からプリチャンバモジュール（１１０）の前記内室（Ｉ）へレーザ放射線（Ｌ）を入射させるための開口（１１２ａ）を有する絞り手段（１１２）を有することを特徴とする、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュール。
2. 前記絞り手段（１１２）の前記開口（１１２ａ）は、ほぼ円錐台形状であり、上面はプリチャンバモジュール（１１０）の前記内室（Ｉ）の範囲に配置されており、前記上面よりも大きく形成されている底面は、前記絞り手段（１１２）の、プリチャンバとは反対の側の範囲（１１２ｂ）に配置されている、請求項１記載のプリチャンバモジュール。
3. 前記絞り手段（１１２）は、前記上面の範囲（Ｂ１）に、少なくとも所定の区分にわたって凸面状に成形された表面を有する、請求項２記載のプリチャンバモジュール。
4. 前記絞り手段（１１２）は、半径方向外側の範囲（Ｂ２）に、ほぼ段状の切欠き（Ａ）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
5. 前記絞り手段（１１２）は、プリチャンバモジュール（１１０）と一体に結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
6. 前記絞り手段（１１２）は、プリチャンバモジュール（１１０）に関して別個の構成部分として形成されていて、プリチャンバモジュール（１１０）によって少なくとも軸方向で、レーザ点火プラグ（１００）に設けられた対応する収容開口内に緊定可能になるように形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
7. プリチャンバモジュール（１１０）は、別個の構成部分として形成されたプリチャンバモジュール（１１０）を、別個の構成部分として形成された前記絞り手段（１１２）と、特に溶接により接合することによって得られる、請求項１から６までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
8. プリチャンバモジュール（１１０）の燃焼室寄りの端範囲（１１０ｂ′）から、プリチャンバモジュール（１１０）と前記絞り手段（１１２）との間の接合個所（Ｆ）までの距離が、前記端範囲（１１０ｂ′）から前記取付け範囲（１１０ａ）までの距離よりも大きく形成されている、請求項７記載のプリチャンバモジュール。
9. 前記絞り手段（１１２）は、プリチャンバモジュール（１１０）の前記内室（Ｉ）を少なくとも所定の範囲にわたって半径方向（ＲＲ）においても外部に対して画定するように形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
10. プリチャンバモジュール（１１０）の前記取付け範囲（１１０ａ）は、プリチャンバモジュール（１１０）と前記絞り手段（１１２）との間の接触個所もしくは接合個所（Ｆ）におけるよりも大きな肉厚さ（ｗ１）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のプリチャンバモジュール。
11. レーザ点火プラグ（１００）用のプリチャンバモジュール（１１０）であって、該プリチャンバモジュール（１１０）が、レーザ点火プラグ（１００）に該プリチャンバモジュール（１１０）を着脱可能に取り付けるための取付け範囲（１１０ａ）を有する、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュール（１１０）を製造する方法において、該プリチャンバモジュール（１１０）の、燃焼室とは反対の側の端範囲（１１０ｂ）に、軸方向（ＲＡ）で該プリチャンバモジュール（１１０）の内室（Ｉ）を画定しかつレーザ点火プラグ（１００）からプリチャンバモジュール（１１０）の前記内室（Ｉ）へレーザ放射線（Ｌ）を入射させるための開口（１１２ａ）を有する絞り手段（１１２）を配置することを特徴とする、レーザ点火プラグ用のプリチャンバモジュールを製造する方法。
12. 前記絞り手段（１１２）を、溶接によってプリチャンバモジュール（１１０）と接合する、請求項１１記載の方法。
13. プリチャンバモジュール（１１０）と前記絞り手段（１１２）との間の軸方向の接触面の最大で約１０％〜２０％が互いに溶接されており、有利には特に互いに等間隔で配置された複数の溶接点により互いに溶接されている、請求項１２記載の方法。
14. 前記絞り手段（１１２）を、プレス嵌めによってプリチャンバモジュール（１１０）に結合する、請求項１１記載の方法。
15. プリチャンバモジュール（１１０）を、前記取付け範囲（１１０ａ）においてレーザ点火プラグ（１００）とねじ締結する、請求項１１または１２記載の方法。

Images