WO2008000587A1 - Zündkerze für eine brennkraftmaschine und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Zündkerze für eine brennkraftmaschine und betriebsverfahren hierfür Download PDF

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WO2008000587A1
WO2008000587A1 PCT/EP2007/055450 EP2007055450W WO2008000587A1 WO 2008000587 A1 WO2008000587 A1 WO 2008000587A1 EP 2007055450 W EP2007055450 W EP 2007055450W WO 2008000587 A1 WO2008000587 A1 WO 2008000587A1
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spark plug
combustion chamber
light
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP2007/055450
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English (en)
French (fr)
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Manfred Vogel
Werner Herden
Heiko Ridderbusch
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for an internal combustion engine with a light guide device for supplying the spark plug with optical radiation power.
  • An ignition device with a laser is known from DE 199 11 737 or DE 101 45 944.
  • the invention further relates to a method for operating such a spark plug according to the preamble of patent claim 8.
  • Spark plugs and operating methods of the type mentioned are known and are used in particular in laser-based ignition systems of internal combustion engines.
  • optical radiation power such as e.g. Pumplicht provided to use light guide device.
  • optical operating information is transmitted from the combustion chamber via the optical waveguide device to an evaluation device, which usually requires a separation of this optical information from the pump light.
  • This object is achieved in a spark plug of the aforementioned type according to the invention that at least partially integrated in the spark plug, but arranged outside the optical fiber sensor means, which are designed to detect operating information of the spark plug and / or one of the spark plug associated combustion chamber, are provided.
  • a spark plug according to claim 7 is given.
  • the spark plug incorporating an integrated ignition laser is characterized in that the ignition laser is at least partially transparent to light of a first wavelength range radiated from a combustion chamber into the spark plug, the first wavelength range preferably ranging from about 200 nm to about 800 nm, and the optical waveguide device is associated with an optical beam splitter for separating light of the first wavelength range from the pump light.
  • the inventive transparent design of the ignition laser or its components for a wavelength range of optical operating information of interest a small-sized configuration can also be achieved with such types of spark plug, which simultaneously enables optical monitoring of operation of the spark plug or of processes in the combustion chamber.
  • a combination of the transparent ignition laser according to the invention with further sensor means arranged outside the optical waveguide device is likewise conceivable.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the spark plug according to the invention.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the spark plug according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a spark plug 100 according to the invention for an internal combustion engine.
  • the spark plug 100 has an optical waveguide device 110 formed here as a light-guiding fiber, which supplies the spark plug 100 with light which is provided by a light source 150.
  • the light source 150 may be, for example, a pumping light source which supplies pump light to a laser-active solid 105 of an integrated ignition laser provided in the spark plug 100.
  • the ignition laser then generates laser pulses in a known manner, cf. the arrow 20, which are emitted by the arranged in Figure 1 at a left end of the spark plug 100 combustion chamber window 130 in an adjacent combustion chamber of the internal combustion engine.
  • an optic symbolized here by the lens 30 can be provided for focusing the laser pulses 20 on an ignition point ZP located in the combustion chamber or on fuel located in this region.
  • sensor means are provided which, in the embodiment according to FIG. 1, have a separate optical waveguide device 120 and an optoelectric transducer 115 '.
  • a first end 120 a of the separate optical waveguide device 120 is arranged directly in the spark plug 100 according to the invention, so that operating information representing optical signals from the interior of the spark plug 100 in the separate optical fiber device 120 can be coupled.
  • Such optical signals can arise, for example, during ignition or combustion of fuel located in the combustion chamber, in particular a wavelength range from about 200 nm to about 900 nm may contain information of interest.
  • These optical signals penetrate through the combustion chamber window 130 into the interior of the spark plug 100 according to the invention and can thus couple directly into the separate optical waveguide device 120.
  • a second end 120b of the separate optical fiber device 120 is preferably disposed outside of the spark plug 100 and optically connected to the opto-electrical converter 115 ', which may be, for example, a photodiode.
  • the optoelectrical converter 115 ' converts the optical signals obtained from the spark plug 100 via the separate optical waveguide device 120 into corresponding electrical signals which can optionally be evaluated by a downstream evaluation unit not shown in FIG.
  • Operating information derived, for example, from fuel burning in the combustion chamber is derived, for example, from fuel burning in the combustion chamber.
  • the first end 120a of the separate optical waveguide device 120 may, for example, also be arranged within the spark plug 100 such that laser pulses generated by the integrated ignition laser at least partially couple directly into the separate optical waveguide device 120. As a result, an immediate monitoring of the operation of the integrated ignition laser of the spark plug 100 is ensured.
  • the first end 120a of the separate optical waveguide device 120 may also be arranged in the spark plug 100 according to the invention such that radiation entering the interior of the spark plug 100 through the combustion chamber window 130 at least partially couples into the separate optical waveguide device 120, as already described.
  • FIG. 2 A further embodiment of the spark plug 100 according to the invention is shown in FIG.
  • the spark plug 100 according to the invention from FIG. 2 has an optoelectric converter 115 which is arranged directly inside the spark plug 100.
  • the optoelectrical converter 115 converts optical signals received from the interior of the spark plug 100 directly into corresponding electrical signals, which are forwarded to a downstream evaluation electronics 140 via a signal cable, which is not further described in FIG.
  • the evaluation unit 140 can also be arranged together with a light source 150 supplying the spark plug 100 in a common control unit 200.
  • the control unit 200 may, for example, also be a control unit which coordinates the operation of an internal combustion engine having the spark plug 100 according to the invention and accordingly also controls further spark plugs 100 assigned to other combustion chambers of the internal combustion engine.
  • a possibly required optical distributor for distributing pumping light or the like from the light source 150 to the plurality of spark plugs 100 is not shown in FIG.
  • the particular advantage of the spark plug 100 according to the invention according to FIG. 2 is that signal conversion to electrical signals takes place directly at the location of the optical detection of operating information of the spark plug 100, so that no damping losses occur due to an optical transmission of the operating information.
  • an at least partial preprocessing of the electrical signals, in particular a preamplification, is conceivable locally in the spark plug 100.
  • An electronics required for this purpose is advantageously integrated together with the opto-electrical converter 115 in a single module.
  • the optoelectric transducer 115 of FIG. 2 may be arranged to receive laser pulses emitted directly from the ignition laser or light injected into the interior of the spark plug 100 via the combustion chamber window 130.
  • more than one separate optical waveguide device 120 may also be provided in the exemplary embodiment according to FIG. 1 or a special optic associated with the first end 120a of the separate optical waveguide device 120 and an image of light from the combustion chamber and / or the ignition laser of the spark plug 100 performs.
  • inventive spark plug 100 has an integrated ignition laser, the u. a. a coupling-in mirror 106, a Auskoppelapt 107 and the interposed and already described laser-active solid 105 and thus forms an oscillator which emits laser pulses 20 after sufficient application of coupled from the light source 150 via the optical fiber device 110 pumping light.
  • the oscillator-limiting mirrors 106, 107 are transparent to the pump light, which may, for example, have a wavelength of about 790 nm to about 990 nm, and largely reflective of the wavelength (n) of the generated laser pulses 20, as in conventional ignition lasers for example, in a range of about 1000 nm to about 1550 nm. Only the output mirror 107 has a sufficiently large transmission coefficient for the laser pulses 20 in order to be able to radiate laser pulses 20 into the combustion chamber at all.
  • the entire ignition laser in particular the components 105, 106, 107, is at least partially transparent to light of a wavelength range of interest, which is radiated from the combustion chamber into the interior of the spark plug 100.
  • the wavelength range of interest ranges preferably from about 200 nm to about 900 nm, and the inventive transparency in this wavelength range allows the
  • the spark plug 100 illustrated in FIG. 3 further has an optical beam splitter 111 assigned to the optical waveguide device 110 for separating light 25, 25a from the combustion chamber and the pump light of the light source 150.
  • a double use of the optical waveguide device 110 is effected by the pump light required for operation of the ignition laser and by light which is e.g. from burning in the combustion chamber
  • Fuel is radiated and coupled through the combustion chamber window 130 and the purpose transparent ignition laser in the light guide device 110 and provides interesting operating information in an optical form.
  • an electrical signal supplied by the optoelectric converter 115, 115 ' is evaluated by means of filtering.
  • the filtering can in particular be effected by means of suitable bandpass filters or a corresponding signal processing or the like and advantageously takes into account the different phases in the operation of the spark plug 100 according to the invention, such as the generation and emission of a laser pulse 20 from the spark plug 100 through the combustion chamber window 130 to one outside the spark plug 100 lying ignition point ZP on the one hand and a subsequent combustion process in the combustion chamber of the internal combustion engine on the other hand, in particular ultraviolet light 25 is radiated from the combusting air-fuel mixture and at least partially coupled through the combustion chamber window 130 into the interior of the spark plug 100 according to the invention.
  • light 25, 25a arising in the combustion chamber due to possibly subsequent combustion of the air-fuel mixture can also be evaluated by the optoelectric converter 115, 115 '.
  • a bandpass filter may be provided which has a correspondingly high center frequency and in addition to the signals to the combustion chamber light 25, 25a, also filters low-frequency interference signals.
  • Another bandpass filter corresponding center frequency can also be used to select the combustion chamber light 25, 25a and the corresponding electrical signals.
  • spark plug 100 By means of the spark plug 100 according to the invention and the sensor means 115, 115 ', 120 arranged therein, it is advantageously possible, on the one hand, to monitor the generation of a laser pulse 20 and, on the other hand, to monitor a combustion taking place in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a possibly existing optics 30 for focusing the laser pulses 20 and the combustion chamber window 130 are - just like the ignition laser in the embodiment according to FIG. 3 - transparent for wavelengths of interest of the light 25, 25a originating from the combustion chamber.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine mit einer Lichtleitereinrichtung (110) zur Versorgung der Zündkerze (100) mit optischer Strahlungsleistung. Erfindungsgemäß sind zumindest teilweise in die Zündkerze (100) integrierte, jedoch außerhalb der Lichtleitereinrichtung (110) angeordnete Sensormittel vorgesehen, die zur Erfassung von Betriebsinformationen der Zündkerze (100) und/oder eines der Zündkerze (100) zugeordneten Brennraums ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Zündkerze für eine Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren hierfür
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer Lichtleitereinrichtung zur Versorgung der Zündkerze mit optischer Strahlungsleistung. Eine Zündeinrichtung mit einem Laser ist aus der DE 199 11 737 oder der DE 101 45 944 bekannt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Zündkerzen und Betriebsverfahren der eingangs genannten Art sind bekannt und werden insbesondere bei laserbasierten Zündsystemen von Brennkraftmaschinen verwendet. Zur Erfassung von optischen Betriebsinformationen eines der Zündkerze zugeordneten Brennraums bzw. der Zündkerze selbst ist es bekannt, die zur Versorgung der Zündkerze mit optischer Strahlungsleistung wie z.B. Pumplicht vorgesehene Lichtleitereinrichtung zu verwenden. Hierbei werden dementsprechend optische Betriebsinformationen aus dem Brennraum über die Lichtleitereinrichtung an eine Auswertvorrichtung übertragen, was üblicherweise eine Trennung dieser optischen Informationen von dem Pumplicht erforderlich macht.
Ferner ist die vorstehend beschriebene, bekannte Art der Ermittlung optischer Betriebsinformationen aus der Zündkerze bzw. einem ihr zugeordneten Brennraum nicht bei herkömmlichen Zündkerzen anwendbar, die einen integrierten Zündlaser aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze und ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine einfachere und flexiblere Auswertung von Betriebsinformationen der Zündkerze möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Zündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest teilweise in die Zündkerze integrierte, jedoch außerhalb der Lichtleitereinrichtung angeordnete Sensormittel, die zur Erfassung von Betriebsinformationen der Zündkerze und/oder eines der Zündkerze zugeordneten Brennraums ausgebildet sind, vorgesehen sind.
Durch die erfindungsgemäß außerhalb der Lichtleitereinrichtung angeordneten Sensormittel ergibt sich nicht das von dem Stand der Technik bekannte Problem der Separierung der unterschiedlichen optischen Signale.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze gemäß Patentanspruch 7 angegeben. Die einen integrierten Zündlaser aufweisende Zündkerze ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zündlaser zumindest teilweise transparent ist für Licht eines ersten Wellenlängenbereichs, das von einem Brennraum in die Zündkerze eingestrahlt wird, wobei der erste Wellenlängenbereich vorzugsweise von etwa 200 nm bis etwa 800 nm reicht, und dass der Lichtleitereinrichtung ein optischer Strahlteiler zugeordnet ist zur Separierung von Licht des ersten Wellenlängenbereichs von dem Pumplicht. Durch die erfindungsgemäße transparente Ausbildung des Zündlasers bzw. dessen Komponenten für einen interessierenden Wellenlängenbereich optischer Betriebsinformationen kann auch bei derartigen Zündkerzentypen eine kleinbauende Konfiguration erzielt werden, die gleichzeitig eine optische Überwachung eines Betriebs der Zündkerze bzw. von Vorgängen in dem Brennraum ermöglicht.
Eine Kombination des erfindungsgemäßen transparenten Zündlasers mit weiteren, außerhalb der Lichtleitereinrichtung angeordneten Sensormitteln ist ebenfalls denkbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden 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 oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze, und
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zündkerze 100 für eine Brennkraftmaschine. Die Zündkerze 100 weist eine vorliegend als lichtleitende Faser ausgebildete Lichtleitereinrichtung 110 auf, die die Zündkerze 100 mit Licht versorgt, das von einer Lichtquelle 150 bereitgestellt wird.
Bei der Lichtquelle 150 kann es sich beispielsweise um eine Pumplichtquelle handeln, die einen in der Zündkerze 100 vorgesehenen laseraktiven Festkörper 105 eines integrierten Zündlasers mit Pumplicht versorgt. Der Zündlaser erzeugt daraufhin in bekannter Weise Laserimpulse, vgl. den Pfeil 20, die durch das in Figur 1 an einem linken Ende der Zündkerze 100 angeordnete Brennraumfenster 130 in einen benachbarten Brennraum der Brennkraftmaschine abgestrahlt werden. Zur Fokussierung der Laserimpulse 20 auf einen in dem Brennraum befindlichen Zündpunkt ZP bzw. auf in diesem Bereich befindlichen Kraftstoff kann eine vorliegend durch die Linse 30 symbolisierte Optik vorgesehen sein.
Zur Überwachung eines ordnungsgemäßen Betriebs der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 sind Sensormittel vorgesehen, die bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 eine separate Lichtleitereinrichtung 120 sowie einen optoelektrischen Wandler 115' aufweisen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist ein erstes Ende 120a der separaten Lichtleitereinrichtung 120 direkt in der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 angeordnet, so dass Betriebsinformationen repräsentierende optische Signale aus dem Inneren der Zündkerze 100 in die separate Lichtleitereinrichtung 120 eingekoppelt werden können. Solche optischen Signale können beispielsweise bei einer Zündung bzw. Verbrennung von in dem Brennraum befindlichen Kraftstoff entstehen, wobei insbesondere ein Wellenlängenbereich von etwa 200 nm bis etwa 900 nm interessierende Informationen enthalten kann. Diese optischen Signale dringen durch das Brennraumfenster 130 in den Innenraum der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 und können somit direkt in die separate Lichtleitereinrichtung 120 einkoppeln.
Ein zweites Ende 120b der separaten Lichtleitereinrichtung 120 ist vorzugsweise außerhalb der Zündkerze 100 angeordnet und optisch verbunden mit dem optoelektrischen Wandler 115', bei dem es sich beispielsweise um eine Fotodiode handeln kann. Der optoelektrische Wandler 115' wandelt die über die separate Lichtleitereinrichtung 120 aus der Zündkerze 100 erhaltenen optischen Signale in entsprechende elektrische Signale um, die gegebenenfalls durch eine nicht in Figur 1 abgebildete, nachgeschaltete Auswerteeinheit ausgewertet werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 gemäß Figur 1 ergibt sich vorteilhaft nicht das Problem der Separierung des Pumplichts der Lichtquelle 150 von den optischen
Betriebsinformationen, die beispielsweise von in dem Brennraum verbrennendem Kraftstoff stammen.
Das erste Ende 120a der separaten Lichtleitereinrichtung 120 kann beispielsweise auch so innerhalb der Zündkerze 100 angeordnet sein, dass von dem integrierten Zündlaser erzeugte Laserimpulse zumindest teilweise direkt in die separate Lichtleitereinrichtung 120 einkoppeln. Dadurch ist eine unmittelbare Überwachung des Betriebs des integrierten Zündlasers der Zündkerze 100 gewährleistet.
Alternativ oder ergänzend kann das erste Ende 120a der separaten Lichtleitereinrichtung 120 auch so in der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 angeordnet sein, dass durch das Brennraumfenster 130 in das Innere der Zündkerze 100 eintretende Strahlung - wie bereits beschrieben - zumindest teilweise in die separate Lichtleitereinrichtung 120 einkoppelt.
Die Verwendung mehrerer separater Lichtleiter 120 ist ebenso denkbar. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 ist in Figur 2 abgebildet. Im Unterschied zu dem vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel, weist die erfindungsgemäße Zündkerze 100 aus Figur 2 einen optoelektrischen Wandler 115 auf, der direkt innerhalb der Zündkerze 100 angeordnet ist. Der optoelektrische Wandler 115 wandelt aus dem Innenraum der Zündkerze 100 aufgenommene optische Signale direkt in entsprechende elektrische Signale um, die über ein in Figur 2 nicht näher bezeichnetes Signalkabel an eine nachgeschaltete Auswerteelektronik 140 weitergeleitet werden. Wie aus Figur 2 ersichtlich, kann die Auswerteeinheit 140 auch zusammen mit einer die Zündkerze 100 versorgenden Lichtquelle 150 in einer gemeinsamen Steuereinheit 200 angeordnet sein. Bei der Steuereinheit 200 kann es sich beispielsweise auch um ein Steuergerät handeln, das den Betrieb einer die erfindungsgemäße Zündkerze 100 aufweisenden Brennkraftmaschine koordiniert und dementsprechend auch weitere, anderen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeordnete Zündkerzen 100, steuert. Ein ggf. erforderlicher optischer Verteiler zur Verteilung von Pumplicht oder dergleichen von der Lichtquelle 150 auf die mehreren Zündkerzen 100 ist in Figur 2 nicht abgebildet.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 nach Figur 2 besteht darin, dass direkt an dem Ort der optischen Erfassung von Betriebsinformationen der Zündkerze 100 eine Signalumwandlung zu elektrischen Signalen erfolgt, so dass keine Dämpfungsverluste durch eine optische Weiterleitung der Betriebsinformationen auftreten. Es ist darüber hinaus auch eine zumindest teilweise Vorverarbeitung der elektrischen Signale, insbesondere eine Vorverstärkung, lokal in der Zündkerze 100 vorstellbar. Eine hierzu erforderliche Elektronik ist vorteilhaft zusammen mit dem optoelektrischen Wandler 115 in einem einzigen Modul integriert.
Ebenso wie das erste Ende 120a der in Figur 1 abgebildeten separaten Lichtleitereinrichtung 120 kann der optoelektrische Wandler 115 aus Figur 2 so angeordnet sein, dass er direkt von dem Zündlaser abgestrahlte Laserimpulse beziehungsweise durch das Brennraumfenster 130 in den Innenraum der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 eingekoppeltes Licht aufnimmt.
Darüber hinaus ist es ferner möglich, mehrere optoelektrische Wandler 115 innerhalb der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 vorzusehen oder auch eine dem Wandler 115 vorgeschaltete Optik (nicht gezeigt), welche sowohl durch das Brennraumfenster 130 eingekoppeltes Licht als auch von dem Zündlaser herrührendes Laserlicht auf den optoelektrischen Wandler 115 abbildet.
Analog hierzu kann auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 mehr als eine separate Lichtleitereinrichtung 120 vorgesehen sein beziehungsweise eine besondere Optik, die dem ersten Ende 120a der separaten Lichtleitereinrichtung 120 zugeordnet ist und eine Abbildung von Licht aus dem Brennraum und/oder dem Zündlaser der Zündkerze 100 durchführt.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben.
Die in Figur 3 abgebildete erfindungsgemäße Zündkerze 100 weist einen integrierten Zündlaser auf, der u. a. einen Einkoppelspiegel 106, einen Auskoppelspiegel 107 und den dazwischen angeordneten und bereits beschriebenen laseraktiven Festkörper 105 aufweist und somit einen Oszillator bildet, der nach hinreichender Beaufschlagung mit von der Lichtquelle 150 über die Lichtleitereinrichtung 110 eingekoppeltem Pumplicht Laserimpulse 20 abgibt.
Die den Oszillator begrenzenden Spiegel 106, 107 sind - wie bei herkömmlichen Zündlasern - transparent für das Pumplicht, das beispielsweise eine Wellenlänge von etwa 790 nm bis etwa 990 nm aufweisen kann, und weitestgehend reflektierend für die Wellenlänge(n) der erzeugten Laserimpulse 20, die beispielsweise in einem Bereich von etwa 1000 nm bis etwa 1550 nm liegen. Allein der Auskoppelspiegel 107 weist für die Laserimpulse 20 einen hinreichend großen Transmissionskoeffizienten auf, um überhaupt Laserimpulse 20 in den Brennraum abstrahlen zu können.
Erfindungsgemäß ist der gesamte Zündlaser, insbesondere also die Komponenten 105, 106, 107, zumindest teilweise transparent für Licht eines interessierenden Wellenlängenbereichs, das von dem Brennraum in das Innere der Zündkerze 100 eingestrahlt wird. Der interessierende Wellenlängenbereich reicht vorzugsweise von etwa 200 nm bis etwa 900 nm, und die erfindungsgemäße Transparenz in diesem Wellenlängenbereich ermöglicht die
Weiterleitung von aus dem Brennraum stammenden Licht 25 durch die Lichtleitereinrichtung 110 an einen optoelektrischen Wandler 115. Die in Figur 3 abgebildete Zündkerze 100 weist ferner einen der Lichtleitereinrichtung 110 zugeordneten optischen Strahlteiler 111 auf zur Separierung von Licht 25, 25a aus dem Brennraum und dem Pumplicht der Lichtquelle 150.
Bis auf einen ersten Abschnitt 110a der Lichtleitereinrichtung 110 erfolgt dementsprechend eine Doppelnutzung der Lichtleitereinrichtung 110 durch das zum Betrieb des Zündlasers erforderliche Pumplicht und durch Licht, das z.B. von in dem Brennraum verbrennendem
Kraftstoff abgestrahlt wird und durch das Brennraumfenster 130 und den hierfür transparenten Zündlaser in die Lichtleitereinrichtung 110 einkoppelt und interessierende Betriebsinformationen in optischer Form liefert.
Durch die transparente Auslegung des Zündlasers bei der Zündkerze nach Figur 3 ist eine besonders kleinbauende Konfiguration der Zündkerze 100 möglich.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein von dem optoelektrischen Wandler 115, 115' geliefertes elektrisches Signal im Wege einer Filterung ausgewertet. Die Filterung kann insbesondere mittels geeigneter Bandpassfilter oder einer entsprechenden Signalverarbeitung oder dergleichen erfolgen und berücksichtigt vorteilhaft die unterschiedlichen Phasen bei dem Betrieb der erfindungsgemäßen Zündkerze 100, wie beispielsweise die Erzeugung und Abstrahlung eines Laserimpulses 20 von der Zündkerze 100 durch das Brennraumfenster 130 auf einen außerhalb der Zündkerze 100 liegenden Zündpunkt ZP einerseits und einen nachfolgenden Verbrennungsvorgang in dem Brennraum der Brennkraftmaschine andererseits, bei dem insbesondere ultraviolettes Licht 25 von dem verbrennenden Luft- Kraftstoff- Gemisch abgestrahlt wird und zumindest teilweise durch das Brennraumfenster 130 in das Innere der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 einkoppelt.
Zur Überprüfung der Lichtquelle 150 beziehungsweise des Zündlasers oder generell der ordnungsgemäßen Erzeugung eines Laserimpulses 20 kann das von dem optoelektrischen Wandler 115, 115' gelieferte Signal beispielsweise in einem ersten Überwachungszeitfenster ausgewertet werden, das um einen vermuteten Zündzeitpunkt herum liegt. Falls in diesem Überwachungszeitfenster kein optisches Signal detektiert wird, das auf das Auftreten eines Laserimpulses 20 schließen lässt, kann in der Auswerteelektronik 140 beispielsweise ein entsprechender Fehler eingetragen werden. Ferner ist es möglich, durch die erfindungsgemäßen Sensormittel einen tatsächlichen Zeitpunkt des Auftretens des Laserimpulses 20 genau festzustellen und beispielsweise der Steuereinheit 200 zu Diagnosezwecken zuzuleiten.
Neben der Überprüfung der Lichtquelle 150 beziehungsweise des Zündlasers kann auch aufgrund einer ggf. nachfolgenden Verbrennung des Luft- Kraftstoff- Gemisches in dem Brennraum entstehendes Licht 25, 25a durch den optoelektrischen Wandler 115, 115' ausgewertet werden.
Zur Trennung der verhältnismäßig hochfrequenten Laserimpulse 20 von dem infolge der Verbrennung in dem Brennraum entstehenden Licht 25, 25a bzw. zur Trennung der entsprechenden elektrischen Signale kann ein Bandpassfilter vorgesehen sein, das eine entsprechend hohe Mittenfrequenz aufweist und neben den Signalen, die dem Brennraumlicht 25, 25a entsprechen, auch niederfrequente Störsignale filtert.
Ein weiteres Bandpassfilter entsprechender Mittenfrequenz kann ebenso zur Selektion des Brennraumlichts 25, 25a bzw. der entsprechenden elektrischen Signale eingesetzt werden.
Aufgrund der zeitlichen Trennung zwischen dem Auftreten des Laserimpulses 20 und einer erst danach einsetzenden Verbrennung kann auch allein durch eine entsprechende zeitliche Fensterung das jeweilig interessierende Signal ausgewählt werden. Eine Kombination der beschriebenen Filterung mit der Auswahl eines interessierenden Zeitfensters bzw. ein zeitliches Umschalten zwischen Band passfiltern verschiedener Mittenfrequenzen ist ebenfalls möglich.
Durch die erfindungsgemäße Zündkerze 100 und die darin angeordneten Sensormittel 115, 115', 120 ist vorteilhaft einerseits die Überwachung der Erzeugung eines Laserimpulses 20 möglich und andererseits kann auch eine in dem Brennraum der Brennkraftmaschine stattfindende Verbrennung überwacht werden.
Eine ggf. vorhandene Optik 30 (Figur 1) zur Fokussierung der Laserimpulse 20 sowie das Brennraumfenster 130 sind - ebenso wie der Zündlaser bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Figur 3 - transparent zu gestalten für interessierende Wellenlängen des aus dem Brennraum stammenden Lichts 25, 25a.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine mit einer Lichtleitereinrichtung (110) zur Versorgung der Zündkerze (100) mit optischer Strahlungsleistung, gekennzeichnet durch zumindest teilweise in die Zündkerze (100) integrierte, jedoch außerhalb der Lichtleitereinrichtung (110) angeordnete Sensormittel, die zur Erfassung von Betriebsinforma- tionen der Zündkerze (100) und/oder eines der Zündkerze (100) zugeordneten Brennraums ausgebildet sind.
2. Zündkerze (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel einen optoelektrischen Wandler (115) aufweisen.
3. Zündkerze (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektrische Wandler (115) direkt in der Zündkerze (100) angeordnet ist.
4. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel eine separate Lichtleitereinrichtung (120) aufweisen, deren erstes Ende (120a) direkt in der Zündkerze (100) angeordnet ist.
5. Zündkerze (100) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen optoelektrischen Wand- ler (115'), der optisch verbunden ist mit einem zweiten Ende (120b) der separaten Lichtleitereinrichtung (120).
6. Zündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektrische Wandler (115) und/oder das erste Ende (120a) der separaten Lichtleitereinrichtung (120) so in der Zündkerze (100) angeordnet sind, dass sie optisch verbunden sind mit einem in der Zündkerze (100) angeordneten Ende der zur Versorgung der Zündkerze (100) mit optischer Strahlungsleistung vorgesehenen Lichtleitereinrichtung (110) und/oder mit einem Brennraumfenster (130), durch das optische Strahlungsleistung aus der Zündkerze (100) auskoppelbar ist in einen Brennraum der Brennkraftmaschine.
7. Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine mit einer Lichtleitereinrichtung (110) zur
Versorgung eines in die Zündkerze (100) integrierten Zündlasers mit Pumplicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündlaser (100) zumindest teilweise transparent ist für Licht eines ersten Wellenlängenbereichs, das von einem Brennraum in die Zündkerze (100) eingestrahlt wird, wobei der erste Wellenlängenbereich vorzugsweise von etwa 200 nm bis etwa 900 nm reicht, und dass der Lichtleitereinrichtung (110) ein optischer Strahlteiler (111) zugeordnet ist zur Separierung von Licht des ersten Wellenlängenbereichs von dem Pumplicht.
8. Verfahren zum Betreiben einer Zündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze (100) eine Lichtleitereinrichtung (110) zur Versorgung der Zündkerze (100) mit optischer Strahlungsleistung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsinformationen der Zündkerze (100) und/oder eines der Zündkerze (100) zugeordneten Brennraums durch zumindest teilweise in die Zündkerze (100) integrierte, jedoch außerhalb der Lichtleitereinrichtung (110) angeordnete Sensormittel erfasst werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel einen op- toelektrischen Wandler (115, 115') aufweisen, und dass die Betriebsinformationen in ein elektrisches Signal gewandelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal einer Filterung unterzogen wird.
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