WO2013139513A1 - Laserzündkerze - Google Patents

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Publication number
WO2013139513A1
WO2013139513A1 PCT/EP2013/051554 EP2013051554W WO2013139513A1 WO 2013139513 A1 WO2013139513 A1 WO 2013139513A1 EP 2013051554 W EP2013051554 W EP 2013051554W WO 2013139513 A1 WO2013139513 A1 WO 2013139513A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spark plug
laser spark
cooling
laser
heat pipe
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/051554
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Nuebel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2013139513A1 publication Critical patent/WO2013139513A1/de

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Classifications

    • 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 present invention relates to a laser spark plug for a
  • Laser spark plugs are used for example in gas engines, in particular (stationary) large gas engines. Furthermore, the
  • Liquid operated cooling circuits water hammer, corrosion
  • Cooling device which has at least one heat pipe.
  • the heat pipe which is also called “heatpipe” in English, can
  • evaporation liquid which at a hot side of the heat pipe is vaporized and condensed on a cold side of the heat pipe.
  • a heat pipe has a thermal conductivity greater by a multiple (factor 50 to 80) than a solid.
  • Housing of the laser spark plug can be done.
  • the heat pipe is arranged so that its longitudinal axis forms 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 of the laser spark plug facing the combustion chamber or an axially central region
  • 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 fluid, preferably a gas (at room temperature), in particular air, be formed, so that an efficient cooling fluid, preferably a gas (at room temperature), in particular air, be formed, so that an efficient
  • Heat dissipation 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 particularly efficient cooling and at the same time avoids the risk of leakage of conventional liquid-based cooling circuits containing no heat pipes
  • 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.
  • the heat pipe in the Brennraumabgewandten area of the laser spark plug protrudes from this or the housing and in this area with further means for
  • Heat dissipation e.g., heat sink for forced or convection cooling, etc.
  • heat sink for forced or convection cooling, etc.
  • 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.
  • the heat sink can be designed, 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
  • the heat sink may also be a braid of a highly heat conductive metal (copper braid, silver mesh and the like) or comparable
  • Porous (highly) thermally conductive materials are also useful to control the heat conduction from the heat pipe to the
  • 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 is preferably a substantially sleeve-shaped Has geometry.
  • the cooling passage surrounds the heat pipe or heat sink connected to it, e.g. coaxial and in turn is e.g. Coaxially surrounded by the housing portion of the laser spark plug, so that there are particularly large heat exchange surfaces at the same time low volume.
  • the heat pipe 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 extends, so that an efficient cooling in the axial direction of the laser spark plug is given.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the air guided through the cooling channel and heated therein is advantageous in the radial direction of the
  • Candle shaft is transported to where the heated air can escape, for example, in the environment.
  • the spark plug well or the
  • Spark plug shaft containing cylinder head of the internal combustion engine in terms be adapted to the shape of the laser spark plug according to the invention.
  • 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 between
  • Laser spark plug and the spark plug shaft remaining annular space has a sufficiently large cross-sectional area (between about 40% to about 100% of a cross-sectional area of the cooling channel or more) to allow efficient further transport of emerging from the output port of the laser spark plug heated cooling air, and thus as a continuation of the invention at least partially to serve within the housing of the laser spark plug arranged cooling channel.
  • 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.
  • the cooling channel in the interior of the laser spark plug provides a transport of cooling air "only" from a combustion chamber facing away end of the laser spark plug toward a combustion chamber facing end portion of the laser spark plug
  • a first portion of a housing in the laser spark plug also be provided that a first portion of a housing in the
  • Laser spark plug arranged cooling channel for the transport of air in the direction of the combustion chamber facing end portion of the laser spark plug is provided, wherein a second portion of the cooling channel adjoins the first portion of the cooling channel and arranged and formed for forwarding the already heated air in the opposite direction.
  • a portion of the heated in the housing of the laser spark plug cooling air also within the housing of the laser spark plug back to a in the
  • 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, for example 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.
  • 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 another sector of the interior of the laser spark plug, as the first cooling channel.
  • 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.
  • Blower device generated cooling air flow to at least one
  • Figure 1 schematically a first embodiment of an inventive
  • Embodiment of the invention in installation position in a cylinder head of an internal combustion engine
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of a further embodiment of a laser spark plug according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a laser spark plug 100, which has a housing 102.
  • the laser spark plug 100 has, in a manner known per se, means L for generating or amplifying laser radiation. From the laser spark plug 100 in a conventional manner generated Laserzündimpulse are symbolized in Figure 1 by the designated by the reference numeral LZ dashed block arrow and are through 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 a
  • the laser spark plug 100 has a cooling device 110, which has at least one heat pipe 12.
  • the heat pipe 12 is preferably arranged such that its longitudinal axis 1 12a an angle of approximately ⁇ 30 ° with a longitudinal axis 100a of the laser spark plug 100 or its housing 102, 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 portion 100 'of
  • Laser spark plug 100 are located in the combustion chamber facing away
  • End region 100 'of the laser spark plug 100 further coolant or heat exchanger means 1 1 1 is provided, which are as the laser source L in thermal contact with the heat pipe 1 12 and allow a heat dissipation of the hot end of the heat pipe, for example, by convection or secondary cooling and the like.
  • the heat pipe 1 12 is arranged substantially approximately coaxially with the housing 102 of the laser spark plug 100, so that results in a particularly small-sized configuration.
  • the heat pipe 12 according to FIG. 1 is filled in a manner known per se with a liquid which readily evaporates at working temperature or nominal temperature, which is on the hot side of the heat pipe 12, which is on the left in FIG. 1, ie in thermal contact with the heat source (FIG. Laser device L), is evaporated and condensed again on the cold side (in Figure 1 right).
  • the heat pipe 1 12 has a much higher thermal conductivity than a solid.
  • the heat pipe 1 12 advantageously ensures that the heat of the laser components L of the laser spark plug 100 is uniformly distributed to the means for cooling 1 1 1.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device according to the invention
  • Internal combustion engine for example a stationary gas engine.
  • Laser spark plug 100 includes a pump laser 120 (e.g., designed as a diode laser) that provides laser radiation for optically pumping a laser active solid 122.
  • a pump laser 120 e.g., designed as a diode laser
  • high-energy laser pulses that is, laser ignition pulses, can be generated for the internal combustion engine and radiated into the combustion chamber BR in a manner known per se.
  • the registered in the laser spark plug 100 or generated in her heat w1, w2, w3 is seen in Figure 2 at least partially by a cooling block 1 18, which is preferably part of the cooling device according to the invention 1 10, recorded and to the thermally with the cooling block 1 18th connected heat pipe 1 12 forwarded (arrow w4).
  • the heat sink 1 16 may be, for example, a radial heat sink, which is connected to the heat pipe 1 12 with good thermal conductivity. As can be seen from Figure 2, a corresponding heat flow from the heat pipe 1 12 results in the heat sink 1 16, compare the unspecified arrows.
  • a cooling of the heat sink 1 16 according to the invention advantageously by the introduction of air L or other gaseous coolant in The cooling air L, as shown in FIG. 2, is blown into the housing 102 of the laser spark plug 100 in the axial direction from right to left, as shown in FIG. 2, on the right side of the combustion chamber facing away from the combustion chamber.
  • the heat sink 1 16 is arranged relative to the sleeve-shaped housing portion 102 a, that it in a
  • Cooling channel 1 14 is defined by the also substantially sleeve-shaped space between the heat pipe 1 12 and the
  • the cooling air L passes through the cooling channel 1 14 and thereby absorbs heat from the heat sink 1 16. While the cooling channel 1 14 in the
  • the cooling channel 1 14 preferably has an axially aligned inlet opening 1 14a for receiving the cooling air L, the cooling channel has 1 14 in its combustion chamber end facing
  • cooling air L undergoes a
  • Laser spark plug 100 leak into the environment.
  • the inventive configuration of the cooling channel 1 14 thus advantageously allows efficient cooling of the heat sink 1 16 and at the same time efficient disposal of the heated cooling air L 'from the housing 102 of the laser spark plug 100 out.
  • the region of the plug shaft between the section 102a and the cylinder head ZK acts as it were as
  • the heat pipe 1 12 extends in a further 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.
  • the heat sink 16 can advantageously be embodied inexpensively as an extruded profile, wherein the profile can be embodied in a star-shaped, star-shaped with branches or also honeycomb-shaped (for enlarging the surface) or else differently.
  • the heat pipe 1 12 or at least one heat pipe can also be formed and
  • Brennraumabgewandten end portion 100 'of the housing 100 protrudes, so that the protruding end, for example by means of a heat sink disposed thereon (not shown), which is arranged externally to the housing 102, can be cooled by convection cooling.
  • Cooling block 1 18 an electrical connection 130 may be arranged, and a corresponding connection cable 132 may within the cooling channel 1 14 to the combustion chamber remote end portion 100 'of the laser spark plug 100 and thus to an electrical connection of the laser spark plug 100 (not shown) out become. It is also conceivable that the heat sink 1 16 recesses for receiving the cable 132 and optionally required further cable (electrical, optical), so that the heat sink 1 14 in addition to the known or described cooling simultaneously for mechanical retention of the cable or to their fixation and / or their protection is used.
  • 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 can still efficient due to the use of the heat pipe 1 12
  • the housing tube 102a of the laser spark plug 100 advantageously serves, among other things, to separate air flowing in and out L, L ", and can also serve for mechanically holding the heat sink 166 or the cooling block 118.
  • the housing 102a protects the electrical connections 130 and the cable 132 and may also serve to transmit the torque (tightening torque) for screwing the laser spark plug 100 in or out of the cylinder head ZK.
  • the laser spark plug 100 Compared to conventional water-cooled laser spark plugs, the laser spark plug 100 according to the invention has the advantage that there is no risk of possible leakage of the cooling circuit, because the heat pipe 12 represents a closed cooling circuit which does not require a fluid interface. Furthermore, the laser spark plug 100 can be produced very inexpensively, since the cooling channel 1 14 according to the invention and the heat pipe 12 require a relatively less complex configuration. In particular, no liquid-carrying lines or connections are necessary due to the combination of heat pipe 1 12 and air cooling.
  • the temperature level of the cooling air L can be much lower, so that advantageous to Peltier elements or other measures to reduce the Can be omitted cooling temperature.
  • Laser spark plug according to the invention 100 compared to known air-cooled systems extremely small because the heat pipe 1 12 is located within the housing 102. Furthermore, the heat exchanger, so the heat sink 1 16 and the cooling channel 1 14 is disposed within the spark plug housing 102.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of a further embodiment of the invention, wherein the sectional plane lies in the area facing away from the combustion chamber 100 '.
  • an inner space of the housing 102 of the laser spark plug 100 is divided into two separate sections
  • the first sector 1 140 is associated with the inlet opening 1 14a, which is acted upon as already described with cooling air.
  • the cooling air introduced into the inlet opening 14a into the drawing plane of FIG. 3 passes through the heat sink 16 and can pass through an opening (not shown) in the partition wall 144, which is preferably in the
  • Cooling block 1 18 to (along the heat sink 1 16 along) and the return of heated cooling air from the cooling block 1 18 to the combustion chamber facing away end portion 100 'out within the housing 102.
  • a heat sink connected to the heat pipe 1 12, e.
  • Element 1 16 also protrude into the second sector 1 142. More than two sectors 1 140, 1 142 for the formation of cooling channels are also conceivable, as well as a combination of the variant of FIG. 3 with the embodiment of FIG. 2, in the heated cooling air both via a housing-internal "return channel" 1 142 and can be discharged via the annular space between the laser spark plug 100 and the plug shaft.
  • a Peltier element (not shown) can be provided which can be used for cooling the components 1 18, 120, 122. It is preferably arranged between the components 1 18, 120, so that its waste heat in turn efficiently through the heat pipe 1 12 and the cooling channel 1 14 can be derived.
  • An electronic system for controlling and / or regulating the operation of the Peltier element can, but need not, be advantageously completely integrated into the housing 102 and, for example, be supplied with electrical energy or control signals via the cable 132.
  • FIG. 4 schematically shows an internal combustion engine 300 having a
  • Laser ignition device 200 wherein the laser ignition device 200 at least one laser spark plug 100 according to the invention 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 comprises a blower 216 and distribution means 214a, 214b (e.g., hoses) for distributing a cooling air flow generated by the blower 216 to at least one laser spark plug 100.
  • a (small) blower may also be integrated directly into the laser spark plug 100.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine und ist gekennzeichnet durch eine mindestens ein Wärmerohr (112) aufweisende Kühleinrichtung (110).

Description

Beschreibung Titel
Laserzündkerze
Stand der Technik
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.
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).
Offenbarung der Erfindung
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Laserzündkerze,
Figur 2 schematisch eine Laserzündkerze gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung in Einbaulage in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,
Figur 3 schematisch eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und
Figur 4 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Laserzündeinrichtung.
Figur 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 Figur 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.
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.
Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 daher eine Kühleinrichtung 1 10 auf, welche mindestens ein Wärmerohr 1 12 besitzt. Das Wärmerohr 1 12 ist wie aus Figur 1 ersichtlich bevorzugt so angeordnet, dass seine Längsachse 1 12a 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 1 1 1 vorgesehen, die ebenso wie die Laserquelle L in thermischem Kontakt zu dem Wärmerohr 1 12 stehen und eine Entwärmung des heißen Endes des Wärmerohrs beispielsweise durch Konvektion oder eine sekundäre Kühlung und dergleichen ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist das Wärmerohr 1 12 im Wesentlichen etwa koaxial zu dem Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 angeordnet, so dass sich eine besonders kleinbauende Konfiguration ergibt.
Das Wärmerohr 1 12 gemäß Figur 1 ist in an sich bekannter Weise mit einer bei Arbeitstemperatur beziehungsweise Nenntemperatur leicht verdampfenden Flüssigkeit gefüllt, die an der heißen Seite des Wärmerohrs 1 12, welche sich gemäß Figur 1 links befindet, also in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle (Lasereinrichtung L), verdampft wird und auf der kalten Seite (in Figur 1 rechts) wieder kondensiert. Durch die Nutzung von Verdampfung und Kondensation hat das Wärmerohr 1 12 eine um ein Vielfaches größere Wärmeleitfähigkeit als ein Festkörper. Dadurch sorgt das Wärmerohr 1 12 vorteilhaft dafür, dass die Wärme der Laserkomponenten L der Laserzündkerze 100 gleichmäßig auf die Mittel zur Entwärmung 1 1 1 verteilt wird.
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 1 12 vollständig innerhalb des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 zu führen, sondern eine externe Anordnung beziehungsweise Durchführung des Wärmerohrs 1 12 durch das Gehäuse 102 ist ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann das Wärmerohr 1 12 auch teilweise über das brennraumabgewandte Ende 100' der Laserzündkerze hinausragen und dort mit geeigneten Wärmetauschermitteln (z.B. Kühlkörper) gekühlt werden. Figur 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.
Die hierbei anfallende Wärme ist in Figur 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 ).
Die in die Laserzündkerze 100 eingetragene beziehungsweise in ihr erzeugte Wärme w1 , w2, w3 wird wie aus Figur 2 ersichtlich zumindest teilweise durch einen Kühlblock 1 18, der vorzugsweise Bestandteil der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 1 10 ist, aufgenommen und an das thermisch mit dem Kühlblock 1 18 verbundene Wärmerohr 1 12 weitergeleitet (Pfeil w4). Auf diese Weise gelingt ein effizienter Transport der betreffenden Wärmemenge innerhalb des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 in axialer Richtung in Figur 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 1 12 mindestens ein Kühlkörper 1 16 zugeordnet und wenigstens thermisch mit diesem verbunden.
Bei dem Kühlkörper 1 16 kann es sich beispielsweise um einen Radialkühlkörper handeln, der thermisch gut leitend mit dem Wärmerohr 1 12 verbunden ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ergibt sich ein entsprechender Wärmefluss aus dem Wärmerohr 1 12 in den Kühlkörper 1 16, vergleich die nicht näher bezeichneten Pfeile.
Eine Entwärmung des Kühlkörpers 1 16 erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft durch die Einbringung von Luft L oder von einem anderen gasförmigen Kühlmittel in dem in Figur 2 rechts abgebildeten brennraumabgewandten Endbereich 100' der Laserzündkerze 100. Die Kühlluft L wird wie aus Figur 2 ersichtlich in axialer Richtung von rechts nach links in das Gehäuse 102 der Laserzündkerze 100 eingeblasen. Besonders vorteilhaft ist der Kühlkörper 1 16 relativ zu dem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt 102a so angeordnet, dass er in einem
Kühlkanal 1 14 liegt, der definiert ist durch den ebenfalls im Wesentlichen hülsenförmigen Zwischenraum zwischen dem Wärmerohr 1 12 und der
Innenwand 102a' des hülsenförmigen Bereichs 102a des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100.
Die Kühlluft L tritt durch den Kühlkanal 1 14 hindurch und nimmt dabei Wärme von dem Kühlkörper 1 16 auf. Während der Kühlkanal 1 14 in dem
brennraumabgewandten Endbereich 1 14a' des Kühlkanals 1 14 bevorzugt über eine axial ausgerichtete Eingangsöffnung 1 14a zur Aufnahme der Kühlluft L verfügt, verfügt der Kühlkanal 1 14 in seinem brennraumzugewandten Endbereich
1 14b' bevorzugt über mindestens eine radial ausgerichtete Ausgangsöffnung 1 14b, die bewirkt, dass die durch den Kühlkanal 1 14 hindurchgetretene und dabei durch den Kühlkörper 1 16 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 Figur 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.
Die erfindungsgemäße Konfiguration des Kühlkanals 1 14 ermöglicht demnach vorteilhaft eine effiziente Entwärmung der Kühlkörper 1 16 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 1 14.
Durch den Einsatz des Wärmerohrs 1 12 kann trotz der an sich ungünstigen Grundgeometrie für eine Wärmeleitung in axialer Richtung (rechts/links in Figur 2) ein effizienter Wärmeabtransport weg von den Lasereinrichtungen 120, 122 und hin zu dem Kühlkörper 1 16 erfolgen. In Kombination mit dem im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Kühlkanal 1 14 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".
Ein besonders effizienter axialer Wärmetransport zu dem
brennraumabgewandten Bereich 100' der Laserzündkerze 100 hin ergibt sich einer bevorzugten Ausführungsform zufolge dann, wenn die Länge 12 des Wärmerohrs 1 12 in axialer Richtung der Laserzündkerze 100 mindestens etwa 20%, vorzugsweise mindestens etwa 30%, der Gesamtlänge 11 des Gehäuses 102 der Laserzündkerze 100 beträgt.
Besonders bevorzugt erstreckt sich das Wärmerohr 1 12 bei noch einer weiteren Ausführungsform in axialer Richtung der Laserzündkerze 100 über mehr als etwa 50% der Gesamtlänge des Gehäuses der Laserzündkerze 100.
Der Kühlkörper 1 16 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.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Wärmerohr 1 12 beziehungsweise mindestens ein Wärmerohr auch so ausgebildet und
angeordnet werden, dass es über den in Figur 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.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann im Bereich des
Kühlblocks 1 18 ein elektrischer Anschluss 130 angeordnet sein, und ein entsprechendes Anschlusskabel 132 kann innerhalb des Kühlkanals 1 14 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 1 16 Aussparungen zur Aufnahme des Kabels 132 sowie gegebenenfalls erforderlicher weiterer Kabel (elektrisch, optisch) aufweist, so dass der Kühlkörper 1 14 neben der an sich bekannten beziehungsweise beschriebenen Entwärmung gleichzeitig zur mechanischen Halterung der Kabel beziehungsweise zu ihrer Fixierung und/oder ihrem Schutz dient.
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 1 12 dennoch eine effiziente
Entwärmung der Komponenten 120, 122, IR der Laserzündkerze 100
sicherstellen.
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 1 16 beziehungsweise des Kühlblocks 1 18 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.
Gegenüber herkömmlichen wassergekühlten Laserzündkerzen besitzt die erfindungsgemäße Laserzündkerze 100 den Vorteil, dass keine Gefahr einer möglichen Leckage des Kühlkreislaufs besteht, weil das Wärmerohr 1 12 einen abgeschlossenen Kühlkreislauf darstellt, der keine Fluidschnittstelle erfordert. Ferner ist die Laserzündkerze 100 sehr kostengünstig herstellbar, da der erfindungsgemäße Kühlkanal 1 14 und das Wärmerohr 1 12 eine verhältnismäßig wenig komplexe Konfiguration erfordern. Insbesondere sind aufgrund der Kombination von Wärmerohr 1 12 und Luftkühlung keine flüssigkeitsführenden Leitungen- beziehungsweise Anschlüsse notwendig.
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 1 12 innerhalb des Gehäuses 102 befindet. Ferner ist auch der Wärmetauscher, also Kühlkörper 1 16 sowie der Kühlkanal 1 14 innerhalb des Zündkerzengehäuses 102 angeordnet.
Figur 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
1 140, 1 142 geteilt, die jeweils einen Kühlkanal darstellen. Dem ersten Sektor 1 140 ist die Eingangsöffnung 1 14a zugeordnet, die wie bereits beschrieben mit Kühlluft beaufschlagbar ist. Die in die Eingangsöffnung 1 14a in die Zeichenebene der Fig. 3 hinein eingeleitete Kühlluft passiert den Kühlkörper 1 16 und kann durch eine nicht gezeigt Öffnung in der Trennwand 1 144, die bevorzugt im
Bereich des Kühlblocks 1 18 liegt, von dem ersten Sektor 1 140 in den zweiten Sektor 1 142 wechseln, der die Kühlluft in Richtung aus der Zeichenebene der Fig. 3 heraus zu der Ausgangsöffnung 1 14c führt, die sich im
brennraumabgewandten Endbereich 100' befindet. Bei dieser Konfiguration der Laserzündkerze erfolgt also sowohl der Hintransport von frischer Kühlluft auf den
Kühlblock 1 18 zu (an dem Kühlköper 1 16 entlang) als auch der Rücktransport von erwärmeter Kühlluft von dem Kühlblock 1 18 zu dem brennraumabgewandten Endbereich 100' hin innerhalb des Gehäuses 102. Optional kann ein mit dem Wärmerohr 1 12 verbundener Kühlkörper, z.B.
Element 1 16, auch in den zweiten Sektor 1 142 hineinragen. Mehr als zwei Sektoren 1 140, 1 142 zur Ausbildung von Kühlkanälen sind ebenfalls denkbar, ebenso wie eine Kombination der Variante nach Fig. 3 mit der Ausführungsform nach Fig. 2, bei der erwärmte Kühlluft sowohl über einen gehäuseinternen „Rückkanal" 1 142 als auch über den Ringraum zwischen Laserzündkerze 100 und Kerzenschacht abführbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Peltierelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein, das zur Kühlung der Komponenten 1 18, 120, 122 einsetzbar ist. Es ist bevorzugt zwischen den Komponenten 1 18, 120 angeordnet, so dass seine Abwärme wiederum effizient durch das Wärmerohr 1 12 und den Kühlkanal 1 14 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.
Fig. 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.
Alternativ hierzu kann ein (Klein-)Gebläse (nicht gezeigt) auch direkt in die Laserzündkerze 100 integriert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Laserzündkerze (100) für eine Brennkraftmaschine (300), gekennzeichnet durch eine mindestens ein Wärmerohr (1 12) aufweisende Kühleinrichtung (1 10).
2. Laserzündkerze (100) nach Anspruch 1 , wobei das Wärmerohr (1 12) so angeordnet ist, dass seine Längsachse (1 12a) einen Winkel von etwa kleiner 30° mit einer Längsachse (100a) der Laserzündkerze (100) einschließt.
3. Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmerohr (1 12) zumindest teilweise innerhalb eines Gehäuses (102) der Laserzündkerze (100) angeordnet ist, und wobei in dem Gehäuse (102) ein Kühlkanal (1 14) zum Hindurchleiten eines Kühlfluids, insbesondere Luft (L), gebildet ist.
4. Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühleinrichtung (1 10) mindestens einen mit dem Wärmerohr (1 12) thermisch verbundenen Kühlkörper (1 16) aufweist, wobei der Kühlkörper (1 16) bevorzugt zumindest teilweise in einem bzw. dem Kühlkanal (1 14) angeordnet ist
5. Laserzündkerze (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das
Gehäuse (102) zumindest bereichsweise einen im wesentlichen
hülsenförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt (102a) aufweist und wobei der Kühlkanal (1 14) zwischen einer Innenwand (102a') des im wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitts (102a) und dem Wärmerohr (1 12) angeordnet ist, wobei der Kühlkanal (1 14) bevorzugt eine im
wesentlichen hülsenförmige Geometrie aufweist.
6. Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich das Wärmerohr (1 12) in axialer Richtung der Laserzündkerze (100) über mindestens 20 Prozent, vorzugsweise jedoch über mindestens 30 Prozent, besonders bevorzugt über mindestens 50 Prozent, einer Gesamtlänge (11 ) des Gehäuses (102) der Laserzündkerze (100) erstreckt.
Laserzündkerze (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Kühlkanal (1 14) mindestens eine Eingangsöffnung (1 14a) zum Einbringen eines Kühlfluids, insbesondere Luft, aufweist, die in einem
brennraumabgewandten Endbereich (1 14a') des Kühlkanals (1 14) angeordnet ist, und wobei der Kühlkanal (1 14) mindestens eine
Ausgangsöffnung (1 14b) zum Ausleiten des durch den Kühlkanal (1 14) geführten Kühlfluids, aufweist, die in einem brennraumzugewandten Endbereich (1 14b') des Kühlkanals (1 14) angeordnet ist.
Laserzündkerze (100) nach Anspruch 7, wobei die Eingangsöffnung (1 14a) in axiale Richtung bezogen auf die Längsachse der Laserzündkerze (100) weist, und wobei die Ausgangsöffnung (1 14b) in radiale Richtung weist.
Laserzündeinrichtung (200) für eine Brennkraftmaschine (300), wobei die Laserzündeinrichtung (200) mindestens eine Laserzündkerze (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche und Mittel (210) zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze (100) mit einem Kühlfluid, insbesondere Luft, aufweist.
0. Laserzündeinrichtung (200) nach Anspruch 9, wobei die Mittel (210) zur Versorgung der mindestens einen Laserzündkerze (100) mit einem Kühlfluid eine Gebläseeinrichtung (216) und Verteilermittel (214a, 214b) zur
Verteilung eines mittels der Gebläseeinrichtung (216) erzeugten
Kühlluftsroms auf mindestens eine Laserzündkerze (100) aufweisen.
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