(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム（２４）を案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段（２６）を備えており、更には燃焼室窓（５８）及びケーシング（３８）も備えている内燃機関（１０）のためのレーザ点火プラグにおいて、
前記ケーシング（３８）は前記燃焼室窓（５８）の前記手段（２６）が設けられている側とは反対側において、前記手段（２６）によって案内、成形及び／又は形成された前記レーザビームを燃焼室へと通過させるための絞り（７４）を有しており、
前記絞り（７４）は、該絞り（７４）の内側輪郭（７１）が該絞り（７４）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において成している第１の外側エッジ（８９）と、前記ケーシング（３８）自体の輪郭を成している第２の外側エッジ（９０）とを有しており、
前記第１の外側エッジ（８９）は丸み（９１）又は面取り部（９２）を有しており、
前記絞り（７４）は、前記内側輪郭（７１）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において７８ｍｍ2以下の出口断面積（ＱBA）を有しており、
前記絞り（７４）の内側輪郭（７１）は、前記絞り（７４）の燃焼室（１４）側の端部及び前記絞り（７４）の燃焼室（１４）側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域において、最大又は最小の断面積（ＱX）を備えていることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
【請求項２】
レーザビーム（２４）を案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段（２６）を備えており、更には燃焼室窓（５８）及びケーシング（３８）も備えている内燃機関（１０）のためのレーザ点火プラグにおいて、
前記ケーシング（３８）は、前記燃焼室窓（５８）の前記手段（２６）が設けられている側とは反対側において、前記手段（２６）によって案内、成形及び／又は形成された前記レーザビーム（２４）を前記ケーシング（３８）の燃焼室側の端部（３８１）に配置されている副室（１１０）へと通過させるための絞り（７４）を有しており、
前記副室（１１０）の内室（１１１）と前記副室（１１０）を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポート（１２０）が設けられており、
前記少なくとも一つの送気ポート（１２０）は、流体が前記送気ポート（１２０）を通過して前記副室（１１０）の前記内室（１１１）へと流入する際に、前記レーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定された４５°の最小角度εで前記絞り（７４）の内側に流入する流体（Ｆ）の流れが生じるように配置及び形成されており、
前記絞り（７４）は、該絞り（７４）の内側輪郭（７１）が該絞り（７４）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において成している第１の外側エッジ（８９）と、前記ケーシング（３８）自体の輪郭を成している第２の外側エッジ（９０）とを有しており、
前記第１の外側エッジ（８９）は丸み（９１）又は面取り部（９２）を有しており、
前記絞り（７４）は、前記内側輪郭（７１）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において７８ｍｍ2以下の出口断面積（ＱBA）を有していることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
【請求項３】
レーザビーム（２４）を案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段（２６）を備えており、更には燃焼室窓（５８）及びケーシング（３８）も備えている内燃機関（１０）のためのレーザ点火プラグにおいて、
前記ケーシング（３８）は、前記燃焼室窓（５８）の前記手段（２６）が設けられている側とは反対側において、前記手段（２６）によって案内、成形及び／又は形成された前記レーザビーム（２４）を前記ケーシング（３８）の燃焼室側の端部（３８１）に配置されている副室（１１０）へと通過させるための絞り（７４）を有しており、
前記副室（１１０）の内室（１１１）と前記副室（１１０）を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポート（１２０）が設けられており、
前記少なくとも一つの送気ポート（１２０）は、流体が前記送気ポート（１２０）を通過して前記副室（１１０）の前記内室（１１１）へと流入する際に、前記レーザ点火プラグ（１００）の長手軸（ＬＡ）の方向の成分を有している渦の軸（ＷＢ）を中心に回転する少なくとも一つの渦を前記絞り（７４）の領域内に有している流体（Ｆ）の流れが生じるように配置及び形成されており、
前記絞り（７４）は、該絞り（７４）の内側輪郭（７１）が該絞り（７４）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において成している第１の外側エッジ（８９）と、前記ケーシング（３８）自体の輪郭を成している第２の外側エッジ（９０）とを有しており、
前記第１の外側エッジ（８９）は丸み（９１）又は面取り部（９２）を有しており、
前記絞り（７４）は、前記内側輪郭（７１）の前記燃焼室窓（５８）側とは反対側の端部において７８ｍｍ2以下の出口断面積（ＱBA）を有していることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
【請求項４】
レーザビーム（２４）を案内、成形及び／又は形成するための前記手段は受動型Ｑスイッチ固体レーザである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項５】
前記受動型Ｑスイッチ固体レーザはモノリシックに形成されている、請求項４に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項６】
前記レーザ点火プラグは前記固体レーザを光学的に励起するための装置を備えている、請求項４又は５に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項７】
前記固体レーザを光学的に励起するための前記装置は半導体レーザである、請求項６に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項８】
前記レーザ点火プラグは前記ケーシングによって内燃機関に実装される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項９】
前記レーザ点火プラグは、前記ケーシングに含まれるネジを用いることにより、前記ケーシングによって内燃機関に実装される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１０】
前記ケーシングは内部スリーブ（６２）及び外部スリーブ（６４）を備えており、前記外部スリーブ（６４）は前記燃焼室（１４）に対向する端部に段部（６６）を備えており、該段部（６６）は前記内部スリーブ（６２）に対する前記燃焼室窓（５８）の押し付けに使用される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１１】
前記ケーシング（３８）は該ケーシングの燃焼室側の端部（３８１）において前記絞り（７４）を有している、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１２】
前記出口断面積（ＱBA）は１９ｍｍ2以下である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１３】
前記絞り（７４）の内側輪郭（７１）は、前記絞り（７４）の燃焼室（１４）側の端部及び前記絞り（７４）の燃焼室（１４）側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域において、少なくとも一つのエッジ（８３）を備えている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１４】
前記絞りの長さはＬであり、前記絞りの出口断面積はＱBAであり、但し、１＜Ｌ／（４ＱBA／π）1/2≦１０である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１５】
前記絞りの長さはＬであり、前記絞りの出口断面積はＱBAであり、但し、２＜Ｌ／（４ＱBA／π）1/2である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１６】
絞り（７４）とレーザビーム（２４）との間の距離（Ａ）は少なくとも前記絞り（７４）の内側輪郭（７１）の主要部分に沿って４ｍｍを超えない、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１７】
前記絞り（７４）の前記出口断面積は７ｍｍ2以下である、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１８】
前記絞り（７４）の前記出口断面積は３ｍｍ2以下である、請求項１７に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項１９】
前記絞り（７４）の前記出口断面積は０．０５ｍｍ2以上である、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項２０】
前記絞り（７４）の前記出口断面積は０．４ｍｍ2以上である、請求項１９に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項２１】
前記絞り（７４）の前記出口断面積は１ｍｍ2以上である、請求項２０に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項２２】
前記絞り（７４）の長さ（Ｌ）は４ｍｍ以上である、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のレーザ点火プラグ。
【請求項２３】
前記絞り（７４）の前記長さ（Ｌ）は１２ｍｍ以上である、請求項２２に記載のレーザ点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されているレーザ点火プラグに関する。
【０００２】
例えばWO 2005/066488 A1からは、点火レーザを備えている、内燃機関の点火用の装置が公知である。点火レーザは燃焼室側の端部に、点火レーザから放出されるレーザパルスに対して透過性である燃焼室窓を備えている。この燃焼室窓はそれと同時に、燃焼室内に発生している高い圧力及び温度に耐えられるものでなければならず、また、点火レーザの内部を燃焼室に対してシールするものでなければならない。特にこの場合、燃焼室に対向している燃焼室窓の表面には、高い表面温度及び圧力、並びに、例えばオイルの灰の堆積物、粒子等の形態の汚染物が発生する虞がある。
【０００３】
公知の装置においては、オイルの灰又は煤のような排ガスの特定の成分が燃焼室窓に堆積し、燃焼室窓の特性、例えばレーザビームに対する透過性のような特性が劣化することによって、燃焼室窓に悪影響が及ぼされることは不利とみなされる。
【０００４】
発明の概要
これに対し、本発明はレーザ点火プラグの動作をより信頼性の高いものにすることができるという利点を有している。特に、燃焼室窓における堆積物を低減するために本発明による措置が講じられる。このために本発明によれば、内燃機関のためのレーザ点火プラグが、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段と燃焼室窓とケーシングとを備えており、ケーシングは燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、その手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させる絞りを有している。絞りは燃焼室窓が晒されている条件に影響を及ぼし、それにより燃焼室窓における堆積物の形成が低減され、またレーザ点火プラグの信頼性が総じて改善されている。
【０００５】
レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段として、固体レーザ、例えば受動型Ｑスイッチ固体レーザ、例えばモノリシックに形成されている受動型Ｑスイッチ固体レーザが考えられる。レーザ点火プラグが固体レーザ、特に半導体レーザを光学的に励起するための装置を含んでいても良い。択一的に、固体レーザを光学的に励起するための装置をレーザ点火プラグから距離を置いて配置することも可能である。その場合、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段として、固体レーザを光学的に励起させるために使用されるビームをレーザ点火プラグに入射させることができる光学窓又は光ファイバが考えられる。一つ又は複数の固体レーザ、特にＱスイッチ固体レーザ又はモード結合型固体レーザをレーザ点火プラグから距離を置いて配置することも可能である。その場合、レーザ点火プラグの放射を例えば光ファイバに供給することができる。但し、レーザ点火プラグ自体はレーザ活性素子を含んでおらず、ビームを案内及び／又は成形する手段、特にレンズ及び／又はミラーしか含んでいない。
【０００６】
特に、ケーシングによって内燃機関にレーザ点火プラグを実装できることが保証されている。このために、ケーシングに含まれるネジ、及び／又は、別の緊締手段、例えば止め爪と相互的に作用することができる、ケーシングに含まれるシール面及び／又は接触面のようなそれ自体公知の固定手段を設けることもできる。ケーシングには更に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段及び燃焼室窓を機械的に固定するタスクが課されている。
【０００７】
燃焼室窓は、永続的な熱耐性及びビーム耐性のある少なくとも一つの固体、例えばガラス又は水晶、例えばサファイアから形成されている透明な構成要素である。これは特に、ビーム方向において一番奥にある、レーザ点火プラグに含まれる前述の種類の構成要素であるので、燃焼室窓の燃焼室側の表面は燃焼室と連通している。
【０００８】
燃焼室内に発生している条件（高温、高圧、高流速）及び媒体（粒子、オイルの灰等）に起因する、燃焼室窓の燃焼室に曝されている側の汚染及び／又は損傷を十分に低減するために、本発明によれば、ケーシングが、燃焼室窓のレーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段が設けられている側とは反対側、即ち、特に燃焼室窓の燃焼室側に絞りを有している。従って、燃焼室窓は特に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段と絞りとの間に配置されている。有利には、絞りはケーシングの燃焼室側の端部区間を形成している。特に、絞りをレーザ点火プラグのケーシングとワンピースで形成することができる、及び／又は、ケーシングの材料と同じ材料から形成することができる。択一的に、絞りは別個の構成部材として形成されており、また、ケーシングの別の部分に例えば溶接又はネジ止めによって固定されている。選択的に、絞りの燃焼室側には、レーザ点火プラグに含まれる別の構成素子群、例えば掃気式及び／又は非掃気式の副室を配置しても良い。
【０００９】
特に絞りは、通過部、とりわけ丁度一つの通過部を有する構造体である。燃焼室窓の燃焼室側は燃焼室及び／又はレーザ点火プラグの絞りの前方に配置されている副室と、特に絞りの一つの通過部のみを介して連通している。通過部はビーム方向に対する半径方向において絞りの内側輪郭によって境界付けられている。更に、通過部は前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを内燃機関の燃焼室、燃焼室の副室、及び／又は、レーザ点火プラグの絞りの前方に設けられている副室へと通過させるために設けられている。
【００１０】
本発明が基礎とする着想は、絞りを設けることによって、もしくはその種の絞りを適切に形成することによって、燃焼室窓の保護、特に燃焼室内に発生している条件、特に高温、高流速及びオイルの灰等の媒体からの燃焼室窓の保護を実現することである。
【００１１】
本発明に従い絞りを設けることによって、一方では、燃焼室窓に堆積する、粒子、オイルの灰等の形態の汚染物の量が低減される。他方では、例えば粒子が燃焼室窓の表面に衝突する衝撃が低減される。いずれの効果もそれぞれ、燃焼室窓における堆積物を著しく低減させることができ、また燃焼室窓に付着する堆積物の量を低減することができる。その結果、本発明によるレーザ点火装置の信頼性はより高いものとなる。絞りの更なる効果は、燃焼室窓の温度を低下させることである。低下された温度によって、堆積物の化学反応ないし燃焼室窓と堆積物の化学反応、言わば堆積物の焼付け、従って、燃焼室窓の永続的な損傷が回避される。これによって、燃焼室窓に堆積物が残存することがより少なくなり、清掃が容易になる。本発明による絞りによって、燃焼室窓に掛かる圧力、ないし燃焼室窓において生じる圧力変化も低減させることができ、これによって、やはり信頼性を高めることができる。
【００１２】
本発明の別の有利な実施の形態においては、絞りの長さを所期のように選定することができる。ここで、絞りの長さとは特にビーム方向における絞りの通過部の長さであると解される。択一的に、レーザ点火プラグの長手方向軸又は燃焼室窓の燃焼室側の面に垂直な方向も基礎とすることができる。更に、通過部の長さは絞りの燃焼室側の開口部（出口開口部とも称する）と燃焼室側とは反対側の開口部（入口開口部とも称する）との間で測定されている。不規則に成形されている開口部の絞りないし通過部では、その長さに関して、通過部と見なされる区間の横方向における遮蔽部が大部分に設けられているか否かが考慮されるべきである。特に、流れの偏向及び燃焼室窓の温度の低下による燃焼室窓における堆積物の回避は、その長さが４ｍｍ以上の絞りにおいて行なわれる。その最小長さが６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ又は１２ｍｍである絞りでもって一層良好な結果を達成することができる。絞りの長さに関する上限として２５ｍｍ、２０ｍｍ又は１５ｍｍが考えられる。それよりも長い絞りでは、長さ、従ってレーザ点火プラグの取り付けに必要とされる空間が過度に大きくなる虞がある。
【００１３】
本発明の別の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞り、特に絞りの材料が高い熱伝導率を有するように所期のように選定されている。
【００１４】
有利には絞りの材料は、例えば高合金鋼によって達成されるような高い摩耗耐性、特に熱耐性も有していることが望ましい。
【００１５】
この場合、絞り全体の材料をケーシング全体の材料と同一のものとすることができ、また高い熱伝導率を有することもできる。しかしながら、絞り全体だけを高い熱伝導率を有する材料から形成し、その一方でケーシングの別の構成部分が別の熱伝導率、特に比較的低い熱伝導率を有することも可能である。絞りの一部のみ、例えば、絞りの質量及び／又は体積に関して大部分を占める部分、及び／又は、絞りの内部にある、いわば「芯」として形成されている部分のみを高い熱伝導率を有する材料から形成し、その一方で絞りの別の部分が別の熱伝導率、特に比較的低い熱伝導率を有することも可能である。その種の配置構成でもって、有利には所望の熱伝導の調整と高い摩耗耐性を同時に達成することができる。
【００１６】
特に燃焼室窓の温度を低下させることによる燃焼室窓における堆積物の低減は、絞りが６０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以上の熱伝導率の材料を有している場合、特にその種の材料によって完全又は部分的に形成されている場合に既に達成される。８０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以上又は１２０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以上の熱伝導率の材料を有している絞りでもって、特にその種の材料から形成されている絞りでもって、一層良好な結果が達成される。特に、絞りの内部にある、いわば「芯」として形成されている部分の材料として真鍮、ニッケル及び銅、真鍮とニッケルの合金並びに銅合金が考えられるが、とりわけ銅が適している。
【００１７】
燃焼室窓の温度を低下させるための更なる措置は、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、ケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りの内部に少なくとも一つの冷却管を設けることである。冷却管は特に、冷却媒体、例えば冷却流体を貫流させるために設けられている。複数の冷却管及び／又は冷却管直径が１ｍｍ2以上及び／又は５ｍｍ2以下の冷却管を設けることも有利である。その種の冷却管は燃焼室窓の温度の低下に既に適したものである。高い熱伝導率の材料を有している絞りとの複合作用において、絞りからの熱を非常に良好に冷却管へと伝達させることができ、従って絞りから熱を排出することができる。
【００１８】
絞りの長さの所期の選定も、所期の材料選定及び／又は冷却管の設置もそれ自体で、しかしながら特に複合作用によって、燃焼室窓の温度を低下させることに適したものであり、特に、絞りの長さに関して説明した特徴と絞りの熱伝導に関して説明した特徴の組み合わせは、燃焼室窓の堆積の低減、従ってレーザ点火プラグの信頼性に関して有利である。燃焼室窓の領域に配置されているシール個所の温度の低下も、レーザ点火プラグの信頼性を改善する。
【００１９】
本発明の別の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、燃焼室窓の燃焼室側の前方には絞りの内側と連通している隙間が設けられており、その隙間の高さは所期のように低く選定されている。
【００２０】
ここで隙間とは、軸方向の両側において、特に一方では燃焼室窓、他方では絞りによってそれぞれ境界付けられており、また半径方向外側は特にケーシングによって境界付けられており、且つ、その半径方向の内側面が絞りの内側と連通している空間領域と解される。従って特別な実施の形態では、隙間は絞りと燃焼室窓との間に形成されている。隙間の高さとは、特に軸方向において隙間の境界を成している面間の距離と解される。不規則な幾何学的配置では、隙間の軸方向の境界が大部分に設けられているか否かが考慮されるべきである。
【００２１】
本発明のこの実施の形態は、一方では、本発明に従い形成されている隙間に流入する熱いガスの温度、特に燃焼ガスの温度が大幅に低下するという認識を基礎としている。その結果、隙間の内部における燃焼ガスの消滅及び煤の発生を伴う、いわゆる急冷が生じる。本発明のこの実施の形態は、他方では、そのようにして発生した煤が燃焼室窓の燃焼室側においても堆積するが、しかしながら、燃焼室窓の領域において通常生じるような強度のレーザビームによって確実に除去することができるので、全体としては、隙間に発生した煤によっても燃焼室窓の透明性に及ぼされる悪影響は僅かなものでしかない。
【００２２】
驚くべきことに、燃焼室窓の燃焼室側における煤の連続的な堆積及び除去によって、別の物質、特に別の燃焼生成物、例えばオイルの灰による燃焼室窓の燃焼室側における汚染を回避できる、又は著しく低減できることが分かった。この事実は非常に重要である。何故ならば、その種の物質、特にオイルの灰は、燃焼室窓の領域において通常生じるような強度のレーザビームによっても除去できない、又は部分的にしか除去できない、もしくは著しい手間を掛けてしか確実に除去できないからである。
【００２３】
燃焼室窓における堆積物の全体としての低減は、隙間の高さが最大で１ｍｍ、最大で０．５ｍｍ、最大で０．３ｍｍ、又は、最大で０．１ｍｍである場合に得られる。隙間の高さの下限として、０．０５ｍｍ及び０．０８ｍｍが考えられる。隙間が過度に狭い場合、十分な煤を発生させることができない。更に有利には、燃焼室窓に隙間が直接的に接するように設けられている、及び／又は、隙間の底面が環状又は半月状に選定されている。
【００２４】
隙間の底面の面積（以下では隙間断面積と称する）は有利には十分大きく選定されているので、流入するガスの量も適正量の煤を発生させるには十分である。更に有利には、絞りの内側において隙間の燃焼室側の前方にある領域が絞りの入口断面積を有しており、且つ、隙間断面積が入口断面積の少なくとも１０％、入口断面積の少なくとも３０％又は入口断面積の少なくとも５０％であるか、もしくは、入口断面積の少なくとも２倍又は入口断面積の少なくとも４倍の大きさである。隙間断面積の上限としては入口断面積の２５倍、特に入口断面積の１０倍の大きさが考えられる。それ以上では、レーザ点火プラグが過度に大きくなる虞がある。
【００２５】
絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定及び／又は冷却管の設置も、上述のような隙間の本発明による設置も、それ自体で既に、燃焼室窓の前方にある体積内の温度を低下させることに適している。しかしながら特に、そのような体積内の効率的な冷却、従って急冷効果の使用及び煤の発生は、隙間によって形成される体積が比較的低い温度を有する燃焼室窓との相互作用によって特に効果的に冷却される長い絞り及び／又は熱伝導が良好な絞りと隙間との複合作用によって行なわれる。
【００２６】
特に、煤の発生、堆積及び除去の上述の効果は、添加物を含有するオイル、特に添加量の多いオイルが潤滑に使用される内燃機関にレーザ点火プラグが使用される場合に有利である。何故ならば、特にその種のオイルが燃焼する際にはオイルの灰が発生し、そのような灰は別のやり方では容易に除去することはできない。他方では、無添加のオイル、即ちアッシュフリーオイルが潤滑に用いられる内燃機関に使用するために、この場合には不要な煤の発生を完全に又は十分に省略することによってレーザ点火プラグを最適化することも考えられる。この意味において、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、ケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、燃焼室窓の燃焼室側の前方に、絞りの内側と連通している隙間が設けられており、その隙間の高さは煤の発生が完全に、又は少なくとも十分に回避されるように選定されている。これに関して有利には、隙間の高さは０．３ｍｍを下回らない高さ、特に１ｍｍを下回らない高さに選定されている。隙間が更に高い場合、例えば少なくとも２ｍｍ又は少なくとも３ｍｍの高さである場合には、煤の発生を特に確実に回避することができる。絞りの入口断面積に比べて小さい隙間断面積を設けることも好適であり、特に、隙間断面積が絞りの入口断面積の最大で１００％、とりわけ最大で４０％、有利には最大で２０％であることは有利である。
【００２７】
本発明によれば、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側の前方における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りが燃焼室窓側とは反対側に小さい開口部断面積（「出口断面積」）を有している。
【００２８】
絞りの出口断面積は、特に絞りの通過部の燃焼室側の開かれた断面積である。不規則に成形されている出口開口部を有する通過部では、出口断面積に関して特に、通過部と見なされる区間の横方向の遮蔽部が大部分に設けられているか否かが考慮されるべきである。
【００２９】
絞りの出口断面積が小さいことから、燃焼室窓が燃焼室内に発生している条件から隔離される、特に高温、急激な圧力変動、高流速及び／又はオイルの灰の粒子、煤等から保護されるという有利な効果が得られる。従って、燃焼室窓における堆積を回避することができ、またレーザ点火プラグの信頼性を高めることができる。この効果は、出口断面積が７８ｍｍ2を下回る場合、特に１９ｍｍ2を下回る場合に生じる。７ｍｍ2を下回る、特に２ｍｍ2を下回る出口断面積でもってより一層良好な結果が達成される。加減として０．０５ｍｍ2、０．４ｍｍ2及び１ｍｍ2が考えられる。出口直径がさらに小さくなると、レーザビームの絞りの通過を場合によってはもはや十分確実に保証できない可能性がある。
【００３０】
絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定及び／又は冷却管の設置はそれぞれそれ自体で、又は相互に組み合わせることによって、燃焼室窓の温度を低下させることに既に適しているので、燃焼室窓における汚染物の「焼付け」が低減され、従ってレーザ点火プラグの信頼性も向上している。燃焼室窓の燃焼室側の前方に隙間を設けることによって上記と同様の効果を達成することができる。それらの措置を絞りの小さい出口断面積を設けることと組み合わせると、総じて、一方では僅かな粒子しか燃焼室窓に到達しないが、しかしながら他方では、燃焼室窓がそれらの残存粒子による汚染に対して耐性があるという効果が得られる。レーザ点火プラグの信頼性をこのようにして著しく高めることができる。
【００３１】
絞りが燃焼室側とは反対側において小さい出口断面積を有しており、これに関して本発明の発展の形態であるとする本発明による措置は、別個の記載が無い限りは、本発明の全ての実施の形態及び実施例にとって特に任意のものであると見なされる。
【００３２】
有利な実施の形態によれば、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側の前方における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、また、絞りの小さい出口断面積の設置に付加的又は択一的に、内燃機関のためのレーザ点火プラグがレーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段と燃焼室窓とケーシングとを備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞り、特に円筒状の絞りを有しており、絞りの長さはＬであり、絞りの出口断面積はＱBAであり、ここで１＜Ｌ／（４ＱBA／π）1/2≦１０である。
【００３３】
絞りの長さを絞りの開口部断面積ないし開口部直径に所期のように合わせることによって、内燃機関の燃焼室に生じている有害な条件の影響によって燃焼室窓に掛かる過負荷が回避されることが常に保証されている。ここでは、絞りの長さ及び絞りの開口部断面積の全体の効果が、条件１＜Ｌ／（４ＱBA／π）1/2≦１０の範囲内で考慮されることが重要である。このことは、比較的短い絞りも、この絞りの開口部断面積が所定の寸法内で小さいことを前提として、本発明による利点を有しているという認識を基礎としている。他方では、比較的大きい開口部断面積を有する絞りも、その絞りが比較的長い長さを有していることを前提として、依然として十分な遮蔽効果を有することができる。特に、２≦Ｌ／（４ＱBA／π）1/2及び／又はＬ／（４ＱBA／π）1/2≦７の場合、特にＬ／（４ＱBA／π）1/2≦６の場合に上述の技術的な効果が得られる。絞りの出口断面積が円形である特別な場合には、大きさ（４ＱBA／π）1/2が絞りの出口直径を表す。
【００３４】
本発明の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側の前方における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、また、絞りの小さい出口断面積の設置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りの内側輪郭が、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部のから距離を置いている領域に少なくとも一つのエッジ、特に複数のエッジを有している。
【００３５】
ここで絞りの内側輪郭のエッジとは、絞りの内側輪郭の異なる面状の領域が０とは異なる角度で相互に付き合っている幾何学的な対象、特に輪郭と解される。絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている絞りの内側輪郭の領域とは、絞りの内側の輪郭の中央の領域、特に絞りの長手方向の延在に関して中央にある領域であると解される。ある領域が絞りの前方５分の１と後方５分の１との間、特に絞りの前方４分の１と後方４分の１との間に配置されているか、又は絞りの中央の３分の１に配置されている場合、その領域は絞りの長手方向に関して中央にある。領域内にエッジを有している内側輪郭とは、エッジの少なくとも一部がその領域内に配置されていることと解されるが、しかしながら付加的に、エッジがこの領域の外側に配置されていても良い。有利な特別な場合には、エッジが完全に領域内にあっても良い。
【００３６】
上述の方式でのエッジの技術的な効果は、そのエッジが、絞りへのガスの流入の妨害部の出発点又は絞り内の流れの妨害部の出発点を表すことである。特に、エッジに基づいて、絞りに流入するガスの渦流又は絞り内を流れるガスの渦流が生じる。妨害部、特に渦流発生部に起因して、絞りに流入するガスと絞りの内側輪郭との相互作用が高まっており、またそのようにして相互作用が高まった結果、ガスに含まれる粒子が絞りの内側、特にエッジに堆積し、燃焼室窓にまで侵入しない傾向も高まっている。このようにして、エッジはいわば粒子捕捉部の効果を奏する。従って、燃焼室窓における堆積物が低減し、レーザ点火プラグの信頼性も高まる。
【００３７】
上述のようにしてただ一つのエッジを設けることによって既に上述の効果が得られるにかかわらず、特に有利な実施の形態においてはその種のエッジが複数設けられている。複数のエッジの数は二つ以上、特に二つより多い。少なくともエッジの一部及び／又は燃焼室窓に沿って覆われずに燃焼室窓に一つ又は複数のエッジが対向している場合、即ち、絞りの一部がエッジの一部と燃焼室窓の一部との間に配置されていない場合に、そのような一つ又は複数のエッジの配置構成は非常に効果的である。この場合エッジは、主として燃焼室窓に配向されている、絞りに流入する流れの一部又は絞り内の流れの一部に、妨害部又は渦流発生部を嵌め込むことに適している。
【００３８】
一つのエッジないし複数のエッジの特に有利な配置構成によって、そのエッジの配置構成又は複数のエッジの配置構成が段を形成する、及び／又は、絞りの内側輪郭が少なくとも部分的に燃焼室に対向する端部の方向において段状に先細りされる。特に少なくとも二つ、特に少なくとも三つ、有利には少なくとも四つの段を設けることができる。付加的に少なくとも一つの別の段、特に複数の別の段を設けることができ、その段においては絞りが燃焼室側とは反対側の端部の方向に向かって先細りされている。内側輪郭の段とは内側輪郭の少なくとも三つの部分面の配置構成と解され、その際に、内側輪郭のそれらの三つの部分面の内の一つが他の二つの部分面の間に配置されており、且つ、一つの部分面の半径方向の傾斜が三つ全ての部分面の半径方向の傾斜に関して極値的なものである。部分面は特にリング状の形状を有することができるが、他の幾何学形状も原理的には可能である。
【００３９】
製造技術的に好適な変形の形態においては、段がほぼ直角（８８°−９２°）、特に直角に形成されている。つまり、特に、二つの部分面がレーザ点火プラグの長手方向軸に対して平行に延在しており、一つの部分面がレーザ点火プラグの長手方向軸に対して直角に配向されている。特にその種の複数の段、例えば三つより多くの段、又は七つより多くの段を設けることができる。しかしながら、常に又は部分的に鈍角を成すか、もしくは常に又は部分的に鋭角を成す面から形成されている段、しかしながら有利には２５°よりも鋭くない角度で相互に付き合う面から形成されている段も考えられ、またそれぞれ異なる方式においても有利である。上記のやり方での複数の段の組み合わせも絞りにおいては原理的に可能である。
【００４０】
絞りの小さい出口断面積の設置も、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域における少なくとも一つのエッジの設置も、それぞれそれ自体で、燃焼室窓に衝突する粒子の数を低減することができる。二つの措置を相互に組み合わせると、絞りの小さい出口断面積によって空間的に集中する絞りへの流れを適切なエッジによって非常に所期のように妨害させることができる、特に渦流を発生させることができるという相乗効果が得られる。この場合、出口断面積が特に７８ｍｍ2以下、特に１９ｍｍ2以下、有利には７ｍｍ2以下、特に有利には２ｍｍ2以下である場合は好適であり、この出口直径を絞りの段状の内側輪郭、特に複数の段、とりわけ直角の段、特に絞りの断面積がそれぞれ絞りの内側輪郭の燃焼室側の端部から絞りの内側断面積の燃焼室側とは反対側の端部への方向において少なくとも１０％、特に少なくとも３５％大きくなる段を有する絞りの段状の内側輪郭とその都度有利に組み合わせることができる。
【００４１】
絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定及び／又は冷却管の設置はそれぞれそれ自体で、又は相互に組み合わせることによって、燃焼室窓の温度を低下させることに既に適しているので、燃焼室窓における汚染物の「焼付け」が低減され、堆積物も減少し、従ってレーザ点火プラグの信頼性も向上している。燃焼室窓の燃焼室側の前方に隙間を設けることによって同様の効果を達成することができる。それらの措置を、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域に少なくとも一つのエッジを設けることと組み合わせると、総じて、一方では少量の粒子しか燃焼室窓に到達せず、他方では燃焼室窓がそのような少量の粒子による汚染に対しても耐性があるという効果が得られる。レーザ点火プラグの信頼性をこのようにして著しく高めることができる。
【００４２】
本発明の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側の前方における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、また、絞りの小さい出口断面積の設置に付加的又は択一的に、また、上記のようなエッジの設置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有しており、その絞りが燃焼室側の端部と燃焼室側とは反対側の端部とを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りの内側輪郭が、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域において極値的な断面積を有している。
【００４３】
特に、絞りの内側輪郭の極値的な断面積とは、その面積及びレーザ点火プラグの長手軸方向に関して局所的な最大値を表している断面積、即ち、特に、両方の長手軸方向において小さくなっている断面積、又は、局所的な最小値を表している断面積、即ち、両方の長手軸方向において大きくなっている断面積と解される。絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域における絞りの極値的な断面積は、特に、絞りの入口断面積よりも大きく、且つ、絞りの出口断面積よりも大きい絞りの断面積が存在すること、又は、絞りの入口断面積よりも小さく、且つ、絞りの出口断面積よりも小さい絞りの断面積が存在することを意味していると考えられる。極値的な断面積とは、特に、絞りの出口断面積が位置する平面に平行な平面に位置する断面積、及び／又は、絞りの入口断面積が位置する平面に平行な平面に位置する断面積、及び／又は、燃焼室窓の燃焼室側の表面が位置する平面に平行な断面積、及び／又は、レーザ点火プラグの長手方向軸に垂直な断面積である。
【００４４】
絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域における絞りの内側輪郭が極値的な断面積を備える措置の技術的な効果は、極値的な断面積の領域が、絞りへのガスの流入の妨害部の出発点、又は、絞り内の流れの妨害部を表すことである。特に、極値的な断面積の領域に起因して、絞りへと流入する排ガス又は絞り内の流れの渦流を生じさせることができる。妨害部、特に渦流発生部に起因して、絞りへと流入する排ガスと絞りの内側輪郭との相互作用が高まっており、またそのようにして相互作用が高まった結果、排ガスに含まれる粒子が絞りの内側に堆積し、燃焼室窓にまで侵入しない傾向も高まっている。そのようにして、極値的な断面積の領域はいわば粒子捕捉部の効果を奏する。
【００４５】
上述の効果は、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域を設けることによって既に得られるが、複数の発展の形態においては、絞りが燃焼室側とは反対側の端部において入口断面積を有しており、燃焼室側の端部において出口断面積を有しており、極値的な断面積が入口断面積よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％小さく、且つ、出口断面積よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％小さいか、又は、極値的な断面積が入口断面積よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％大きく、且つ、出口断面積よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、有利には少なくとも３０％大きい。絞りの内側輪郭の有利な形状では、絞りの内側輪郭が、それぞれ円錐台の形状、特にそれぞれ直円錐台の形状を有している二つの部分を備えており、それらの二つの部分が有利には直接的に隣り合っている。即ち、それぞれが比較的大きい端面又は比較的小さい端面によって相互に接しており、従って、いわば二重の円錐台を形成している。つまり、円錐台が相互に接している個所においては、絞りの内側輪郭の狭窄部又は膨張部に沿って延在しているエッジが生じる。
【００４６】
特に、狭窄部及び／又は膨張部のような環状の幾何学的な特徴部が設けられている、及び／又は、アンダーカットが設けられている絞りの回転対称的な内側輪郭の他に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りの内側輪郭を回転対称的な形状とは異なる形状にすることも基本的には可能であり、また有利である。その種の非対称性は、絞りに流入する排ガスと絞りの内側輪郭との相互作用を高め、そのような高まった相互作用の結果、排ガスに含まれる粒子が絞りの内側に堆積し、燃焼室窓にまで侵入しない傾向も高まるという効果を有している。従って、燃焼室窓における堆積物は減少しており、レーザ点火プラグの信頼性は高まっている。非回転対称の形状を有する特別な内側輪郭は、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている、少なくとも一つの切欠部、特に複数の切欠部を有している。絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている凸部、特に複数の凸部も有利である。何故ならば、切欠部及び／又は凸部は絞りへの排ガスの流入の妨害部の出発点を表すからである。特に、切欠部及び／又は凸部に起因して、絞りへと流入するガスの渦流を生じさせることができる。特に有利には、切欠部及び／又は凸部が絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域に設けられており、且つ、極値的な断面積を有している。絞りの他の形状の内側輪郭を設けること、特に、流れに関して最適化されており、例えば角張っておらずに、丸みを持つように形成されている、及び／又は、完全に又は部分的にラバル管として形成されている絞りを設けることも基本的には可能である。
【００４７】
絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている、絞りの内側輪郭の領域においては、上述のような一つ又は複数のエッジの設置も、極値的な断面積及び／又は切欠部又は凸部の設置も、それぞれが既にそれ自体で、絞りへのガスの流入の妨害部を表すことができ、また特に絞りへと流入するガスの渦流を生じさせることができる。この技術的な効果は、広範な範囲において、上述した特徴の複数を有する絞りにおいて生じる。
【００４８】
絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定及び／又は冷却管の設置はそれぞれそれ自体で、又は相互に組み合わせることによって、燃焼室窓の温度を低下させることに既に適しているので、燃焼室窓における堆積物が低減され、従ってレーザ点火プラグの信頼性も向上している。燃焼室窓の燃焼室側の先方に上述のやり方で隙間を設けることによって、上述のようにそれ自体で、また特に相互の組み合わせによって、同様の効果を達成することができる。それらの措置を、絞りの燃焼室側の端部及び絞りの燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域に極値的な断面積を設けることと組み合わせると、総じて、一方では少量の粒子しか燃焼室窓に到達せず、しかしながら他方では燃焼室窓が残りのそれらの粒子による汚染に対しても耐性があるという効果が得られる。レーザ点火プラグの寿命をそのようにして著しく延長することができる。
【００４９】
本発明の別の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、また、絞りの小さい出口断面積の設置に付加的又は択一的に、また、それぞれ上述のようなエッジ及び／又は極値的な断面積の設置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、このレーザ点火プラグが、絞りを通過したレーザビームのビーム形状を規定するための少なくとも一つの収束手段を備えており、絞りとレーザビームの距離は、少なくとも絞りの内側輪郭の主要部分に沿って、最大距離を上回らない。
【００５０】
少なくとも一つの収束手段として、収束光学系、例えば一つ又は複数のレンズ、及び／又は、一つ又は複数のミラー、特に湾曲した表面を備えている一つのミラー又はそれぞれが湾曲した表面を備えている複数のミラーが考えられる。燃焼室窓及び／又はレーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段を収束素子として形成することも付加的又は択一的に可能である。少なくとも一つの収束手段を設けることによって、絞りを通過したレーザビームのビーム形状は基本的に規定されている。絞りを通過したレーザビームのビーム形状がレーザ点火プラグの別の動作パラメータ、例えば電流又は温度に依存するレーザ点火プラグでは、その動作パラメータがレーザ点火プラグの動作のために設定されている値を取る場合には、レーザ点火プラグによって供給されるビーム形状を収束手段によって規定されたビーム形状とみなすことができる。レーザビームのビーム形状、特にビームの姿勢、ビームの寸法及びビームと絞りの距離は、DIN EN ISO 11145規格に準拠するもの、及び／又は、DIN EN ISO 11145規格を背景とするものと解される。
【００５１】
絞りとレーザビームの距離が少なくとも絞りの内側輪郭の主要部分に沿って最大距離を上回らないように設定することは、一方では、絞りの通過部が可能な限り狭く設計されている場合には、燃焼室窓を遮蔽する効果を達成し、絞りの内側輪郭の主要部分に沿って、特に絞りの内側輪郭全体に沿って燃焼室窓に堆積物が堆積することを回避するために有用である。他方では、この要求は、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームの可能な限り大部分が絞りを通過するべきであるということに矛盾し、また特に製造技術的な公差も考慮する必要があるので、絞りは過度に狭くあるべきではない。
【００５２】
それら二つの要求の妥当な妥協点は、絞りの内側輪郭の主要部分に沿って、絞りとレーザビームとの間に距離が設けられているが、しかしながらこの距離が４ｍｍの最大距離を上回らない場合には既に与えられている。更により妥当な妥協点では、絞りの内側輪郭の主要部分に沿った最大距離が２ｍｍ、特に１ｍｍ、有利には０．５５ｍｍである、及び／又は、有利には０．１ｍｍ、０．２５ｍｍ又は０．４５ｍｍである、絞りの内側輪郭の主要部分に沿った最小距離を下回らない。絞りの内側輪郭の主要部分は、内側輪郭の面積の７０％以上、内側輪郭の面積の９０％以上、又は、それどころか内側輪郭全体を含むことができる。
【００５３】
前述の要求間の妥当な妥協点が発見されたということを、絞り及び／又はレーザビームに関する幾何学的な基準による代わりに、択一的には、絞りを通過したレーザビームの割合においても明らかにすることができる。つまり、この割合が５０％から１００％、特に７０％から９５％、有利には８５％から９３％であり、残りの割合は絞りによって特に吸収される、及び／又は、拡散されて散乱される場合には好適である。残りの割合はレーザビームの収束には特にもはや使用されない。
【００５４】
上述のようにして最小距離及び／又は最大距離の設定によっても、上記において説明した措置、特に絞りの小さい出口断面積の設置によっても、絞りの出口断面積と長さの上述の比率の設定によっても、及び／又は、絞りの内側輪郭のレーザビームへの適合によっても、それぞれがそれ自体で既に、燃焼室内に発生している条件からの燃焼室窓の良好な遮蔽を達成することができる。それらの措置の相互作用によって、遮蔽効果を更に顕著に高めることができる。総じて、燃焼室窓における堆積物を非常に効果的に回避することができ、またレーザ点火プラグの信頼性を顕著に高めることができる。
【００５５】
燃焼室窓温度を低下させる、及び／又は、燃焼室窓が粒子に曝されることを低減する、上記において説明した措置又は下記において更に説明する措置、特に上述のような絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定、及び／又は、冷却管及び／又は隙間の設置によっても、上述のような最小距離及び／又は最大距離の設定は相互作用を高めるので、総じてレーザ点火プラグの信頼性が著しく高まる。
【００５６】
本発明の別の有利な実施の形態においては、絞りの長さの所期の選定に付加的又は択一的に、また、絞りの高い熱伝導率の設定に付加的又は択一的に、また、燃焼室窓の燃焼室側における、絞りの内側と連通しており、且つ、所期のような低い高さに選定されている隙間の設置に付加的又は択一的に、また、絞りの小さい出口断面積の設置に付加的又は択一的に、また、それぞれ上述のようなエッジ及び／又は極値的な断面積の設置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りの内側輪郭が円錐台の曲面の形態を有しており、円錐台は開口角φを有しており、レーザビームを規定するための収束手段は、絞りを通過するレーザビームによって設定されているビーム広がり角ψを有しており、但し、０≦φ−ψ≦３０°、特に０＜φ−ψ＜３０°である。
【００５７】
レーザビームのビーム形状、特にビーム広がり角、ビームの姿勢、ビームの寸法及びビームと絞りの距離は、DIN EN ISO 11145規格に準拠するもの、及び／又は、DIN EN ISO 11145規格を背景とするものと解される。収束手段の実施の形態及び効果に関しては、上記において説明した事項が当てはまる。
【００５８】
しかしながら、０≦φ−ψ≦３０°、特に０＜φ−ψ＜３０°であることから、絞りの出口断面積が比較的狭く、その結果、極僅かな粒子しか絞りの内側に侵入できないという特徴によって、絞りは燃焼室窓側の部分において比較的大きく拡がっており、それによって絞りの内側輪郭の平面状の寸法が比較的大きくなっている。これに対して、燃焼室窓のレーザビームが通過する面は、比較的小さいビーム広がり角ψに起因して、比較的小さい。総じてこの面積比率によって、絞りへと侵入した最初から少量の粒子は絞りにしか堆積せず、燃焼室窓には堆積しない。従って、燃焼室窓における堆積物は減少しており、レーザ点火プラグの信頼性は高まっている。
【００５９】
この有利な効果は特に、絞りの内側輪郭が直円錐台の曲面の形態を有しており、この直円錐台が開口角φを有しており、但し、０≦φ−ψ≦３０°、特に０＜φ−ψ＜３０°である場合に得られる。更に有利には、開口角φが９０°以下、特に７０°以下、有利には６０°以下の角度を有しており、及び／又は、開口角φが３°以上、特に１０°以上の角度を有しており、及び／又は、５°≦φ−ψ、特に１３°≦φ−ψ及び／又はφ−ψ≦２０°、特にφ−ψ≦１５°である。
【００６０】
上述のようなφ−ψの選定によっても、上記において説明した措置、特に絞りの小さい出口断面積の設置によっても、絞りの出口断面積と長さの上述の比率の設定によっても、及び／又は、絞りの内側輪郭のレーザビームへの適合によっても、それぞれがそれ自体で既に、燃焼室内に発生している条件からの燃焼室窓の良好な遮蔽を達成することができる。それらの措置の相互作用によって、遮蔽効果を更に顕著に高めることができ、それによって総じて、堆積物が著しく低減し、レーザ点火プラグの信頼性が顕著に高まる。
【００６１】
燃焼室窓の温度を低下させる、及び／又は、燃焼室窓が粒子に曝されることを低減する、上記において説明した措置又は下記において説明する別の措置、特に絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定、及び／又は、上述のような冷却管及び／又は隙間の設置によっても、上述のφ−ψの適切な選定は相互作用を高めるので、総じて堆積物は著しく低減し、レーザ点火プラグの信頼性が著しく高まる。
【００６２】
本発明の別の有利な実施の形態、特に、上記において説明した実施の形態の発展の形態は、絞りの前方に存在する領域、及び／又は、絞りの領域、及び／又は、絞りの出口開口部の領域、及び／又は、絞りの内部における流れを制御するための措置に関する。それらの措置は、一方では、レーザ点火プラグに含まれており、特にケーシングの燃焼室側の端部に配置されている副室に関連付けることができ、ここでは特に、副室の内室と副室を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポートの所期のような配置構成に関連付けることができる。他方では、レーザ点火プラグに含まれない装置においても、例えば、燃焼室の形状又は燃焼室に属するピストンの形状又は内燃機関の他の構成要素の形状の設計によって、前述の領域における流れを制御するための措置を講じることができる。
【００６３】
特に有利には、上述の措置に付加的又は択一的に、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓お前述の手段が設けられている側とは反対側において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームをケーシングの燃焼室側の端部に配置されている副室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、副室の内室と副室を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポートが設けられており、この少なくとも一つの送気ポートは、流体が送気ポートを通過して副室の内室へと流入する際に所望の流体の流れが生じるように配置及び形成されている。
【００６４】
このために、少なくとも一つの送気ポートが、絞りの出口断面積よりも大きくない、特にその出口断面積よりも小さい、及び／又は、絞りの最小横断面積よりも大きくない、特にその最小横断面積よりも小さい断面積を有している。付加的又は択一的に、少なくとも一つの送気ポートが、最大断面積よりも大きくない、特に最大断面積よりも小さい断面積ＱUEを有することができ、ここで最大断面積の値として１０ｍｍ2、６ｍｍ2、４ｍｍ2、２ｍｍ2又は１ｍｍ2が考えられる。この比較的小さい断面積によって、副室へと流入する流体の方向を特に所期のように制御することができる。更には、副室へと流入する流体の所期のような制御に付加的又は択一的に、少なくとも一つの送気ポートの長さＬUEが少なくとも一つの送気ポートの断面積ＱUEに比べて大きい、特に、ＬUE＞（ＱUE／π）1/2＞ＬUE（１６＊ＱUE／π）1/2又はＬUE＞（３６＊ＱUE／π）1/2の関係が成り立つ場合に有用である。副室へと流入する流体を特に以下において説明するやり方の内の一つによって所期のように制御することにより、燃焼室窓における堆積物が低減され、従ってレーザ点火プラグの信頼性が改善される。
【００６５】
絞りとは、特に副室と燃焼室窓との間に位置するレーザ点火プラグの円筒状の領域又は燃焼室の方向に向かって先細りされている領域と解することができ、その一方副室は、特に少なくとも部分的に絞り全体又は絞りの出口開口部に比べて拡大されている断面積を有している、特に絞りの燃焼室側に配置されているレーザ点火プラグの領域と解することができる。
【００６６】
特に有利には、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームをケーシングの燃焼室側の端部に配置されている副室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、副室の内室と副室を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポートが設けられており、この少なくとも一つの送気ポートは、流体が送気ポートを通過して副室の内室へと流入する際に、特にレーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定された有限の最小角度で絞りの内側に流入する流体の流れが生じるように配置及び形成されている。
【００６７】
流体が送気ポートを通過して副室の内室へと流入する際に、特にレーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定された有限の最小角度εで絞りの内側に流入する流体の流れが生じることによって、一方では、流入する流体が絞りの内側輪郭へと偏向され、流体に含まれる粒子が絞りの内側輪郭に堆積するという効果が得られる。従って、燃焼室窓に到達する粒子の数を低減することができ、燃焼室窓における堆積物は低減されており、また、レーザ点火プラグの信頼性が高まっている。
【００６８】
上述の効果は、最小角度εが４５°、更に好適には最小角度εが６０°又は７５°又は８５°である場合に得られる。これらの各角度はそれぞれレーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定されたものである。択一的に、最小角度の測定を、常に絞りの入口面に垂直な面について、及び／又は、燃焼室窓の燃焼室側の表面に垂直な面について行なうことも可能である。有利には、この流れを達成するために、少なくとも一つの送気ポートは、その長手方向軸が半径方向においてレーザ点火プラグの長手方向軸に対して約２５°未満、有利には約１０°未満の角度を成すように配置されている。択一的又は付加的に、複数の送気ポートを設けることができる。付加的又は択一的に、パージガスを副室へと吹き込ませることができる付加的な手段を設けることができ、この手段は、送気ポートを介して流入する流体と一緒に、流体の合成された総流を生じさせ、この総流は上述した最小角度で絞りの内側へと流入するか、又は絞りの出口開口部に少なくとも十分に平行であるように配置されており、またそのように動作することができる。常に有利には、副室内の流れがタンブル流として形成されている。
【００６９】
最小角度εを設定することの上述の効果は、所定の最小角度εにおいて、非常に長い絞り及び／又は非常に細い絞り、特に絞りの内側へと流れる流体が通過する小さい出口断面積ＱBAを有する絞りと相乗的に作用する。何故ならば、その種の発展の形態においては、流体の流れが絞りの内側輪郭の燃焼室側の端部の非常に近傍に衝突し、また粒子が有利には絞りの内側輪郭に堆積するからである。有利には、流体の流れが絞りの内側輪郭の燃焼室側の半分の部分に衝突する。更に好適には、流体の流れの衝突は燃焼室側の端部区間において行なわれ、その端部区間の長さは内側輪郭の長手方向において、絞りの内側輪郭の総長の１／ｎ、但しｎ＝３又はｎ＝４又はｎ＝５である。同様の状況は、最小角度ε、絞りの長さＬ、比ｎ及び絞りの出口断面積ＱBAが以下の条件：
ｎ＊ｔａｎ  ε＝Ｌ／（ＱＡ／π）1/2；ｎ＝２．．．５
を満たすことによっても明らかにすることができる。
【００７０】
燃焼室窓温度を低下させる、及び／又は、燃焼室窓が粒子に曝されることを低減する、上記において説明した措置又は下記において更に説明する措置、特に上述のような絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定、及び／又は、冷却管及び／又は隙間の設置によっても、上述のやり方での最小角度の設定は相互作用を高めるので、総じて堆積物が著しく低下し、またレーザ点火プラグの信頼性が著しく高まる。
【００７１】
特に有利には、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームをケーシングの燃焼室側の端部に配置されている副室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、副室の内室と副室を包囲する燃焼室との間の流体的な連結を実現する少なくとも一つの送気ポートが設けられており、この少なくとも一つの送気ポートは、流体が送気ポートを通過して副室の内室へと流入する際に、レーザ点火プラグの長手軸方向の成分を有している渦の軸を中心に回転する少なくとも一つの渦を絞りの領域内に有している流体の流れが生じるように配置及び形成されている。
【００７２】
絞りの領域とは、特に、この絞りの前方に設けられている領域及び／又は絞りの出口開口部の領域であると解される。領域とは特に、絞りの内側輪郭の構造長よりも僅かに短い、例えば絞りの内側輪郭の構造長の半分の長さ又は四分の一の長さである構造長を有している空間的な領域であると解される。構造長は特に、絞りの長さ、入口直径及び／又は出口直径によって設定することができる。
【００７３】
送気ポート又は流管のその種の配置及び構成によって、先ず、絞りの領域における流体の流れがレーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡに対して垂直な方向の成分を有することになる。更には、渦に起因して、局所的な流速に対して垂直な方向への流れの偏向が局所的に生じる。流れによって搬送される粒子は有限の慣性を有しているので、それらの粒子は条件付きでしかこの流れの偏向に従って傾かず、特に、流れの偏向が急である場合には、絞りの内側輪郭ないし副室の側壁へと衝突する。総じて、燃焼室窓に到達する粒子の量が低減されるので、燃焼室窓における堆積物が低減されており、またレーザ点火プラグの信頼性が高まっている。
【００７４】
上述の技術的な効果は、渦の軸がレーザ点火プラグの長手軸の方向の成分だけを有していれば既に得られるが、有利には、渦の軸はレーザ点火プラグの長手方向軸に対して最大で４５°、特に最大で２０°、有利には最大で１０°の角度を成すか、又は、レーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡに平行である。渦の軸がレーザ点火プラグの長手方向軸に平行である場合には、同軸の配置の他に、レーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡと渦の軸とが距離を置いて配置されていることも好適であり、特に、渦の軸とレーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡとの距離が少なくとも２ｍｍ、特に少なくとも４ｍｍである場合には好適である。最大距離として６ｍｍ及び１０ｍｍが考えられる。距離を置く配置構成の効果は、絞りの出口開口部に対して垂直な剪断流れが生じ、また粒子が絞りの内側輪郭に衝突することである。
【００７５】
特に、送気ポートの上述の配置構成によって、送気ポートの長手方向軸が接線方向において約１０°を上回る、有利には約２５°を上回る角度をレーザ点火プラグの長手方向軸に対して成すことになる。
【００７６】
付加的又は択一的に、パージガスを副室に吹き込ませることができる付加的な手段が設けられており、この付加的な手段は、送気ポートを通って流入する流体と共に、上述のような渦を形成する合成された総流を生じさせるように配置されており、また付加的な手段をそのように動作させることができる。常に有利には、副室内の流れが渦流として形成されている。
【００７７】
渦を形成することの上述の効果は、所定の渦において、非常に長い絞り及び／又は非常に細い幾何学的形状を有する絞り、特に絞りの内側に流入する流体が流れる小さい出口断面積ＱBAを有する絞りとの相乗的に作用する。何故ならば、その種の発展の形態では、接線方向へと遠心力により離れる粒子が絞りの内側輪郭、特に燃焼室側の端部の近傍に衝突するからである。有利には、接線方向へと遠心力により離れる粒子は絞りの内側輪郭において、この絞りの内側輪郭の燃焼室側の半分の部分に衝突する。更に好適には、接線方向へと遠心力により離れる粒子の衝突は燃焼室側の端部区間において生じ、その端部区間の長さは内側輪郭の長手方向において、絞りの内側輪郭の総長の１／ｎ、但しｎ＝３又はｎ＝４又はｎ＝５である。
【００７８】
同様の状況は、レーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡと渦の軸とが成す最大角度ν、絞りの長さＬ、比ｎ及び絞りの出口断面積ＱBAが以下の条件：
ｎ＊ｔａｎ  ν＝Ｌ／（ＱＡ／π）１／２；ｎ＝２．．．５
を満たすことによっても明らかにすることができる。
【００７９】
燃焼室窓温度を低下させる、及び／又は、燃焼室窓が粒子に曝されることを低減する、上記において説明した措置又は下記において更に説明する措置、特に上述のような絞りの長さの所期の選定、所期の材料選定、及び／又は、冷却管及び／又は隙間の設置によっても、上述のやり方での送気ポートの配置及び構成は相互作用を高めるので、総じて堆積物は著しく低減し、レーザ点火プラグの信頼性が著しく高まる。
【００８０】
特に有利には、レーザビームを案内、成形及び／又は形成するための少なくとも一つの手段を備えており、更には燃焼室窓及びケーシングも備えており、このケーシングが燃焼室窓の前述の手段が設けられている側とは反対側において、特にケーシングの燃焼室側の端部において、前述の手段によって案内、成形及び／又は形成されたレーザビームを燃焼室へと通過させるための絞りを有している、内燃機関のためのレーザ点火プラグにおいて、絞りが燃焼室側に少なくとも一つの外側エッジを有しており、その輪郭は角張った外側エッジと比較して内側に向かってずらされている。
【００８１】
「角張った」という語句に関しては、DIN ISO 13715:2000規格を参照されたい。特に、外側エッジが５０μｍ以下の切除部又は移行部しか有していない場合には、そのような外側エッジは角張っているとみなされる。
【００８２】
絞りの外側エッジは特に絞りの内側輪郭の境界を成す。しかしながら他方では、絞りの外側エッジは特に、絞りの内側輪郭からも距離を置いていても良く、特に、燃焼室側の端部における絞り及び／又はケーシングの半径方向外側の境界部を表すこともできる。
【００８３】
外側エッジの輪郭を内側に向かってずらすことは、レーザ点火プラグが動作時に内燃機関の燃焼室側において、燃焼室の内部に生じている高温に晒されているという認識を基礎としている。他方では、レーザ点火プラグの燃焼室側とは反対側における熱的な結合によって熱が排出され、その結果、レーザ点火プラグの温度の上昇が制限される。特に、燃焼室側に配置されている鋭角な外側エッジに起因してレーザ点火プラグの領域では熱排出が劣化しており、その結果、その領域においては非常に高い温度が生じており、そのような高い温度によって燃焼室ではグロー点火が発生し、従って、内燃機関の動作が劣化する虞がある。外側エッジの輪郭が内側に向かってずらされていることによって、領域がそのような高い温度上昇に晒されることが回避され、その結果、燃焼室におけるグロー点火の発生を回避することができる。
【００８４】
上述の技術的な効果は、絞りが燃焼室側において少なくとも一つの外側エッジを備えており、その輪郭が鋭角の外側エッジと比較して内側に向かってずらされている場合に既に得られるが、有利には、外側エッジは鋭角な外側エッジから０．０７５ｍｍより多く、特に０．１ｍｍより多く、有利には０．１５ｍｍより多くを切除することによって生じる。過度に大きい切除部は絞りの機械的な安定性に影響を及ぼす可能性があるので、切除部の上限として５ｍｍ、２ｍｍ及び０．５ｍｍが考えられる。
【００８５】
有利な実施の形態においては、絞りの外側エッジが丸み及び／又は面取り部を有している。更に有利には、丸みが設けられている場合には丸み半径が、また面取り部が設けられている場合にはベベルの深さ及び／又は幅が０．０７５ｍｍ以上、特に０．１５ｍｍ以上である。付加的又は択一的に、丸みが設けられている場合には丸み半径が、また面取り部が設けられている場合にはベベルの深さ及び／又は幅が５ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下、有利には０．５ｍｍ以下である。２０°から７０°の範囲、特に４０°から５０°の範囲のベベル角度が有利である。
【００８６】
非常に重要であることは、外側エッジの輪郭が内側に向かってずらされていること、特に比較的長い長さを有している絞りに丸み及び／又は面取り部が設けられていることである。何故ならば、それらの絞りは燃焼室に特に晒されており、従って、過度の温度上昇に特に晒されやすいからである。その種の過度の温度上昇は、絞りが少なくとも外側エッジの領域において高い熱伝導率を有する材料、特に真鍮、ニッケル及び／又は銅又はそれらの材料の内の少なくとも二つの合金から形成されている場合には非常に効果的に回避することができる。
【００８７】
本発明によるレーザ点火装置の有利な発展の形態においては、絞りが別個の構成部材として形成されており、レーザ点火プラグのケーシングの別の部分、特に段部に固定されている。絞りからの熱の良好な排出を保証することは有利である。そのような熱排出は、絞りとケーシングの別の部分との間の接合個所が良好な熱伝導性を有するように構成されていることによって、特に、大面積のはんだ（少なくとも１０ｍｍ2、特に少なくとも２０ｍｍ2）を用いて、及び／又は、溶接による結合を省略して、例えば押し付けによる結合によって構成されていることによって実施することができる。択一的又は付加的に、ネジを用いて絞りをケーシングの別の部分にネジ止めすることもでき、有利には、細目ネジ（ネジ山ピッチ≦０．５ｍｍ、特に≦０．３ｍｍ）を用いてネジ止めが行なわれる。
【００８８】
基本的に、レーザ点火プラグによって絞りの内側において点火火花を生じさせることができる。しかしながら、絞りの燃焼室側の前方にある領域、特に燃焼室又は副室において点火火花を生じさせることの方がむしろ有利である。何故ならば、点火時の急冷損失を回避することができるからである。有利には、点火火花は絞りの外側において少なくとも１ｍｍ、有利には少なくとも２ｍｍに放れた位置において形成される。付加的又は択一的に、点火火花と絞りの出口面の距離の上限として３０ｍｍ、１０ｍｍ及び５ｍｍが考えられる。何故ならば、それ以外の距離では、絞りの出口断面積を過度に大きく選定しなければならなくなる、もしくは、レーザビームの十分な収束が困難になる虞がある。点火火花の位置を、特に、レーザ点火プラグによって形成又は成形されたレーザビームの焦点の位置とみなすことができる。
【００８９】
基本的に本発明の範囲においては、燃焼室の特別なケースとして、レーザ点火プラグに固定された、又はレーザ点火プラグに固定可能な副室、特に、１０ｃｍ3よりも小さい体積を有し、且つ、５ｍｍ2よりも小さい断面積の少なくとも一つの送気ポートを備えている副室も一緒に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１ａ】レーザ点火装置を備えている内燃機関の概略図を示す。
【図１ｂ】図１ａによるレーザ点火装置の概略図を示す。
【図２】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図３】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図４】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図５】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図６】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図７】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図８】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図９】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１０】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１１】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１２】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１３】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１４】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１５】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１６】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１７】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１８】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図１９】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図２０】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【図２１】本発明によるレーザ点火プラグの一つの実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
図１ａにおいては内燃機関全体に参照番号１０が付されている。この内燃機関１０は、図示していない自動車を駆動するために使用される。内燃機関１０は複数のシリンダを備えており、それら複数のシリンダの内の１つだけを図１において参照番号１２で表している。シリンダ１２の燃焼室１４はピストン１６によって区切られる。燃料又は事前に混合された燃料空気混合気はインジェクタ１８を介して燃焼室１４内に到達する。このインジェクタ１８はレールとも称される燃料圧力蓄積器２０に接続されている。
【００９２】
燃焼室１４内に噴射された燃料２２又は事前に混合された燃料空気混合気は、レーザビーム２４によって点火される。このレーザビーム２４はレーザ点火プラグ１００を備えている点火装置２７によって燃焼室１４に放射される。このためにレーザ点火プラグ１００には導光装置２８を介して光が供給される。光としては特に、光源３０によって形成されるポンプ光が考えられる。点火に使用される光を光源３０によって直接的に供給することも可能である。光源３０は制御装置３２によって制御され、この制御装置３２はインジェクタ１８も制御する。
【００９３】
図１ｂから分かるように、光源３０は異なるレーザ点火プラグ１００のための複数の導光装置２８を備えている。それらのレーザ点火プラグ１００には内燃機関１０のシリンダ１２がそれぞれ１つずつ対応付けられている。このために、光源３０は複数の個別のレーザ光源３４０を備えており、それらの個別のレーザ光源３４０はパルス電流供給部３６と接続されている。複数の個別のレーザ光源３４０が設けられていることによって、光、特にポンプ光の種々のレーザ点火プラグ１００へのいわば「静的な」分配が実現されており、従って、光源３０とレーザ点火プラグ１００との間に光学的な分配器等は必要ない。択一的に、光源３０がレーザ光源３４０を一つしか有していないことも可能である。特に、各レーザ点火プラグ１００にはただ一つの光源３０及び／又はただ一つのレーザ光源３４０が対応付けられている。
【００９４】
レーザ点火プラグ１００は例えば、受動的Ｑスイッチ４６を備えているレーザ活性固体４４を含んでいる。受動的Ｑスイッチ４６は入力結合ミラー４２及び出力結合ミラー４８と共に一つの光学的な共振器を形成する。選択的に、例えばレーザ点火プラグ１００に供給されるビームを成形するため、又はビームを拡張するために別の光学的な構成要素、特にレンズを設けることもできる。
【００９５】
光源３０によって形成された光、特にポンプ光が供給されると、レーザ点火プラグ１００はそれ自体公知のやり方でレーザビーム２４を形成する。レーザビーム２４は集束光学系５２を介して燃焼室１４（図１ａを参照されたい）内の点火点ＺＰへ収束される。レーザ点火プラグ１００のケーシング３８内に設けられている構成要素は、燃焼室窓５８によって燃焼室１４から隔離されている。
【００９６】
図２から図２１ａにおいては、レーザ点火プラグ１００のケーシング３８において燃焼室１４と対向している側の端部３８１を表している図１ｂの詳細Ｘが、非常に大きく拡大された部分長手方向断面積図として示されている。この非常に大きく拡大された図からは、燃焼室窓５８がケーシング３８と気密に接続されていることがはっきりと見て取れる。ケーシング３８と燃焼室窓５８との間のシール部を、参照番号６０が付されている領域において、素材結合又は力結合の形態で形成することができる。
【００９７】
それらの実施例のように、ケーシング３８をツーピースで形成することができる。ケーシング３８は内部スリーブ６２及び外部スリーブ６４を含む。外部スリーブ６４は燃焼室１４（図１ａを参照されたい）に対向する端部に段部６６を備えている。特に、力結合の場合には段部６６が、燃焼室窓５８を内部スリーブ６２に押し付け、それによって接続部６０の領域における気密性を高めるために使用される。シール手段、例えばシールリング、特に鋼シールリング、有利には銅コーティングされた鋼シールリングを、特に窓の材料と窓を包囲する材料との間の熱膨張の補償に関して使用することも好適であると考えられる。
【００９８】
この実施例においては、外部スリーブ６４には、内部スリーブ６２の相応の雄ネジと協働する雌ネジが設けられている。雌ネジ及び雄ネジから成るこのネジには全体で参照番号６８が付されている。外部スリーブ６４及び内部スリーブ６２の緊締によって、段部６６と燃焼室窓５８との間に別のシール面７２が形成される。
【００９９】
基本的に、この実施例に示されているシールの形態の他に、燃焼室窓５８の他のシールの形態も考えられる。例えば、DE 102009000540 A1に記載されているような形態では、燃焼室窓とそれを包囲する材料との間に素材結合によるシール部が設けられている。
【０１００】
ケーシング３８の内部には、燃焼室窓５８の燃焼室１４側とは反対側に集束光学系５２（図１ａ及び図１ｂを参照されたい）が設けられており、この集束光学系５２はレーザ点火プラグ１００において形成された、又はレーザ点火プラグ１００に供給されたレーザビーム２４を、この実施例においては集束光学系５２の焦点に対応する点火点ＺＰへと集束させる。ケーシング３８の燃焼室側の端部３８１には、レーザビーム２４を燃焼室１４へと通過させるための絞り７４が設けられている。
【０１０１】
図２に示されているレーザ点火プラグ１００はケーシング３８を備えており、このケーシング３８において燃焼室窓５８の燃焼室側に配置されている部分はスリーブ状に形成されており、また本発明による絞り７４を表している。絞り７４の内側輪郭７１は例えばシリンダの局面の形状を有しており、その高さは絞り７４の長さＬと一致している。長さＬは、例えば燃焼室窓５８を基点として、レーザ点火プラグ１００の長手方向において測定されたものであり、この実施例においては１３ｍｍである。
【０１０２】
更にこの実施例においては、絞り７４が６０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以上の熱伝導率、もしくは、それどころか８０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以上の熱伝導率を有している材料、例えば、真鍮、ニッケル又は銅もしくはそれらの材料の内の少なくとも一つを含有する合金から形成されている。そのために、この実施例においてはケーシング３８全体がその材料から製造されている。択一的に、ケーシング３８の燃焼室側の端部３８１の領域にのみその材料を設けることも可能である。その材料よりも低い熱伝導率を有していても良い別の材料、例えば高合金鋼によって包囲されている、絞りの内側にのみその材料を設けることも可能である。その種の変形の形態は図３に示されており、そこでは絞り７４の内側に挿入体８０が設けられている。この挿入体８０は例えば銅から形成されており、また絞り７４の領域からケーシング３８の燃焼室側１４とは反対側の別の領域へと熱を急速に排出することができる。別の変形の形態においては、図４に示されているように、挿入体８０の代わりに冷却管８１が絞り７４の内部に設けられている。この冷却管８１を用いて、例えば水又は他の冷却媒体の循環によって、熱を絞り７４の領域からケーシング３８の燃焼室１４側とは反対側の別の領域に排出することができる。
【０１０３】
図５には、燃焼室窓５８の燃焼室側の前方に隙間８２が配置されている点で上述のものとは異なっているレーザ点火プラグの実施例が示されている。この実施例では、隙間８２は軸方向において、燃焼室１４に対向している側では絞り７４によって境界付けられており、また、燃焼室１４側とは反対側では燃焼室窓５８によって境界付けられており、さらに外側に向かって絞り７４によって境界付けられている。内側に向かって隙間８２は絞り７４の内側を介して、その絞り７４の前方に位置する領域、例えば燃焼室１４と連通している。隙間８２はこの実施例において、１５ｍｍの外径ＤSA及び６ｍｍの内径ＤSIのリングの基底面を有しているので、隙間の断面積ＱSの大きさは１４８ｍｍ2である。従って隙間の断面積ＱSは、絞り７４の入口直径ＤBEが６ｍｍである場合に２８ｍｍ2となる入口断面積ＱBEの４倍である。隙間８２の高さＨSはこの実施例において０．１５ｍｍである。
【０１０４】
特に、潤滑に添加量の少ないオイルが用いられるか、又は、潤滑に無添加のオイルが用いられる内燃機関に使用するためのレーザ点火プラグに関する別の実施例においては、隙間の高さは２ｍｍであり、隙間の断面積ＱSは絞り７４の入口断面積ＱBEの僅か２０％、即ち０．５６ｍｍ2である。
【０１０５】
図６は、絞り７４が小さい出口断面積ＱBA、この実施例では出口直径ＤBAが２ｍｍの場合に３ｍｍ2となる出口断面積ＱBAを有しているレーザ点火プラグ１００の別の実施例を示す。絞り７４の長さＬはこの実施例において１２ｍｍであるので、Ｌ／（４ＱBA／π）1/2の商について値６が得られる。絞り７４のその出口断面積QBA及びその長さＬは、別のものを明示的に記載しない限り、単独で、又は相互に組み合わせることによって本発明の他の実施の形態及び実施例にも該当する。
【０１０６】
図７から図１０にはそれぞれレーザ点火プラグの別の実施例が示されており、それらの実施例は、絞り７４の内側輪郭がその絞り７４の燃焼室側の端部及び絞り７４の燃焼室側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域において少なくとも一つのエッジ８３、特に複数のエッジ８３を有している点で上述のものとは異なっている。図７に示されているレーザ点火プラグ１００は、中央の領域において二つのエッジ８３、即ち内側エッジ及び外側エッジを有しており、それらのエッジが一緒に直角形の段部８４を形成している絞り７４を備えている。図８には、複数のエッジ８３と、それらのエッジによって形成された直角形の段部８４とを有しているレーザ点火プラグ１００が示されている。但し、実際に形成される段部８４の代表的な個数として、例えば３段、７段又は８段が考えられ、それらの段は特に絞り７４の中央の領域に配置されている。直角形でない段部８４も可能である。絞り７４が燃焼室１４に対向している端部の方向において先細りされている上述の段部８４の代わりに、絞り７４が燃焼室１４側とは反対側の端部の方向において先細りされている段部８４も考えられる。図９においては、絞り７４が燃焼室１４に対向している端部の方向に向かって先細りされているその種の段部８４が燃焼室の前方に配置されている実施例が示されている。
【０１０７】
図１０は、環状のエッジ８３を備えた内側輪郭７１を有している絞り７４が設けられているレーザ点火プラグ１００の別の実施例を示す。
【０１０８】
図１１から図１５にはそれぞれレーザ点火プラグ１００の別の実施例が示されており、それらのレーザ点火プラグ１００は、絞り７４の内側輪郭７１がその絞り７４の燃焼室１４側の端部及び燃焼室１４側とは反対側の端部の両方から距離を置いている領域において極値的な断面積ＱXを有しているという特徴を持つ絞り７４を備えている。
【０１０９】
図１１に示されているレーザ点火プラグ１００は、中央の領域において角張った狭窄部８５を有する絞り７４を備えている。狭窄部８５の領域においては、直径ＤXが最小で有り、従って絞りの断面積ＱXが最小である。つまり、絞りの断面積ＱXは絞りの入口断面積ＱBE及び出口断面積ＱBAそれぞれのほぼ半分又は１／４の大きさである。この実施例では、絞り７４の内側輪郭７１は角張った狭窄部８５の上側及び下側それぞれにおいて直円錐台の側面の形状を有している。択一的に、狭窄部８５に丸みを付けることも可能である。その種の実施例は図１２に示されている。
【０１１０】
図１３に示されているレーザ点火プラグ１００は、中央の領域において角張った膨張部８６を有する絞り７４を備えている。膨張部８６の領域においては、直径ＤXが最大で有り、従って絞りの断面積ＱXが最大である。つまり、絞りの断面積ＱXは絞りの入口断面積ＱBE及び出口断面積ＱBAそれぞれのほぼ２倍から４倍の大きさである。この実施例では、絞り７４の内側輪郭７１は角張った膨張部８６の上側及び下側それぞれにおいて直円錐台の側面の形状を有している。択一的に、膨張部８６に丸みを付けることも可能である。その種の実施例は図１４に示されている。図１５は、絞り７４がアンダーカット８７を有している別の変形の形態を示す。この実施例において、アンダーカットは内側アンダーカットとして直角に実施されており、また絞りの最大断面積ＱXを有している。この最大断面積ＱXは絞りの入口断面積ＱBE及び出口断面積ＱBAそれぞれのほぼ２倍から４倍の大きさである。
【０１１１】
図１６及び図１７にはそれぞれ、絞り７４が燃焼室１４と対向する側において、角張った外側エッジ８８と比較して内側に向かってずらされた外側エッジ８８を少なくとも一つ有している絞り７４を備えているレーザ点火プラグ１００の別の実施例が示されている。図１６に示されているレーザ点火プラグ１００は、スリーブ状の基本形状を有する絞り７４を備えており、燃焼室側において内側に位置しているスリーブのエッジ８９は丸み９１を有している。この実施例において、丸み半径は０．５ｍｍである。択一的又は付加的に、燃焼室側において外側に位置しているスリーブのエッジ９０も例えば０．５ｍｍの丸み半径を有していても良い。それよりも小さい及び／又は大きい丸み半径も原理的には可能である。図１７に示されているレーザ点火プラグ１００は、スリーブ状の基本形状を有する絞り７４を備えており、燃焼室側において内側に位置しているスリーブのエッジ８９は面取り部９２を有している。この実施例において、面取り部９２（長さ及び幅）は０．５ｍｍであり、面取り角は４５°である。択一的又は付加的に、燃焼室側において外側に位置しているスリーブのエッジ９０も例えば０．５ｍｍの長さ及び幅の面取り部９２を有していても良い。それよりも小さい及び／又は大きい面取り部９２も原理的には可能である。勿論、図１６及び図１７に示されている外側エッジ８８以外にも、角張った外側エッジと比較して内側に向かってずらされている輪郭を有する別の外側エッジ８８、例えば、正確に又は近似的に楕円状、放物線状又は双曲線状の形状を有しているか、もしくは、不規則な形状を有している外側エッジ８８を設けることも可能である。面取り部９２と丸み９１を組み合わせることも考えられる。
【０１１２】
図１８及び図１９にはそれぞれ、絞り７４を備えており、且つ、その絞り７４を通過するレーザビーム２４のビーム形状を規定するための収束手段５３、特に集束光学系５２を備えている（図１ｂを参照されたい）レーザ点火プラグ１００の別の実施例が示されている。この実施例において提案されている点火プラグ１００は、絞り７４を通過するレーザビーム２４の形状に関して絞り７４の形状が有利に選定されているという特徴を有している。これらの図において、レーザビーム２４の形状は円錐形を成す峰線９９によって示唆されており、峰線９９はほぼ点火点ＺＰにおいて交差している。レーザビーム２４の形状に関する記述は、本発明の範囲において、DIN EN ISO 11145に準拠するか、又はそれを背景とするものであると解される。
【０１１３】
図１８に示されているレーザ点火プラグ１００は、絞り７４の内側輪郭７１全体に沿って、その絞り７４を通過するレーザビーム２４に対して約０．５ｍｍの距離Ａを有している絞り７４を備えている。更に、図示されているレーザ点火プラグ１００は、燃焼室窓５８を透過したレーザビーム２４の８８％を収束可能なレーザビーム２４として絞り７４を通過させるが、残りのレーザビーム２４を絞り７４の内側輪郭７１に沿って偏向又は吸収させて焦点合わせに使用しないという特性を有している。
【０１１４】
図１９に示されているレーザ点火プラグ１００は、内側輪郭７１が直円錐台の形状を有しており、且つ、その開口角がφ４５°である絞り７４を備えている。この実施例において、絞りを通過したレーザビーム２４はビーム広がり角ψ（放射量域の広がり）が３０°であるように焦点合わせされている。
【０１１５】
図２０及び図２１にはそれぞれ、レーザビーム２４をケーシング３８の燃焼室側の端部に配置されている副室１１０へと通過させる絞り７４を備えているレーザ点火プラグ１００の実施例が示されている。副室１１０の内室１１１と燃焼室との間の流体的な連結のために送気ポート１２０が設けられている。
【０１１６】
図２０に示されている実施例では、送気ポート１２０の長手方向軸ＫＬＡがレーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡについて偏心した位置にずらされて配置されている。この実施例において、送気ポート１２０の長手方向軸ＫＬＡ及びレーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡは相互に平行であるが、択一的にそれらの軸を半径方向及び／又は接線方向において相互に角度を付けて配置することも可能である。流体Ｆが流入すると副室１１０内では、絞り７４の出口開口部に沿った流体の流れがその絞り７４の流出開口部に対して十分に平行に延びるように渦が生じる。その結果、それにもかかわらず絞り７４の内側に流入する流体は、レーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡに対して測定されたほぼ９０°の角度ε、特に常に少なくとも７５°の角度εで絞り７４へと流入する。絞り７４の内側に生じる流体の流れは特にタンブル流を表している。この実施例において、絞りの長さＬは５ｍｍであり、絞りの出口直径DAEは６ｍｍである。従ってこの実施例においては、流体Ｆが絞り７４の内側に流入する角度εと絞り７４の長さ及び出口直径ＤAEとの相互作用によって、流体Ｆの流れが直接的には燃焼室窓５８に衝突せずに、絞り７４の内側輪郭７１において偏向された後に初めて燃焼室窓５８に衝突する。
【０１１７】
流体が送気ポート１２０を通過して副室１１０の内室１１１へと流入する際に、特にレーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定された４５°、６０°又は７５°の最小角度εで絞り７４の内側へと向かう流体Ｆの流れが生じるように、送気ポート１２０が配置及び構成されている副室１１０を備えたレーザ点火プラグ１００の別の実施例も可能であり、また特に、複数の送気ポート１２０が設けられている。付加的又は択一的に、パージガスを副室に吹き込むための付加的な手段（図示せず）を設けることも可能である。特に、パージガスを吹き込むこの手段と送気ポート１２０は、流体が送気ポート１２０を通過して副室１１０の内室１１１へと流入する際に、特にレーザ点火プラグの長手方向軸に対して測定された４５°、６０°又は７５°の最小角度εで絞り７４の内側へと向かう流体Ｆの流れを発生させて全体として一つの流体の流れが生じるように協働する。
【０１１８】
図２１はレーザ点火プラグ１００の別の実施例を示しており、図２１ａにはレーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡに沿った長手方向部分断面積図が示されており、図２１ｂには図２１ａに示した方向Ｂから見た平面図が示されており、また、図２１ｃには図２１ｂに示した線分ＣＣに沿った断面積図が示されている。このレーザ点火プラグ１００は副室１１０の内室１１１と燃焼室との間の流体的な連結のために五つの送気ポート１２０を備えており、それらの送気ポート１２０はそれぞれ相互に７２°ずらされて対称的に配置されている。送気ポート１２０の長手方向軸ＫＬＡは半径方向においても接線方向においても傾斜しており、それによって、レーザ点火プラグを俯瞰的に見ると送気ポート１２０の長手方向軸ＫＬＡは規則的な五角形を形成している（図２１ｂを参照されたい）。送気ポート１２０の配置及び配向に基づいて、流体Ｆが副室１１０に流入すると渦が生じ、その渦の軸ＷＢは副室１１０の内部及び絞り７４の領域においてレーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡと一致している。絞り７４の領域における流れの比率に起因して、特に、渦の領域における流れから接線方向に向かって離れる重い粒子は絞り７４の内側輪郭７１に衝突するので、燃焼室窓５８に向かっては進まない。
【０１１９】
絞り７４の内側に生じる流体の流れは特に渦流を表している。この実施例において、絞りの長さＬは５ｍｍであり、絞りの出口直径DBEは６ｍｍである。従ってこの実施例においては、渦の軸ＷＢがレーザ点火プラグの長手方向軸ＬＡに対して傾斜されていることにより生じる角度ν（ここでは０°）と絞り７４の長さＬ及び出口直径ＤAEとの相互作用によって、上述の粒子が接線方向に向かって流れから離れる場合、この粒子は燃焼室窓５８には衝突しない。この効果はｔａｎ  ν≦Ｌ／ＤBEの場合にも少なくとも部分的に当てはまり、特に、ｎ＊ｔａｎ  ν≦Ｌ／ＤBE；ｎ＝２，３，４の場合に当てはまる。
【０１２０】
更には、パージガスを副室１１０へと吹き込むことができる付加的な手段（図示せず）を設けることも可能である。特に、パージガスを吹き込むためのこの手段は、流体が一つ又は複数の送気ポート１２０を通過して副室１１０の内室１１１へと流入する際に、レーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡの方向における成分、特にレーザ点火プラグ１００の長手方向軸ＬＡに対して平行又は同軸である成分を有している渦の軸ＷＢを中心にして回転する渦を有する流体の流れを発生されて全体として一つの流体の流れが生じるように、一つ又は複数の送気ポート１２０と協働する。
【０１２１】
図２から図２１において示した絞り７４に関しては、図示の通り、軸対称の形状が有利であるが、軸対称とは異なる形状が有利な場合もある。
【０１２２】
本発明は、上述の実施の形態及び実施例、及び／又は、明示的に示した実施の形態及び実施例、及び／又は、図面に明示的に示した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、個々の実施の形態及び実施例について説明した複数の特徴を組み合わせることによって別の実施の形態及び実施例に想到することができる。それらの組み合わせの内、上記においてその有利な効果を既に明示的に強調したものが重要である。
【０１２３】
特に、以下の複数の特徴グループの二つ以上から、上記において開示した特徴の内のそれぞれ一つ、又は（それらの特徴が相互に排除されない限りは）複数の特徴の相互作用を基礎とする実施の形態も有利であり、また当業者であればそのような実施の形態に想到できる：上記において有利なものとして挙げた絞り７４の長さＬ、上記において有利なものとして挙げた絞り７４の材料の選定、上記において有利なものとして挙げた、燃焼室窓５８の燃焼室側の前方に配置されている隙間８２の構成、上記において有利なものとして挙げた絞り７４の断面積、上記において有利なものとして挙げた、絞り７４の長さＬと断面積Ｑの比、上記において有利なものとして挙げた絞り７４の内側輪郭７１の特徴、特に絞り７４のエッジ８３及び極値的な断面積、上記において有利なものとして挙げた、絞り７４を通過するレーザビーム２４の形状に関する絞り７４の形状の有利な構成に関する特徴、上記において有利なものとして挙げた、絞り７４の外側エッジ８８の構成に関する特徴、上記において有利なものとして挙げた、副室１１０の構成、特に送気ポート１２０の構成に関する特徴。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２１ｃ】
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