(57)【要約】  本発明は、特に自動車の内燃機関または大型ガスエンジンに用いられるレーザ点火プラグ（１００）であって、点火性の媒体を収容するための副室（１１０）と、該副室（１１０）を、当該レーザ点火プラグ（１００）の、燃焼室とは反対の側の部分（１００ａ）から分離する燃焼室窓（１４０）とが設けられている形式のレーザ点火プラグ（１００）に関する。本発明の構成では、副室（１１０）に、流れを案内する少なくとも１つの流れ案内エレメント（１３０）が設けられており、該流れ案内エレメント（１３０）は、該流れ案内エレメント（１３０）が、副室（１１０）内に生じた、燃焼室窓（１４０）へ向かって運動する流体流（Ｆ）を半径方向内側の方向へ変向させるように配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車の内燃機関または大型ガスエンジンに用いられるレーザ点火プラグ（１００）であって、点火性の媒体を収容するための副室（１１０）と、該副室（１１０）を、当該レーザ点火プラグ（１００）の、燃焼室とは反対の側の部分（１００ａ）から分離する燃焼室窓（１４０）とが設けられている形式のレーザ点火プラグ（１００）において、副室（１１０）に、流れを案内する少なくとも１つの流れ案内エレメント（１３０）が設けられており、該流れ案内エレメント（１３０）は、該流れ案内エレメント（１３０）が、副室（１１０）内に生じた、燃焼室窓（１４０）へ向かって運動する流体流（Ｆ）を半径方向内側の方向へ変向させるように配置されていることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
【請求項２】
流れ案内エレメント（１３０）が、ほぼ凹面状に形成された流れ案内表面（１３０ａ）を有している、請求項１記載のレーザ点火プラグ。
【請求項３】
流れ案内表面（１３０ａ）は、当該レーザ点火プラグ（１００）がレーザ放射線（２０）を集束させる、副室（１１０）内に配置された着火点（ＺＰ）および／または副室（１１０）と燃焼室（２００）との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路（１２０）に向けられている、請求項２記載のレーザ点火プラグ。
【請求項４】
流れ案内エレメント（１３０）が、直接に燃焼室窓（１４０）の範囲に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項５】
流れ案内エレメント（１３０）は、該流れ案内エレメント（１３０）が、燃焼室窓（１４０）の、副室（１１０）に面した表面と共にほぼ円錐台形状の容積範囲（１１１）を取り囲むように構成されており、該円錐台形状の容積範囲（１１１）の底面が、燃焼室窓（１４０）の範囲に位置しているか、もしくは燃焼室窓（１４０）の表面によって形成されている、請求項４記載のレーザ点火プラグ。
【請求項６】
流れ案内エレメント（１３０）が、当該レーザ点火プラグ（１００）の光軸（ＯＡ）を、特に同心的に取り囲んでいる、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項７】
流れ案内エレメント（１３０）が、当該レーザ点火プラグ（１００）のハウジング（１０１）と一体に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項８】
副室（１１０）と燃焼室（２００）との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路（１２０′）が設けられており、該オーバフロー通路（１２０′）が湾曲させられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項９】
オーバフロー通路（１２０′）の、副室（１１０）の内側範囲に開口した第１の区分の第１の長手方向軸線（Ｌ１）が、当該レーザ点火プラグ（１００）の光軸（ＯＡ）と角度（α１）を成しており、該角度（α１）は、オーバフロー通路（１２０′）の、副室（１１０）を取り囲む外側範囲（２００）に開口した第２の区分の第２の長手方向軸線（Ｌ２）が光軸（ＯＡ）と成す角度（α２）よりも大きく形成されている、請求項８記載のレーザ点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、特に自動車の内燃機関または大型ガスエンジンに用いられるレーザ点火プラグであって、点火性の媒体を収容するための予燃焼室もしくは副室と、該副室を当該レーザ点火プラグの、燃焼室とは反対の側の部分から分離する燃焼室窓とが設けられている形式のレーザ点火プラグに関する。
【０００２】
このような形式のレーザ点火プラグは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０１８９７３号明細書に基づき既に公知である。この公知のレーザ点火プラグにおいて不都合となるのは、燃焼室窓の、副室に面した側の表面範囲に、燃焼された空気・燃料混合物から成る残留ガスクッションが形成され得ないか、もしくは得られないという事実である。このような残留ガスクッションは、別の燃焼生成物が永続的に持ち込まれないように燃焼室窓を保護するために働く。
【０００３】
発明の開示
したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式のレーザ点火プラグを改良して、燃焼室窓の範囲における残留ガスクッションの形成もしくは取得が促進されるようなレーザ点火プラグを提供することである。
【０００４】
この課題は、本発明によれば、冒頭で述べた形式のレーザ点火プラグにおいて、副室に、流れを案内する少なくとも１つの流れ案内エレメントが設けられており、該流れ案内エレメントは、該流れ案内エレメントが、副室内に生じた、燃焼室窓へ向かって運動する流体流を半径方向内側の方向へ変向させるように配置されていることにより解決される。本明細書中において、「半径方向内側の方向」とは、レーザ点火プラグもしくは副室の長手方向軸線もしくは光軸を基準にしたものである。すなわち、半径方向内側の方向は、レーザ点火プラグの長手方向軸線に対してほぼ直角に位置している。
【０００５】
本出願人の実験によれば、流れを案内する流れ案内エレメントを設けることにより、たとえばレーザ点火プラグを有する内燃機関の圧縮行程時に、点火性の空気・燃料混合物が副室に流入するようなコンベンショナルなレーザ点火プラグにおいては副室に面した燃焼室窓表面に向かってスムーズに運動していた流体流の有効な変向が得られるので有利である。
【０００６】
流体流の本発明における変向は、流体流が副室の半径方向内側の範囲へ進むように、そして直接に燃焼室窓の表面範囲に位置する容積範囲を負荷しないように行われるので有利である。これにより、レーザ点火プラグの作動中にこの表面範囲には残留ガスクッションが形成し得るようになる。この残留ガスクッションは、副室の内部から到来する新しい流体流によって常時妨げられなくなる。
【０００７】
本発明によれば、流れ案内エレメントが、ほぼ凹面状に形成された流れ案内表面を有していることにより、残留ガスクッションの形成を妨げる流体流の特に効果的な変向が可能となる。本発明の別の実施態様では、流体流による燃焼室窓表面もしくは隣接した容積範囲の直接的な負荷が阻止される限りは、たとえば所定の区分においてのみ凹面状に形成されている流れ案内表面を設けることもできる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施態様では、流れ案内表面は、当該レーザ点火プラグがレーザ放射線を集束させる、副室内に配置された着火点に向けられており、かつ／または副室と燃焼室との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路に向けられている。これにより、特に好都合な流体流変向が得られる。これにより、副室内の流体流が通常、着火点を起点として、またはオーバフロー通路を起点として拡散するという事実が考慮される。
【０００９】
本発明によるレーザ点火プラグのさらに別の極めて有利な実施態様では、流れ案内エレメントが、直接に燃焼室窓の範囲に配置されている。これにより、燃焼室窓の範囲において、所望の残留ガスクッションを形成させたい容積範囲の付加的な機械的保護が得られる。
【００１０】
流れ案内エレメントは、該流れ案内エレメントが、燃焼室窓の、副室に面した表面と共にほぼ円錐台形状の容積範囲を取り囲むように構成されており、該円錐台形状の容積範囲の仮想底面が、燃焼室窓の範囲に位置しているか、もしくは燃焼室窓の表面によって形成されていると特に有利である。円錐台形状の容積範囲の仮想上面はこの場合、副室の内室に通じたレーザ放射線のための通過開口を成している。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な実施態様では、流れ案内エレメントが、当該レーザ点火プラグの光軸を、特に同心的に取り囲んでいることにより、本発明における特に均一な流れ変向が与えられている。
【００１２】
本発明のさらに別の有利な実施態様では、流れ案内エレメントが、当該レーザ点火プラグのハウジングと一体に形成されていることにより、特に安定した構造が与えられている。
【００１３】
本発明によるレーザ点火プラグのさらに別の極めて有利な実施態様は、副室と燃焼室との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路が設けられており、該オーバフロー通路が湾曲させられていることにより特徴付けられている。慣用的に孔として形成されたオーバフロー通路とは異なり、オーバフロー通路が湾曲させられている本発明独自の構成により、副室の内側範囲における流体流の案内時に別の自由度が与えられているので有利である。これにより本発明における流れ案内エレメントを、所望の流体変向の点で有利に補助することができる。
【００１４】
オーバフロー通路の、副室の内側範囲に開口した第１の区分の第１の長手方向軸線が当該レーザ点火プラグの光軸と共に成す角度が、オーバフロー通路の、副室を取り囲む外側範囲に開口した第２の区分の第２の長手方向軸線が光軸と共に成す角度よりも大きく形成されていることにより、オーバフロー通路の範囲における特に好都合な流れ案内が与えられている。オーバフロー通路の第１の区分の第１の長手方向軸線はこの場合、レーザ点火プラグの光軸と共に十分に直角を成していてよいが、オーバフロー通路の第２の区分の第２の長手方向軸線は有利にはレーザ点火プラグの光軸と共に有利には鋭角の角度、特に＜２０゜の角度を成していてよい。
【００１５】
以下に、本発明の種々の実施形態を図面につき詳しく説明する。この説明から本発明のさらに別の利点、特徴および詳細が明らかとなる。この場合、特許請求の範囲および発明の詳細な説明に記載されている特徴は、それぞれ単独の形でも、または任意に組み合わされた形でも本発明にとって重要となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるレーザ点火プラグの第１実施形態を示す部分的な横断面図である。
【図２】本発明によるレーザ点火プラグの第２実施形態を示す部分的な横断面図である。
【図３】本発明によるレーザ点火プラグの第３実施形態を示す部分的な横断面図である。
【００１７】
図１には、本発明によるレーザ点火プラグ１００の第１実施形態が部分的な横断面図で示されている。レーザ点火プラグ１００は組み込まれたレーザ装置１０５を有しており、このレーザ装置１０５はレーザ放射線２０を発生させて、このレーザ放射線２０を、レーザ点火プラグ１００に設けられた前室もしくは副室１１０内に位置する着火点ＺＰに集束させることができる。
【００１８】
択一的にレーザ点火プラグ１００は、遠ざけられて配置された源（図示しない）からレーザ放射線が供給されて、レーザ点火プラグがこのレーザ放射線を着火点に集束させるように設計されていてもよい。その場合には、局所的なレーザ装置１０５を不要にすることができる。
【００１９】
副室１１０の内室は、レーザ点火プラグ１００の、燃焼室から離反した側もしくは燃焼室とは反対の側の部分１００ａとは燃焼室窓１４０によって分離されている。
【００２０】
さらに、レーザ点火プラグ１００もしくはその副室１１０は、複数のオーバフロー通路１２０を有している。これらのオーバフロー通路１２０は、副室１１０と外側範囲２００との間の流体接続を可能にする。外側範囲２００は、レーザ点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた状態において、たとえば内燃機関の燃焼室であってよい。
【００２１】
本発明によれば、レーザ点火プラグ１００はさらに、流れを案内する少なくとも１つの流れ案内エレメント１３０を有している。流れ案内エレメント１３０は本実施形態では、ほぼ回転対称的に形成されていて、燃焼室窓１４０の、副室１１０に面した側の表面の範囲に配置されている。
【００２２】
流れ案内エレメント１３０により、燃焼室窓１４０に向けられた流体流Ｆはレーザ点火プラグ１００の光軸ＯＡに関して半径方向内側の範囲もしくは半径方向内側の方向へ変向させられる。
【００２３】
図１に破線により示した矢印Ｆ′は、本発明において変向された流体流を示している。
【００２４】
本発明におけるＦからＦ′への流れ変向により、容積範囲１１１に残留ガスクッション１５０が形成され得るので有利である。この残留ガスクッション１５０は有利には、副室１１０内でのレーザ着火に基づいた燃焼時に生じるような汚染粒子および別の望ましくない要素に対して燃焼室窓１４０の表面を保護する。
【００２５】
流れ案内エレメント１３０は有利には、ほぼ凹面状に形成された流れ案内表面１３０ａを有している。この流れ案内表面１３０は有利には着火点ＺＰもしくはオーバフロー通路１２０に向けられているので、半径方向内側の範囲への効果的な流れ変向が可能になる。
【００２６】
本発明における流れ案内表面１３０は必ずしも直接に燃焼室窓１４０に隣接して配置される必要はないが、しかしこれにより、残留ガスクッション１５０の形成および永続的な取得を高い信頼性を持って可能にする、特に良好に流れ保護された容積範囲１１１の構成が得られるので有利である。
【００２７】
図２には、本発明によるレーザ点火プラグ１００の第２実施形態が示されている。
【００２８】
図１に示した第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、流れ案内エレメント１３０が、燃焼室窓１４０の、副室１１０に面した表面と共に、ほぼ円錐台形状の容積範囲１１１を取り囲むように流れ案内エレメント１３０が構成されている。この円錐台形状の容積範囲１１１の仮想底面は燃焼室窓１４０の範囲に位置しているか、もしくはこの場合、直接に燃焼室窓１４０の表面によって形成されている。円錐台形状の容積範囲１１１の仮想上面は相変わらず、容積範囲１１１と副室１１０の残りの容積との（たとえ制限されているとしても）流体連通ならびに着火点ＺＰへのレーザ放射線２０の伝送を可能にする。
【００２９】
本発明によれば、流れ案内エレメント１３０がレーザ点火プラグ１００の光軸ＯＡを、特に同心的に取り囲むことにより、特に均一な流れ案内もしくは燃焼室窓１４０からの流体流Ｆ（図１）の変向を行うことができる。
【００３０】
流れ案内エレメント１３０は有利にはレーザ点火プラグ１００のハウジング１０１と一体に形成されていてもよい。これにより、機械的に特に安定した配置構成が得られる。
【００３１】
図３には、本発明によるレーザ点火プラグ１００のさらに別の有利な構成である第３実施形態が示されている。この場合、側方のオーバフロー通路１２０′が湾曲させられている。
【００３２】
第３実施形態では、オーバフロー通路１２０′の、副室１１０の内側範囲に開口した第１の区分の第１の長手方向軸線Ｌ１が、レーザ点火プラグ１００の光軸ＯＡと共に角度α１を成しており、この角度α１はオーバフロー通路１２０′の、副室１１０を取り囲む外側範囲２００に開口した第２の区分の第２の長手方向軸線Ｌ２が光軸ＯＡと共に成す角度α２よりも大きく形成されている。第２の長手方向軸線Ｌ２と光軸ＯＡとの間の角度α２は有利には約５０゜よりも小さく、特に有利には約２０゜よりも小さい。
【００３３】
これにより、一方では外側範囲２００もしくは燃焼室から点火性の空気・燃料混合物が副室１１０に供給された場合に、この混合物が直接に着火点ＺＰへ流れるか、もしくは少なくとも直接的には燃焼室窓１４０へ向かって流れないことが保証されている。他方において、第２の長手方向軸線Ｌ２の本発明における配置に基づき、燃焼室２００に存在する混合物を点火するために働く、副室１１０から進出する点火フレアが純然たる半径方向で副室１１０から離れる方向に延びるのではなく、少なくともある程度の割合でレーザ点火プラグ１００の長手方向軸線もしくは光軸ＯＡを基準にして軸方向でも、つまり図３で見て右側に向かっても広がることが確保されているので有利である。
【００３４】
本発明によれば、保護したい容積範囲１１１（図２）からの最適化された流れ変向が保証されると同時に、点火フレア（図示しない）が特に好都合な向きで副室１１０から燃焼室２００へ進出し得るように、湾曲させられたオーバフロー通路１２０′の形状付与と、流れ案内エレメント１３０の形状付与との調和が行われる。
【００３５】
残留ガスクッション１５０（図１）の形成をレーザ着火自体によって損なわないようにするために、着火点ＺＰは有利には、該着火点ＺＰが、保護したい容積範囲１１１の外に位置するように、特に図１で見て副室１１０の右側の空間半部に位置するように設定される。
【図１】
2013511659.tif 000003
【図２】
2013511659.tif 000004
【図３】
2013511659.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月24日(2012.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関または大型ガスエンジンに用いられるレーザ点火プラグ（１００）であって、点火性の媒体を収容するための副室（１１０）と、該副室（１１０）を、当該レーザ点火プラグ（１００）の、燃焼室とは反対の側の部分（１００ａ）から分離する燃焼室窓（１４０）とが設けられている形式のレーザ点火プラグ（１００）において、副室（１１０）に、流れを案内する少なくとも１つの流れ案内エレメント（１３０）が設けられており、該流れ案内エレメント（１３０）は、該流れ案内エレメント（１３０）が、副室（１１０）内に生じた、燃焼室窓（１４０）へ向かって運動する流体流（Ｆ）を半径方向内側の方向へ変向させるように配置されていることを特徴とする、レーザ点火プラグ。
【請求項２】
流れ案内エレメント（１３０）が、ほぼ凹面状に形成された流れ案内表面（１３０ａ）を有している、請求項１記載のレーザ点火プラグ。
【請求項３】
流れ案内表面（１３０ａ）は、当該レーザ点火プラグ（１００）がレーザ放射線（２０）を集束させる、副室（１１０）内に配置された着火点（ＺＰ）および／または副室（１１０）と燃焼室（２００）との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路（１２０）に向けられている、請求項２記載のレーザ点火プラグ。
【請求項４】
流れ案内エレメント（１３０）が、直接に燃焼室窓（１４０）の範囲に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項５】
流れ案内エレメント（１３０）は、該流れ案内エレメント（１３０）が、燃焼室窓（１４０）の、副室（１１０）に面した表面と共にほぼ円錐台形状の容積範囲（１１１）を取り囲むように構成されており、該円錐台形状の容積範囲（１１１）の底面が、燃焼室窓（１４０）の範囲に位置しているか、もしくは燃焼室窓（１４０）の表面によって形成されている、請求項４記載のレーザ点火プラグ。
【請求項６】
流れ案内エレメント（１３０）が、当該レーザ点火プラグ（１００）の光軸（ＯＡ）を同心的に取り囲んでいる、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項７】
流れ案内エレメント（１３０）が、当該レーザ点火プラグ（１００）のハウジング（１０１）と一体に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項８】
副室（１１０）と燃焼室（２００）との間の流体接続を可能にする少なくとも１つのオーバフロー通路（１２０′）が設けられており、該オーバフロー通路（１２０′）が湾曲させられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザ点火プラグ。
【請求項９】
オーバフロー通路（１２０′）の、副室（１１０）の内側範囲に開口した第１の区分の第１の長手方向軸線（Ｌ１）が、当該レーザ点火プラグ（１００）の光軸（ＯＡ）と角度（α１）を成しており、該角度（α１）は、オーバフロー通路（１２０′）の、副室（１１０）を取り囲む外側範囲（２００）に開口した第２の区分の第２の長手方向軸線（Ｌ２）が光軸（ＯＡ）と成す角度（α２）よりも大きく形成されている、請求項８記載のレーザ点火プラグ。
【国際調査報告】
2013511659.tif 000006
2013511659.tif 000007
2013511659.tif 000008
2013511659.tif 000009
2013511659.tif 000010
2013511659.tif 000011