具有環(huán)形承載件和玻璃活塞的活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活塞，其具有環(huán)形承載件和用于觀察內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室中的過程的玻璃活塞，其中所述玻璃活塞安置在所述環(huán)形承載件上，并且在所述環(huán)形承載件的內(nèi)側(cè)表面的區(qū)域中固定地連接到環(huán)形承載件上。
【背景技術(shù)】
[0002]使活塞具有觀察窗口或玻璃活塞以能夠在視覺上觀察燃燒室中的過程是已知的。從文件 JP2009-209752A2、EP1820948A1、DE602005004482T2、W005/121538AU LU90747A1、JP10142106A、AT392351B、JP54-047016A2 和 US2，919，688A 獲知具有玻璃窗口或玻璃活塞的各種活塞。玻璃窗口或玻璃活塞通常經(jīng)由粘著劑結(jié)合連接到環(huán)形承載件。
[0003]在具有玻璃窗口或玻璃活塞的已知活塞中，熱張力的危險(xiǎn)存在，并且作為進(jìn)一步結(jié)果，玻璃活塞中的裂隙可能由于通常由石英玻璃或藍(lán)寶石玻璃制成的玻璃活塞與由鋼或鋁制成的環(huán)形承載件之間的不同的熱膨脹而發(fā)生，這會大幅降低活塞的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，避免這些缺點(diǎn)，并且延長用于觀察內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃燒室中的過程的活塞的使用壽命，以及實(shí)現(xiàn)燃燒過程的最佳可能的觀察。
[0005]這根據(jù)本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴ＡЩ钊?jīng)由至少一個(gè)形狀配合的連接并且優(yōu)選經(jīng)由摩擦鎖定的連接連接到環(huán)形承載件。
[0006]形狀配合的連接優(yōu)選由玻璃活塞和至少一個(gè)緊固環(huán)形成，并且摩擦鎖定的連接優(yōu)選由至少一個(gè)緊固環(huán)和環(huán)形承載件形成。
[0007]在這種情況下，形狀配合的連接可以具有至少一個(gè)在玻璃活塞的外側(cè)表面的區(qū)域中的圓周凹槽，對應(yīng)于圓周凹槽互補(bǔ)地模制的緊固環(huán)布置在圓周凹槽中。
[0008]摩擦鎖定的連接優(yōu)選具有在緊固環(huán)的外側(cè)表面上的外螺紋和環(huán)形承載件的內(nèi)側(cè)表面的對應(yīng)的內(nèi)螺紋，其中緊固環(huán)經(jīng)由外螺紋旋入環(huán)形承載件的內(nèi)螺紋。
[0009]在這種情況下，環(huán)形承載件優(yōu)選實(shí)施為圓柱形元件，圓柱形元件實(shí)施為內(nèi)部中空的，具有內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面。
[0010]圓周凹槽可以實(shí)施為楔形凹槽，使得在緊固環(huán)的熱膨脹的情況下，到環(huán)形承載件的摩擦鎖定的連接得以維持。楔形凹槽的楔形形狀優(yōu)選以引入玻璃活塞的力不超過臨界的方式來實(shí)施。在這種情況下，楔形凹槽具有面向彼此的第一和第二楔形面，其中第二楔形面具有比第一楔形面更小的到玻璃活塞的氣體壓力側(cè)的前部的距離。在安裝的狀態(tài)氣體壓力側(cè)的前部下面向燃燒室，并且在運(yùn)行時(shí)氣體力施加于其上。第一楔形面相對于活塞的活塞軸線上的法向平面跨越第一楔形角，活塞的活塞軸線沿活塞的行程方向布置。第一楔形角優(yōu)選在大約30°與70°之間、優(yōu)選在大約40°與60°之間。測試和模擬已經(jīng)顯示出大約52°的第一楔形角的特別好的結(jié)果。玻璃中的張應(yīng)力可以通以這種方式形成的第一楔形角保持在可允許的范圍內(nèi)，由此可以避免裂隙和裂縫-尤其是由于作用在活塞上的向心力。
[0011]優(yōu)選由鋁制成的緊固環(huán)可以部分地補(bǔ)償環(huán)形承載件相對于玻璃活塞的熱膨脹，并且因此防止玻璃活塞的松開和分離。
[0012]緊固環(huán)可以以一個(gè)部分或多個(gè)部分來實(shí)施。在一個(gè)部分的實(shí)施例中，例如，緊固環(huán)可以形成為在至少一個(gè)點(diǎn)處優(yōu)選完全切開，由此彈性地形成的緊固環(huán)可以在安裝期間套在玻璃活塞上面伸展，直至它抵靠在圓周凹槽中為止。
[0013]然而，緊固環(huán)由至少兩個(gè)部分、例如環(huán)形區(qū)段形成也是可能的，所述至少兩個(gè)部分在面向彼此的接合面的區(qū)域中優(yōu)選經(jīng)由至少一個(gè)布置在接合面的鉆孔中的連接銷連接到彼此。
[0014]為了避免緊固環(huán)尤其在安裝期間的扭曲，緊固環(huán)以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接到玻璃活塞。旋轉(zhuǎn)固定的連接可以例如由粘著劑結(jié)合或形狀配合的連接形成。
[0015]鋁或鋁合金可以選擇為用于緊固環(huán)的材料。
[0016]必不可少的的是，補(bǔ)償不同熱膨脹的零件提供在玻璃活塞與環(huán)形承載件連接點(diǎn)處。完了補(bǔ)償不同的熱膨脹，如果玻璃活塞具有環(huán)形形狀的突出部是有利的，所述突出部優(yōu)選在燃燒室側(cè)上毗鄰圓周凹槽，其中垂直于活塞軸線布置的環(huán)形形狀的接觸表面形成在突出部的區(qū)域中。接觸表面有利地抵靠在環(huán)形承載件的前面的環(huán)形表面上，其中至少一個(gè)密封元件、尤其優(yōu)選硅樹脂密封件優(yōu)選布置在玻璃活塞與環(huán)形承載件之間。密封元件密封環(huán)形承載件的內(nèi)部防止異物。環(huán)形形狀的接觸表面也可以實(shí)施為圓周凹槽。在這種情況下，如果玻璃活塞不直接抵靠在密封元件上以避免將張力引入玻璃是有利的。
[0017]此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)置成，玻璃活塞在其背向燃燒室的一端上(或在其背向氣體壓力的后部上)壓抵在至少一個(gè)膨脹環(huán)上，所述膨脹環(huán)經(jīng)由至少一個(gè)反向保持元件支撐在環(huán)形承載件上。在這種情況下，膨脹環(huán)充當(dāng)〃熱彈簧〃，并且由具有比鋼更大的熱膨脹的材料、例如鋁制成。玻璃活塞與環(huán)形承載件之間的摩擦鎖定由膨脹環(huán)引起并維持。玻璃活塞因此沿一個(gè)方向僅壓在螺紋的側(cè)腹上，并且因此避免了玻璃活塞在螺紋中的交替載荷和來回移動("嘎嘎作響")_這會導(dǎo)致玻璃活塞中的張力和裂縫。在這種情況下，在簡單的實(shí)施例中可以設(shè)置成，反向保持元件由環(huán)形承載件的內(nèi)側(cè)表面突出的肩部形成。肩部可以布置在環(huán)形承載件的一個(gè)或更多個(gè)圓周部分中。然而，為了避免界定的裂縫的發(fā)生，如果肩部圓周地形成使有利的。膨脹環(huán)將其本身和玻璃活塞支撐在反向保持元件上。玻璃活塞的熱膨脹由膨脹環(huán)來補(bǔ)償。
[0018]替代地或額外地，可以設(shè)置成，反向保持元件由反向螺紋連接件形成，反向螺紋連接件以摩擦鎖定的方式可拆卸地連接到環(huán)形承載件的內(nèi)側(cè)表面。如果需要，玻璃活塞可以在熱定的運(yùn)行時(shí)間之后經(jīng)由反向螺紋連接件再次擰緊，以防止其的意外分離。反向螺紋連接件可以由具有外螺紋的中空螺紋件來形成，所述反向螺紋連接件從背向玻璃活塞的一側(cè)旋入環(huán)形承載件的內(nèi)螺紋，并且優(yōu)選經(jīng)由膨脹環(huán)壓抵在玻璃活塞上。
[0019]玻璃活塞和環(huán)形承載件的組裝以兩個(gè)步驟來執(zhí)行。在第一步驟中，緊固環(huán)在玻璃活塞的圓周凹槽上伸展，其中緊固環(huán)優(yōu)選膠粘到玻璃活塞。玻璃活塞與緊固件現(xiàn)在一起旋入環(huán)形承載件，緊固環(huán)伸展，直至玻璃活塞以其背向燃燒室面的一端抵靠在膨脹環(huán)上。膨脹環(huán)引起玻璃活塞與環(huán)形承載件之間的熱補(bǔ)償，并且防止不允許的高熱張力引入玻璃活塞。替代地-在旋入玻璃活塞之后-反向螺紋連接件可以逆著膨脹環(huán)或玻璃活塞以界定的扭矩旋緊。不允許的高熱張力到玻璃活塞內(nèi)引入通過界定的扭矩來避免。如果需要，反向螺紋連接件可以再次擰緊。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)變體中，玻璃活塞具有氣體壓力側(cè)、Btt鄰背向燃燒室的一側(cè)的第一玻璃活塞部分和第二玻璃活塞部分，其中第一玻璃活塞部分在氣體壓力側(cè)上從環(huán)形承載件中突出，并且第二玻璃活塞部分定位在環(huán)形承載件內(nèi)部。玻璃活塞布置在環(huán)形承載件中，使得第二玻璃活塞部分-和形狀配合的或摩擦鎖定的連接，例如具有緊固環(huán)-位于環(huán)形承載件內(nèi)部，并且由環(huán)形承載件包圍。這種布置具有燃燒室更好地可見的優(yōu)點(diǎn)。此外，該實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了燃燒室中的燃燒過程的最佳觀察，并且因此提供了獲得關(guān)于燃燒過程的更多信息的可能性。此外，迫使玻璃活塞在環(huán)形承載件中的持久緊固，這是因?yàn)樾螤钆浜系暮湍Σ伶i定的連接布置在第二玻璃活塞部分的區(qū)域中并且因此在環(huán)形承載件內(nèi)部受保護(hù)。
【附圖說明】
[0021]本發(fā)明將會基于在圖中圖示的非限制性的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地進(jìn)行描述。在圖中:
[0022]圖1以縱向截面示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例變體中的活塞；
[0023]圖2以分解圖示出了該活塞；
[0024]圖3以縱向截面示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例變體中的活塞，并且
[0025]圖4以分解圖示出了該活塞；