(57)【要約】【課題】  燃焼室窓が破壊されない取付け装置を提供する。【解決手段】  燃焼室窓１を内燃機関に固定するための取付け装置は、シール要素２を備えており、このシール要素は燃焼室窓１を少なくとも所定の幅の領域で取り囲み、燃焼室窓１は光入射面３と光出射面４と接触面５を有している。この接触面５は、光入射面３と光出射面４から実質的に分離されており、シール要素２はこの接触面５で燃焼室窓１に支持され、光入射面３の方に向いたシール要素の端部における燃焼室窓１の第１の横断面領域６は、光出射面４の方に向いたシール要素２の端部における燃焼室窓１の第２の横断面領域７と実質的に同じ大きさである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール要素（２）を備えており、このシール要素が燃焼室窓（１）を少なくとも所定の幅の領域で取り囲んでおり、前記燃焼室窓（１）が光入射面（３）と光出射面（４）と接触面（５）を有しており、この接触面（５）は前記光入射面（３）と前記光出射面（４）から実質的に分離されており、前記シール要素（２）が燃焼室窓（１）と接触した状態で前記接触面（５）を支持しており、光入射面（３）の方に向いたシール要素の端部における燃焼室窓（１）の第１の横断面領域（６）が、光出射面（４）の方に向いたシール要素（２）の端部における燃焼室窓（１）の第２の横断面領域（７）と実質的に同じ大きさである、燃焼室窓（１）を内燃機関に固定するための取付け装置。
【請求項２】
接触面（５）が、少なくとも所定の幅の領域で、互いに平行な平面（８）内に延在していることを特徴とする請求項１に記載の取付け装置。
【請求項３】
接触面（５）がシール要素（２）を受け入れるために設けられた切欠きまたは凹部（９）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の取付け装置。
【請求項４】
第１の横断面領域（６）が第２の横断面領域（７）に対して平行に延在していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項５】
燃焼室窓（１）が実質的に円筒形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項６】
燃焼室窓（１）が２つの円筒状の胴体（１０）を有しており、この円筒状の胴体（１０）が互いに一体連結されており、かつ異なる直径を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項７】
円筒状の胴体（１０）がそれらの対称軸線に関して同軸に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の取付け装置。
【請求項８】
光入射面（３）と光出射面（４）が円筒の端面領域にあり、接触面（５）が円筒の外周面領域にあることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項９】
光入射面（３）と光出射面（４）が円筒の端面領域にあり、接触面（５）が円筒の外周面領域にあることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１０】
燃焼室窓（１）の縦断面が多角形であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１１】
シール要素（２）に作用して変形させるための少なくとも１個の加圧要素（１１）が設けられ、この加圧要素（１１）がシール要素（２）の主たる変形方向（１２）に対して実質的に垂直な方向（１３）からシール要素（２）に作用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１２】
加圧要素（１１）が光入射面（３）または光出射面（４）の垂線に対して実質的に平行な方向からシール要素（２）に作用可能であることを特徴とする請求項１１に記載の取付け装置。
【請求項１３】
シール要素（２）が前記加圧要素（１１）の作用を受けることによって反った面を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の取付け装置。
【請求項１４】
反った面が燃焼室窓（１）の接触面（５）の方に向いていることを特徴とする請求項１３に記載の取付け装置。
【請求項１５】
加圧要素（１１）が取付け装置のハウジング（１４）に固定または溶接されていることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１６】
シール要素（２）が塑性変形可能な物性を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１７】
シール要素（２）が弾性変形可能な物性を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１８】
シール要素（２）が輪状または中空の管状であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項１９】
シール要素（２）が金属材料によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２０】
シール要素（２）を形成する金属材料が、軟鉄、銅、アルミニウム、ニッケルめっき銅、又は銅とアルミニウムの合金のいずれかであることを特徴とする請求項１９に記載の取付け装置。
【請求項２１】
燃焼室窓（１）が、ガラス、サファイアガラス、石英ガラスまたは合成石英ガラスによって形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２２】
燃焼室窓（１）が、内燃機関のシリンダヘッド内の燃焼室側に配置されていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２３】
１３メガパスカル以上３０メガパスカル以下（１３０〜３００bar）の圧力範囲に適していることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２４】
１５メガパスカル以上２５メガパスカル以下（１５０〜２５０bar）の圧力範囲に適していることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２５】
７００〜１２００℃の温度範囲に適していることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２６】
８００〜１０００℃の温度範囲に適していることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２７】
燃焼室窓（１）が光学式プローブまたは光学式プローブの一部に連結可能であることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２８】
燃焼室窓（１）がレーザー光を内燃機関の燃焼室に導入するために適していることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項２９】
燃料と空気の混合気に点火するためにレーザー光を燃焼室内に集束することが可能であるように、燃焼室窓（１）が適応していることを特徴とする請求項２８に記載の取付け装置。
【請求項３０】
燃焼室窓（１）がレンズ系を有しているか、または燃焼室窓がレンズ形状であることを特徴とする請求項１〜２９のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項３１】
固定状態において、燃焼室窓（１）が、燃焼室から離れた側で、支持要素（１５）または支持ディスクに支持されていることを特徴とする請求項１〜３０のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項３２】
支持要素（１５）が燃焼室窓（１）に対して確実に固定されるように連結可能であることを特徴とする請求項３１に記載の取付け装置。
【請求項３３】
任意の支持要素（１５）を備えることが可能であり、燃焼室窓（１）がシール要素（２）にのみ支持または保持されているか、あるいは支持要素（１５）が設けられていることによって、支持要素（１５）とシール要素（２）に指示されることを特徴とする請求項１〜３２のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項３４】
接触面（５）がそれぞれ光入射面（３）と光出射面（４）からなるグループの少なくとも一方から、少なくとも端部領域によって分離されていることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項３５】
前記端部領域が丸められていることを特徴とする請求項３４に記載の取付け装置。
【請求項３６】
シール要素（２）が燃焼室窓（１）を完全に取り囲んでいることを特徴とする請求項１〜３５のいずれか一項に記載の取付け装置。
【請求項３７】
請求項１〜３６のいずれか一項に記載の取付け装置に適した燃焼室窓（１）。
【請求項３８】
請求項１〜３６のいずれか一項に記載の取付け装置を有するプローブ。
【請求項３９】
取付け装置がシール要素（２）を備えており、前記シール要素が少なくとも所定の幅の領域において燃焼室窓（１）を取り囲んでおり、前記燃焼室窓（１）が光入射面（３）と光出射面（４）と接触面（５）を有しており、この接触面が前記光入射面（３）と前記光出射面（４）から実質的に分離されており、前記シール要素（２）がこの接触面で燃焼室窓（１）に支持されている、取付け装置内に燃焼室窓（１）を配置する方法であって、
燃焼室窓（１）が取付け装置のハウジング内において所定の位置に装着され、第２ステップにおいてこの燃焼室窓に続いて、シール要素（２）が燃焼室窓（１）の接触面（５）の所定の幅の領域に押し付けられることを特徴とする燃焼室窓の取付け方法。
【請求項４０】
シール要素（２）が加圧要素（１１）によって前記燃焼室窓（１）の接触面（５）に押し付けられており、前記加圧要素（１１）がシール要素（２）の主たる変形方向（１２）に対して、０°よりも大きな角度であって、好ましくは実質的に垂直にシール要素（２）に作用することを特徴とする請求項３９に記載の取付け方法。
【請求項４１】
シール要素（２）に対する加圧作業の後で、前記加圧要素（１１）がそのとき達したその位置で取付け装置に固定または溶接されることを特徴とする請求項４０に記載の取付け方法。
【請求項４２】
シール要素（２）が塑性変形することを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール要素が備えられており、このシール要素が燃焼室窓を少なくとも所定の幅の領域で、特に完全に取り囲み、燃焼室窓が光入射面と光出射面と接触面を有し、この接触面が光入射面と光出射面から実質的に分離され、シール要素がこの接触面で燃焼室窓に支持されている、燃焼室窓を内燃機関に固定するための取付け装置に関する。本発明は更に、燃焼室窓を取付け装置内に配置するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の技術水準において知られている燃焼室窓は、主に２つの役割を有する。燃焼室窓は、一方では内燃機関内の燃焼プロセスを観察および分析するために役立つ。他方で、燃焼室窓は、内燃機関の燃焼室で例えば点火を行うために、光、例えばレーザー光を燃焼室に導入するために設けることができる。いずれの使用状況であっても、燃焼室窓の取付け装置は、燃焼室窓と共に内燃機関の燃焼室内の高圧および高温にさらされる。更に、燃焼室窓は、要求される光学特性を有するように、高級な種類のガラスによって製造すべきである。
【０００３】
円錐台形の燃焼室窓について、シール要素および適当に形成された取付け装置に押込むことが、技術水準において知られている。しかしこの場合、所定の位置への燃焼室窓の押し込み作業中に、燃焼室窓がしばしば破壊される。
【０００４】
特許文献１では、燃焼室窓を固定するための組み立て構造が、光入射面と光出射面の端部に支持されるシールを備えている。この構造は、ねじ部材と弾性リング部分によって加えられる接触圧力が光入射面と光出射面に作用し、それによって燃焼室窓の破壊が促進すされてしまう。
【特許文献１】オーストリア国特許第３９２３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの目的は、上記の問題が回避される取付け装置を提供することである。本発明の他の目的は、取付け装置内に燃焼室窓を配置するための適当な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その目的を達成するために、一つには、光入射面の方向に向かうシール要素の端部における燃焼室窓の第１の横断面領域が、光出射面の方向に向かうシール要素の端部における燃焼室窓の第２の横断面領域と実質的に同じ大きさである取付け装置が提供される。
【０００７】
同様に、本発明による装着方法が提供される。この方法では、第１のステップにおいて燃焼室窓が、取付け装置のハウジング内においてそのための所定の位置に装着され、第２ステップにおいて、好ましくはこの燃焼室窓に続いて、シール要素が燃焼室窓の接触面に少なくとも所定の幅の領域で押し付けられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によって、取付け装置の取付け作業中およびそれに続く動作中に、燃焼室窓の表面に負荷を与えないことが可能となる。燃焼室窓は実質的にその外周においてのみ、シール要素によって負荷がかかり、光入射面または光出射面では負荷がかからない。それによって、取付けに基づいておよび動作中に、燃焼室窓が破壊される可能性がきわめて小さくなる。
【実施例】
【０００９】
以下の明細書において、図面を参照して本発明の更なる詳細および効果を説明する。
【００１０】
図１は、取付け完了状態の取付け装置と、この取付け装置内に保持された燃焼室窓１とを備えた第１の実施形態を示している。この実施形態は他の実施形態のように、内燃機関の燃焼室内の燃焼プロセスを観察するため、もしくは内燃機関の燃焼室内にレーザー光を導入するために使用可能である光学式プローブの前側部分を示している。特に、定置ガスエンジン等のような比較的に大型の内燃機関の場合には、燃焼室窓と取付け装置はかなり高い圧力および温度にさらされる。それ故、本発明による取付け装置は好ましくは１３〜３０メガパスカル（１３０〜３００バール）の圧力範囲であって、特に好ましくは１５〜２５メガパスカル（１５０〜２５０バール）の圧力範囲に適するように設計されている。また、７００〜１２００℃の温度範囲であって、特に好ましくは８００〜１０００℃の温度範囲に適するように設計されている。燃焼室窓１は好ましくは燃焼室側に、特に好ましくは内燃機関のシリンダヘッド内に配置されている。燃焼室窓が燃焼室内の燃料と空気の混合気に点火する目的でレーザー光を導入するために使用される場合には、燃焼室窓がレーザー光を集束させるのに適していることが望ましい。これは例えば好ましくは複数パートレンズ系を有する燃焼室窓あるいは１個のレンズの形をした燃焼室窓によって達成される。
【００１１】
図１に示した実施形態において、燃焼室窓は円筒形である。燃焼室窓は、図１に示す取付け完了状態で、シール２と支持要素１５のみによって保持されている。取付け装置の加圧要素１１もハウジング１４のハウジングリング１６も、燃焼室窓１に物理的に直接接触していない。燃焼室窓１自体はガラス、好ましくはサファイアガラスまたは石英ガラスまたは合成石英ガラスによって形成可能である。適当な合成石英ガラスは例えばヘラオイス（Heraeus）によって商品名“Suprasil”で販売されている。一般的に、燃焼室窓１の端部は、端部が破損しないようにするために、丸めた形をしているかまた面取り部を有する。
【００１２】
シール要素２は燃焼室窓１を輪状または中空の管状に取り囲んでいる。シール要素は弾性変形可能な材料か塑性変形可能な材料のいずれかの材料で作ることができる。例を挙げると、軟鉄、銅、アルミニウム、ニッケルめっきした銅、又は銅とアルミニウムの合金のような塑性変形可能な金属材料が特に好ましい。
【００１３】
本発明の燃焼室窓１の取付け方法においては、第１の方法ステップで、燃焼室窓１が、そのために予め設けられている所定の位置で、取付け装置のハウジング１４内に嵌め込まれる。そして、好ましくはこの第１の方法ステップに続く第２の方法ステップにおいて、シール要素２が燃焼室窓１の接触面５に対して押し付けられる。押し付け作業の前に、加圧要素１１は、取付け装置のハウジング１４に対して、図２に示す位置にある。その状態では、シール要素２が燃焼室窓１に対して多少動くように支持されている。加圧要素１１を方向１３に作用させると、シール要素２は好ましくは塑性変形し、それによって燃焼室窓１の接触面５に押し付けられる。それ故、シール要素２が加圧要素１１によって作用を受ける方向１３は、シール要素２の主たる変形方向１２に対して実質的に垂直である。この変形が生じるときに、ハウジングリング１６は加圧要素１１によって加えられる力に対する反作用力を方向１３′に加える。加えられる力により、シール要素２は湾曲した面を形成する。この面は好ましくは燃焼室窓１の接触面５の方に向いている。図１に示した加圧作用の方向１３は、好ましくは光入射面３と光出射面４の少なくとも一方に対して垂直な方向に向いている。変形作業または加圧作業の結果は図１に図示した位置に示してある。更に、加圧要素１１が例えば領域１７において好ましくは溶接によってハウジング１４に固着または固定されることが望ましい。好ましくはリングの形をした支持要素１５は燃焼室窓１の固定状態で燃焼室から離れた燃焼室窓の側を支持する。この支持要素は光のための通過穴１９を備えている。この通過穴はハウジング１４内の光通路２０と同軸に配置されている。燃焼室窓１は通過穴１９を除いて、燃焼室から離れたその表面によって、支持要素１５に対して確実に固定されるように支持されている。
【００１４】
図１〜３に図示した最初の２つの実施形態で示した円筒形の燃焼室窓１では、光入射面３と光出射面４は円筒形の端面の領域にあるが、接触面５は円筒形の外周面の領域にある。しかしながら、図４，５に示すように、本発明は円筒形の燃焼室窓１に決して限定されない。これに関連して、燃焼室窓１の全体形状に関係なく、図示したすべての実施形態において、光入射面３寄りのシール要素２の端部における燃焼室窓１の第１の横断面領域６は、光出射面４寄りのシール要素２の端部における燃焼室窓１の第２の横断面領域７と実質的に同じ大きさである。第１の横断面領域６と第２の横断面領域７の位置は、物理的な分離面を含んでいないが、図において破線で示してある。２つの横断面領域６，７は互いに実質的に平行に延在している。多くの場合の形状では、燃焼室窓１とシール要素２との間の接触面５が少なくとも所定の幅の領域で互いに平行な平面８内に延在している。しかしながら、それに関して、もし必要であれば、シール要素２を収容する切欠きまたは凹部９を接触面５内の所定の幅の領域に設けることができる。この凹部９は一般的に円形であり、燃焼室窓１の周囲に延在している。いずれにしても一般的に、接触面５は光入射面３と光出射面４から実質的に分離して配置される。燃焼室窓の最も多い形状では、接触面５がそれぞれ光入射面３と光出射面４から、随意的に丸められた端部によって分離されている。その結果、燃焼室窓１は実質的にその外周でのみ負荷を受け、その端部では負荷を受けない。これは燃焼室窓の破壊を防止することができる。
【００１５】
図３に示した第２の実施形態は、燃焼室窓１と支持要素１５を包囲するハウジングリング１６′がハウジング１４から分離して形成されている、すなわち独立した環状構成要素の形をしている点だけが第１の実施形態と異なっている。図３は、加圧要素１１が領域１７においてハウジング１４に溶接固定されている組み立て完了状態を示している。同じ状態が図４，５に示してある。この図４，５は、燃焼室窓１が互いに一体連結された２つの円筒状の胴体１０を備えた実施形態を示している。この円筒状の胴体は異なる直径を有し、対称軸線に関して同軸に配置されている。図５では、燃焼室から離れた面４がレンズの形をした曲率１８を有する。この曲率は、例えば燃焼室内にレーザー光を導入するための図示したプローブを提供するときに設けることができる。２つの面３，４のどちらが光入射面および光出射面であるかは、プローブが燃焼室内の燃焼プロセスを観察するために使用されるかそれとも燃焼室内に光、好ましくはレーザー光を導入するために使用されるかによってのみ決まる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態を示す図である。
【図２】第１の実施形態を示す図である。
【図３】変形された第２の実施形態を示す図である。
【図４】異なる形状の燃焼室窓を有する他の実施形態を示す図である。
【図５】異なる形状の燃焼室窓を有する他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    燃焼室窓
２    シール要素
３    光入射面
４    光出射面
５    接触面
６    第１の横断面領域
７    第２の横断面領域
８    平面
９    切欠きまたは凹部
１０    円筒状の胴体
１１    加圧要素
１２    主たる変形方向
１３    方向
１５    支持要素
【図１】
2007231943.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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