CN1043356C - 内燃机用隔热层 - Google Patents

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Abstract

内燃机用隔热层是一种陶瓷复合材料。在现有技术中，陶瓷发动机尚未进入实用阶段；石棉隔热层和陶棉隔热层在高温下其宏观结构遭受破坏，不耐振动和冲击，隔热性能亦下降。本发明之隔热层根据受热受力情况分为三层，即过渡层、高温隔热层和低温隔热层。每层均由耐热材料与无机粘接剂构成。具有高温稳定性和耐振动、耐冲击性。主要用于内燃机某些发热表面如排气管外壁的隔热。

Description

内燃机用隔热层
本发明所涉及到的内燃机隔热层按材料分类属陶瓷复合材料。主要用于内燃机/尤其是内燃机排气管的隔热，这种隔热要求隔热层具有高温隔热稳定性和耐振动、耐冲击性。
内燃机在工作过程中，有相当部分的热量主要通过排气管散发到环境中去，使得驾驶或工作环境过热。为了解决这一问题，在现有技术中有三种解决办法。1．设计一种陶瓷发动机，其整体均用导热系数低的陶瓷材料代替金属材料。这种发动机亦称绝热发动机。2．用以石棉为基料的糊状物料，涂敷在发热部位，待其固化后形成膨松的隔热层。3．用硅酸铝纤维(亦称陶棉)覆盖在排气管外壁上，再用玻璃丝带捆扎。
随着内燃机功率的增大，隔热问题变得愈加突出，大量的热散发到环境中去，导致操作环境恶化和仪表精度下降。现有的隔热层外表温度高达300-400℃。之所以如此，是因为现有的隔热层不能很好地解决隔热问题。陶瓷发动机确能解决隔热问题，但其本身远未能替代现有的内燃机，现在实际使用的内燃机几乎都是由金属材料制作的，也就是说，这种方法尚不实用。糊状石棉隔热层虽然适用于形状复杂的发热部位，并具有一定的隔热功能。但废气温度超过500℃后，造成石棉分解，而失去强度和弹性，降低了原有隔热效果。换言之，这种隔热层不具有高温隔热稳定性和耐振动、耐冲击性。并且目前尚未能将其他耐火度更高的纤维制成糊状。所以对于表面形状复杂(即面形不规则)的发热部位，尚无更好的隔热措施。而采用硅酸铝纤维的办法也存在着很多不足。首先，尽管硅酸铝纤维熔点高达1500℃以上，但在一定高温下，它的强度和弹性下降到很小，如有振动和冲击，其膨松的宏观结构将受到严重破坏，从而使其隔热性能下降。另外，由于硅酸铝纤维层的隔热性能下降，使得捆扎它的玻璃丝带承受高温。导致强度下降，如再受振动或冲击，则遭破坏。整个隔热层失去原有的隔热作用。后两种方法只是将隔热材料简单地涂敷和包扎在发热表面上，隔热层与发热表面二者未能牢固地接合。综上所述，为了实现对发热体不规则的金属发热表面进行隔热，同时隔热措施要实用，在保证高温隔热稳定性的同时，隔热层要具有耐振动、耐冲击性，我们发明了一种内燃机用隔热层
本发明主要通过两个途径来实现，一是选用具有高温稳定性的材料，一是无机粘接剂的引入。现详述如下，根据隔热层受热受力情况，将其分为三层。第一层为过渡层。主要是用水玻璃与尖晶石粉或/和云母粉调合成粘稠流体，然后涂刷在内燃机需隔热的表面上，该表面通常为形状不规则的金属表面。涂层厚度为0.15-0.5毫米。第二层是高温隔热层。在毡状氧化铝纤维、氧化锆纤维、高铝硅酸铝纤维和高锆硅酸铝纤维中，取其中一种或几种，将粉状云母、珍珠岩、蛭石和空心陶瓷微珠(漂珠)中的一种或几种混入纤维毡中，再将无机粘接剂，如水玻璃或磷酸盐粘接剂，浸入纤维毡中，这种纤维毡具有可裁性和伸缩性，可适合形状不规则的面形。将其粘敷在第一层上，其厚度为3-5毫米。第三层是低温隔热层。取毡状耐热纤维，如岩棉、矿渣棉或陶棉，将上述无机粘接剂浸入，然后粘敷在第二层上，厚度为5-10毫米。各层均自然干燥固化。
由发明的内容可以看出，由于该隔热层具有一过渡层，可使全陶瓷复合材料的整体隔热层与金属发热表面牢固地粘合。且由于每一层均使用粘接剂，使得本发明之隔热层具有现有技术所没有的牢固性。可耐振动和冲击。由于第一层为浆体，第二、三层为可裁、可伸缩的毡状物，这就使得本发明实现了对不规则表面的隔热。由于所用材料为耐热纤维、粉状矿物和五业废渣，它们均具有耐高温性能，从而实现了高温稳定隔热。本发明之隔热层结构合理，针对受热受力情况设计为三层，分别适应各自环境，使得整体隔热层具有进一步的高温隔热稳定性。在本发明中所用材料均为通用之材料，实现手段也是较容易的。这就使得本发明与现有技术尤其是陶瓷发动机比，具有实用性下述实验结果可证明本发明之效果。在510千瓦的柴油发动机的排气管上包敷总厚为10毫米的本发明之隔热层，在管内废气温度达到680-710℃时，隔热层外表面温度仅为155-185℃之间，运转100小时后，拆开检查，全部纤维层强度和弹性如初。
下面举例进一步说明本发明。1、在实验室用280目的尖晶石粉2.7克与10.5克的密度为1.41的水玻璃均匀调合，涂刷于一外径为50毫米的钢管上为第一层。厚度为0.2-0.3毫米。第二层是将280目的云母粉均匀混入质量相同的氧化铝纤维毡中，将稀释10倍的水玻璃浸入其中，粘敷在第一层上，厚度为3-4毫米。第三层是将稀释10倍的水玻璃浸入陶棉中，然后粘敷在第二层上而成。隔热层总厚度为8.5-9.0毫米。钢管温度为750℃，隔热层外表面温度为170-190℃，经500小时加热后，拆开检查，内部纤维强度和弹性如初。2、在510千瓦柴油发动机排气管上，第一层用280目尖晶石粉20克，云母粉4克，与密度为1.41的水玻璃95克均匀调合，涂刷于形状不规则的排气管外壁上，厚度为0.15-0.25毫米。第二层使用含Al2O362％的硅酸铝纤维，与等质量的云母粉混合，浸入稀释15倍的磷酸盐粘接剂，粘敷在第一层上，厚度为3-4毫米。第三层用岩棉，浸入稀释10倍的水玻璃，粘敷在第二层上。三层总厚为11毫米。排气管内废气温度为710℃，而外层温度则低于170℃，运转180小时后，检查其纤维结构，其强度和弹性依然如初。

Claims (2)

1、一种内燃机用隔热层，主要由耐热纤维或矿物纤维组成，其特征在于，它由过渡层、高温隔热层和低温隔热层组成，过渡层与发热表面接触，然后依次是高温隔热层和低温隔热层，其中各层的组分及配比为：
(1)过渡层    尖晶石粉∶水玻璃=2.7∶10.5
高温隔热层   云母粉∶氧化铝纤维毡=1∶1，另加常量水玻璃
低温隔热层   陶棉加常量水玻璃
(2)过渡层    尖晶石粉∶云母粉∶水玻璃=20∶4∶95
高温隔热层   含62％Al2O3的硅酸铝纤维∶云母粉=1∶1，另加常量磷酸盐粘接剂
低温隔热层   岩棉加常量水玻璃
过渡层由发热体加热后形成搪瓷体，高温隔热层与低温隔热层在发热体加热时形成陶瓷体。
2、根据权利要求1所述的隔热层，其特征在于，过渡层厚度为0.15～0.5mm，高温隔热层厚度为3～5mm，低温隔热层厚度为5～10mm。
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