CN106121848B - 用于车辆的发动机的气缸体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于车辆的发动机的气缸体。用于发动机的气缸体包括气缸衬垫和冷却剂通过其流动的水套，水套沿着气缸衬垫的外周形成，其中可以在气缸衬垫的外周表面处形成由聚酰胺酰亚胺树脂和分散于聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶制备的绝缘涂层。

Description

用于车辆的发动机的气缸体

相关申请的引用

本申请要求在35U.S.C.§119(a)下于2015年5月7日提交的韩国专利申请号10-2015-0063553的权益，通过引用将其全部内容结合于此。

技术领域

本发明涉及用于车辆的发动机，更具体地，涉及发动机的气缸体，在其中可以均匀地保持气缸衬垫沿着气缸体的水套的高度方向的温度分布。

背景技术

一般而言，内燃机通过将经由燃烧燃料产生的燃烧气体施加到活塞或涡轮叶片来转换热能。

内燃机通常是指具有往复运动以通过点燃气缸内部的燃料和空气的混合气体来移动活塞的发动机，其中内燃机可以设置在车辆中。此外，燃气涡轮发动机、喷气发动机、以及火箭发动机是其他类型的内燃机。

根据使用的燃料，可以将内燃机分类为燃气发动机、汽油发动机、以及石油发动机。

石油燃气汽油发动机是通过火花塞的电火花点燃的，以及柴油发动机是通过在高温和高压空气中注射燃料而自然点燃的。

内燃机的活塞的冲程类型包括4冲程循环类型和2冲程循环类型。

一般而言，已知车辆的内燃机具有在约15％至35％范围内的热效率。然而，即使当内燃机在最大效率下运行时，由于热能和废气通过内燃机的壁释放到外部也可能消耗约60％或更高的总热能。

由于当减少通过内燃机的壁释放到外部的热能的量时可以提高内燃机的效率，因此已经开发了其中在内燃机的外部安装绝缘材料，改变内燃机的部分材料或结构，或改变内燃机的冷却系统的方法。

特别地，车辆的内燃机的效率和燃料消耗可以通过最小化在内燃机中产生的热沿着内燃机的壁释放到外部来改善。然而，重复的高温和高压条件施加至其的能够在内燃机的内部保持延长的时间的绝缘材料或绝缘结构的研究尚未导致合适的替代材料或结构。

在此部分中公开的以上信息仅用于增进对本发明的背景技术的理解，因此，其可以包括没有形成本国的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供用于车辆的发动机的气缸体，其中通过将绝缘涂层施加至气缸体的气缸衬垫的下部的外周表面，气缸体均匀地保持气缸衬垫沿着水套的高度方向的温度分布。优选地，绝缘涂层确保高机械性能和耐热性同时具有低热导率和低容积热容量。

根据本发明的用于发动机的示例性气缸体可以包括气缸衬垫和冷却剂通过其流动的水套，所述水套沿着气缸衬垫的外周形成，其中可以在气缸衬垫的外周表面处形成包含聚酰胺酰亚胺树脂和分散在聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶的绝缘涂层。

绝缘涂层可以在气缸衬垫的下部的外周表面处形成。

绝缘涂层可以具有约0.60W/mK或更小的热导率。

绝缘涂层可以具有约1250KJ/m³K或更小的热容量。

在气凝胶中，可以包含基于聚酰胺酰亚胺树脂的总重量的约2wt％或更小的量的聚酰胺酰亚胺树脂。

在从气凝胶的表面起最长直径的约5％或更大的深度处，可以不包含聚酰胺酰亚胺树脂。

当分散在聚酰胺酰亚胺树脂中时，气凝胶可以具有约92％至99％范围内的孔率(pore rate)。

绝缘涂层可以具有约50μm至500μm范围内的厚度。

基于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂，绝缘涂层可以以约5至50重量份的量包含气凝胶。

根据本发明的用于发动机的示例性气缸体可以包括气缸衬垫和冷却剂通过其流动的水套，所述水套沿着气缸衬垫的外周形成，其中绝缘涂层可以在气缸衬垫的下部的外周表面处形成，其中绝缘涂层可以包含聚酰胺酰亚胺树脂和分散在聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶，并且具有约0.60W/mK或更小的热导率和约1250KJ/m³K或更小的热容量，并且其中，在从气凝胶的表面起最长直径的约95％或更小的深度处，可以包含聚酰胺酰亚胺树脂。

附图说明

在以下详细描述中，简单通过图示的方式仅示出并且描述了本发明的某些示例性实施方式。

图1是根据本发明的用于发动机的气缸体的透视图。

图2是由本发明的一个示例性实施方式获得的示例性绝缘涂层的表面的照片。

图3是从与在图2中描述的示例性实施方式相比的比较例中获得的涂层的表面的照片。

具体实施方式

本文所使用的术语仅是为了描述特定示例性实施方式的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，当术语“包括”和/或“包含”用于本说明书时，指明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件(要素)和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件(要素)、组件和/或它们的组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项中的任何以及所有组合。

除非特别指明或者从上下文中显而易见，否则将在如本文中使用的术语“约”理解为在本领域中正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。可以将“约”理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文另外清楚，否则在本文中提供的所有数值由术语“约”修饰。

应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船(boat)和船舶(ship)的水运工具(watercraft)；航行器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他可替代的燃料车辆(例如，源自除了石油以外的资源的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

进一步地，本发明的控制逻辑可以体现为包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质(non-transitory computerreadable media)。计算机可读介质的实例包括但并不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，从而以分布式方式(例如通过远程信息处理服务器(telematics server)或控制器局域网络(CAN))来存储并执行计算机可读介质。

在下文中，将参照其中示出了本发明的示例性实施方式的附图更全面地描述本发明。本领域技术人员应当认识到，在均没有背离本发明的精神或者范围的情况下，可以以各种不同的方式对所描述的实施方式进行修改。为了清楚描述本发明的示例性实施方式的目的，省略了不涉及描述的部分。在整个说明书中使用相同的参考标号来指代相同或相似部件。

进一步地，可选地说明了附图中示出的每个构造的尺寸和厚度，以便更好理解和易于描述，本发明并不限于示出的附图，并且为了清楚的目的放大了多个部件和区域的厚度。术语“第一”和“第二”可以用于指代各种组件，但是组件可以不限于以上术语。本发明不限于顺序。此外，贯穿该说明书，除非明确描述为相反，否则将词语“包括”以及诸如“包含”或者“含有”的变形理解为意指包括所述元件，但并不排除任何其他元件。进一步地，说明书中描述的术语“...单元”、“…装置”、“…部件”和“…构件”是指通常的构造处理至少一种功能或操作的单元。

图1为示意性地示出了根据本发明的用于发动机的示例性气缸体的部分切割的气缸衬垫的透视图。

参照图1，可以将根据本发明的用于发动机的示例性气缸体100应用于车辆的发动机。

气缸体100形成发动机的主体基础，并且包括优选地与多个气缸一起浇铸为一种结构的体结构(block structure)，并且气缸盖安装在气缸体100上。

在下文中，尽管通过实例的方式将根据本发明示例性实施方式的气缸体100应用于车辆的发动机，但应当理解，本发明的范围不限于此。如本文所描述的气缸体的结构可以应用于各种类型和目的的内燃机，诸如燃气涡轮发动机、喷气发动机、以及火箭发动机。

根据本发明的用于发动机的示例性气缸体100可以包括一个或多个气缸衬垫10。特别地，气缸衬垫10分别对应于气缸孔(cylinder bore)，并且水套30可以沿着气缸衬垫10的外周形成。

活塞(未示出)可以安装在气缸衬垫10的内部，以便通过活塞环上下移动。

水套30形成冷却剂通道，由水泵提供的冷却剂通过所述冷却剂通道流向气缸衬垫10的外周表面。

由于气缸衬垫和水套的构造对于本领域技术人员而言通常是已知的，因此将省略详细说明。

一般而言，气缸体100中水套30内部的冷却剂通过从水泵排出的压力在水平方向上流动。

进一步地，根据从气缸体100传递的热量的不同，还存在水平方向的流动通道中的垂直方向上进行热交换的流动。

关于水套30内部的冷却剂流动，当冷却剂流动速度快时，由于传热系数增加使得气缸衬垫10的温度降低。相反，当冷却剂流动速度慢时，气缸衬垫10的温度升高。

特别地，气缸体100的上端部通过从燃烧室传递的热而具有大热负荷，并且气缸体100的下端部具有相对小的热负荷。

基于以上描述的情况，在气缸体100的上端部气缸衬垫10可以是过热的，并且在气缸体100的下端部可以是相对过冷的。

因此，气缸衬垫10的温度分布示出，基于活塞的冲程方向，上端侧保持高于下端侧的温度。

类似地，气缸衬垫10的上端侧的温度分布保持高于下端侧的温度分布，因此空道(gallery)内部的油温可能降低。

这种油温降低能够引起活塞和气缸衬垫10的表面之间过多的摩擦。特别地，在活塞往复运动的情况下，由于活塞摩擦阻力增加致使该问题导致发动机的功率损失，因此燃料消耗恶化。

此外，由于在水套30内部流动的冷却剂的温度的非均匀分布，因此气缸孔可以发生变形，并且由于气缸孔的变形，使得用于应对(处理，coping with)油消耗或燃料消耗增加的低张力活塞环的应用变得困难。

进一步地，由于冷却剂通过水套30的流速不同以及燃烧气体的效果，因此气缸衬垫10沿着水套30的高度方向(诸如活塞的冲程方向)可以发生温度偏差。

用于防止以上描述的问题的示例性方法是通过在水套30内部安装垫片(spacer)并且降低气缸衬垫10的下端部侧的流速来增加气缸衬垫10的下端部侧的温度。然而，由于生产和安装垫片，因此该方法可以导致成本增加，并且变得难以确保用于在水套30内部安装垫片的足够空间。

此外，以上提及的气缸衬垫10沿着水套30的高度方向的温度偏差，通过扩大活塞和气缸衬垫10之间的间隙可以引起噪音产生并且使气缸衬垫10的耐久性恶化。

将根据本发明的示例性气缸体100配置为能够均匀地保持气缸衬垫10沿着水套30的高度方向的温度分布。

为此，根据本发明的示例性气缸体100可以包括绝缘涂层50，所述绝缘涂层通过被涂覆在气缸衬垫10的外周表面来形成。

在本发明的一个示例性实施方式中，基于气缸衬垫10的高度方向，绝缘涂层50可以在低于中心部的气缸衬垫10的下端部的外周表面处形成。

绝缘涂层50具有高机械性能和耐热性，同时具有低热导率和低容积热容量。

在下文中，可以将绝缘涂层50施加至用于发动机的气缸体100，并且将详细描述其绝缘涂层组合物(insulation coating composition)。

本发明可以提供绝缘涂层组合物，所述组合物可以包含：分散在第一溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂以及分散在第二有机溶剂中的气凝胶。第一溶剂可以是具有高沸点的有机溶剂或水溶剂(aqueous solvent)，并且第二溶剂可以具有低沸点。

此外，绝缘涂层可以包含聚酰胺酰亚胺树脂和分散在聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶，因此，绝缘层可以具有约0.60W/mK或更小的热导率。如在本文中使用的，“高沸点”指溶剂的沸腾温度为约110℃或更高，以及“低沸点”指溶剂的沸腾温度为约110℃或更低。进一步地，“水溶剂”是指可以包含至少一部分水，或进一步地，可以是可溶于水的或与水混合而没有分离的溶剂或溶剂体系。例如，根据本发明的示例性实施方式，水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、可以是可溶于水的其他极性溶剂、以及其混合物可以用作水溶剂。

根据本发明的示例性实施方式，绝缘涂层组合物可以包含：分散在高沸点有机溶剂或水溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂；以及分散在低沸点有机溶剂中的气凝胶。

本发明的发明人已经通过获得本文明的实验证实了，当使用通过将聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶分别分散在各自的预定溶剂(即，第一溶剂和第二溶剂)中，并且通过将聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶与预定的溶剂混合获得的涂层组合物时，从其获得的涂层可以具有改善的机械材料性能和耐热性。同时，可以减小涂层的热导率和密度。因此，可以将涂层组合物应用于内燃机，使得释放到外面的热能可以减少以改善车辆的内燃机的效率以及燃料消耗。

在近些年，已经提出了在诸如热绝缘材料、缓冲击材料(impact buffermaterial)、或隔音材料领域中使用气凝胶或空气-凝胶(air-gel)的方法。

气凝胶具有其中缠上具有约1/10,000的头发厚度的细纤维的结构，并且气凝胶可以形成约90％或更高的孔率。将涂层的孔率定义为涂层的空隙体积与涂层的总体积的比率。气凝胶的示例性材料可以包含二氧化硅、碳、或有机聚合物。

特别地，由于以上结构特性，气凝胶可以具有充分低的密度、高透明度和非常低的热导率。

然而，尽管气凝胶具有优异的绝缘特性，但是由于气凝胶因高脆性可以容易地从小冲击而破裂，并且难以被加工成各种厚度和形式，因此使用它作为热绝缘材料可能存在限制。进一步地，当将气凝胶与其他反应材料混合时，溶剂或溶质可以渗透到气凝胶中，使得产生的气溶胶材料的粘性可能增加并且混合可能不能充分进行。因此，尚未以与其他材料结合或以与其他材料混合使用气凝胶，所述材料不具有如气凝胶的多孔性。

相反，在示例性绝缘涂层组合物中，可以将聚酰胺酰亚胺树脂分散在第一溶剂，诸如高沸点有机溶剂或水溶剂中，并且可以将气凝胶分散在可以是低沸点的有机溶剂的第二溶剂中。因此，聚酰胺酰亚胺树脂在第一溶剂中的分散相可以不与气凝胶在第二溶剂中的分散相结合以均匀地相互混合，并且绝缘涂层组合物还可以具有均匀的组成。

进一步地，由于诸如高沸点有机溶剂或水溶剂的第一溶剂和诸如低沸点有机溶剂的第二溶剂可能不能容易地相互溶解或混合，因此当将聚酰胺酰亚胺树脂分散在第一溶剂中并且将气凝胶分散在第二溶剂中时，第一溶剂和第二溶剂可以相互混合。因此，在涂覆和干燥示例性绝缘涂层组合物之前，可以最小化聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶之间的直接接触，并且可以防止聚酰胺酰亚胺树脂渗透或浸透到气凝胶的孔中。

此外，由于诸如低沸点有机溶剂的第二溶剂具有与诸如高沸点有机溶剂或水溶剂的第一溶剂的预定亲和力，因此第二溶剂可以允许分散于其中的气凝胶与第一溶剂物理混合以均匀分布，并且允许聚酰胺酰亚胺树脂均匀分布在第一溶剂中。因此，从示例性绝缘涂层组合物获得的绝缘涂层可以确保气凝胶的等同物理材料，并且气凝胶可以均匀分散于聚酰胺酰亚胺树脂中，从而提高机械性能、耐热性能、以及绝缘特性。

也就是说，如上所描述的，从示例性绝缘涂层组合物获得的绝缘涂层可以保持气凝胶的材料性能和结构的等同水平(equivalent level)，可以确保高机械性能和耐热性同时代表低热导率和低密度，因此，绝缘涂层可以应用于内燃机使得外部释放的热能可以减少以改善车辆的内燃机的效率和燃料消耗。

例如，如在图1中示出的，可以将绝缘涂层50施加至气缸衬垫10的下端部侧的外周表面，用于均匀保持气缸衬垫10沿着水套30的高度方向的温度分布。

如以上所描述的，绝缘涂层组合物可以通过将分散在高沸点有机溶剂或水溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂与分散在低沸点有机溶剂中的气凝胶混合来形成。混合方法可以不具体限定，但可以是在相关领域中通常已知的物理混合方法。

例如，当两种类型的溶剂分散相可以相互混合时，硅珠可以添加到混合物，并且球磨机可以在室温在常压条件下以约100至500rpm的速度进行以制备涂层组合物(涂覆溶液)。然而，聚酰胺酰亚胺树脂的溶剂与气凝胶的溶剂的混合方法可以不限于以上实例。

示例性绝缘涂层组合物可以提供绝缘材料或绝缘结构，其可以在高温和高压条件重复施加至其的内燃机内部保持长时间。具体地，示例性绝缘涂层组合物可以用于作为内燃机的内表面或内燃机的组件的涂层材料。特别地，如以上所描述的，示例性绝缘涂层组合物可以用于涂覆气缸衬垫的外表面。

在绝缘涂层组合物中包含的示例性聚酰胺酰亚胺树脂可以不受限制，但聚酰胺酰亚胺树脂可以具有约3000至300,000，或具体地约4000至100,000的重均分子量。

当聚酰胺酰亚胺树脂的重均分子量小于预定值，例如，小于约3000时，可能难以获得从绝缘涂层组合物获得的涂层或涂覆膜的充分的机械性能或耐热性以及绝缘性能，并且聚合物树脂可以容易地渗透到气凝胶中。

进一步地，当聚酰胺酰亚胺树脂的重均分子量大于预定值，例如，大于约300,000时，从绝缘涂层组合物获得的涂层或涂覆膜的均匀性可能劣化，在绝缘涂层组合物中的气凝胶的分散可能劣化，或在涂覆绝缘涂层组合物时可能发生涂覆装置的喷嘴等的阻塞。此外，可能花费延长的时间以进行绝缘涂层组合物的热处理并且热处理温度可能升高。

通常已知的气凝胶可以用作该气凝胶。具体地，包含二氧化硅、碳、聚酰亚胺、金属碳化物、或其至少两种的混合物的组分的气凝胶可以用作该气凝胶。气凝胶可以具有约100cm³/g至1000cm³/g的比表面积，或具体地约300cm³/g至900cm³/g。

基于100重量份的聚酰胺酰亚胺树脂，绝缘涂层组合物可以包含约5至50重量份的量，或具体地约10至45重量份的量的气凝胶。聚酰胺酰亚胺树脂与气凝胶的重量比可以是排出分散溶剂的固体含量的重量比。

基于聚酰胺酰亚胺树脂，当气凝胶的含量小于预定量，例如，小于约5重量份时，可能难以降低从绝缘涂层组合物获得的涂层或涂覆膜的热导率和密度，并且从绝缘涂层组合物制备的绝缘层的耐热性可能降低。

基于聚酰胺酰亚胺树脂，当气凝胶的含量大于预定量，例如，大于约50重量份时，可能难以充分获得从绝缘涂层组合物获得的涂层或涂覆膜的机械性能，并且在从绝缘涂层组合物制备的绝缘层中可能发生裂纹，或可能难以牢固地保持绝缘层的涂覆形式。

尽管在第一溶剂诸如高沸点有机溶剂或水溶剂中聚酰胺酰亚胺树脂的固体含量可以不受限制，但基于第一溶剂的总重量考虑到绝缘涂层组合物的均匀性或材料性能，聚酰胺酰亚胺的固体组分可以在约5wt％至75wt％的范围内。

尽管在第二溶剂诸如低沸点有机溶剂中的气凝胶的固体含量可以不受限制，但是基于第二溶剂的总重量考虑到绝缘涂层组合物的均匀性或材料性能，固体组分可以在约5wt％至75wt％的范围内。

如上所描述的，由于第一溶剂和第二溶剂不容易相互溶解或混合，因此在涂覆和干燥绝缘涂层组合物之前，可以最小化聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶之间的直接接触，并且可以防止聚酰胺酰亚胺树脂渗透或浸透到气凝胶的孔内部。

特别地，第一溶剂和第二溶剂之间的沸腾温度的差异可以是约10℃或更高、或约20℃或更高，或具体地，在约10至200℃的范围内。第一溶剂可以是具有110℃或更高的沸腾温度的有机溶剂。

例如，第一溶剂可以选自由以下组成的组：苯甲醚、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮和乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙酸丁酯、环己酮、乙二醇单乙醚乙酸酯(BCA)、苯、己烷、DMSO、N,N'-二甲基甲酰胺、以及其至少两种的混合物。

第二溶剂可以是具有约110℃或更小的沸腾温度的有机溶剂。

例如，低沸点有机溶剂可以选自由以下组成的组：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙二酯、异丙醇、以及其至少两种的混合物。

进一步地，第一溶剂可以是可以选自由水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、以及其至少两种的混合物组成的组的水溶剂。

根据本发明的实施例，水溶剂可以包含聚酰胺酰亚胺树脂和在聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶，例如，如分散的，并且如此制备的绝缘涂层可以具有0.60W/mK或更小的热导率。

本发明的发明人已经制备了绝缘涂层以具有改善的机械性能和耐热性，同时使用如上所描述的示例性绝缘涂层组合物具有低热导率和低密度。因此，通过减少释放到外面的热能可以改善车辆的内燃机效率和燃料消耗，并且当将绝缘涂层施加至内燃机并且具体地施加至气缸衬垫的下端部侧的外周表面时，可以均匀地保持气缸衬垫的温度分布。

气凝胶可以均匀地分散在穿过聚酰胺酰亚胺树脂的整个区域的绝缘涂层中。因此，可以容易地确保由气凝胶实现的材料性能，例如，低热导率和低密度。进一步地，当仅使用聚酰胺酰亚胺树脂时，可以以等同水平实现从聚酰胺酰亚胺树脂获得的性能，例如，高机械性能和耐热性。

绝缘涂层可以提供低热导率和改善的热容量。具体地，绝缘涂层可以具有约0.60W/mK或更小，或0.55W/mK或更小，或可以在约0.60W/mK至0.200W/mK的范围内的热导率。绝缘涂层可以具有约1250KJ/m³K或更小，或具体地约1000至1250KJ/m³K的热容量。

如上所描述的，由于示例性绝缘涂层组合物包含分散在第一溶剂诸如高沸点有机溶剂或水溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂，以及分散在第二溶剂诸如低沸点有机溶剂中的气凝胶，并且在涂覆和干燥涂层组合物之前可以最小化聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶之间的直接接触，可以防止聚酰胺酰亚胺树脂渗透或浸透到包含在最终制备的绝缘涂层中的气凝胶的孔内部。

具体地，在分散在聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶中可以基本上不包含聚酰胺酰亚胺树脂。例如，约2wt％或更小，或具体地约1wt％或更小的量的聚酰胺酰亚胺树脂可以包含在或渗透在气凝胶中。

此外，在绝缘涂层中，气凝胶可以包含在聚酰胺酰亚胺树脂中，例如，如分散的。在这种情况下，气凝胶的外面可以与聚酰胺酰亚胺树脂接触或与聚酰胺酰亚胺树脂结合，但是聚酰胺酰亚胺树脂可以不包含在气凝胶内部。特别地，在从包含于绝缘涂层的气凝胶的表面起最长直径的约5％或更大的深度处，可以不包含或渗透聚酰胺酰亚胺树脂。

也就是说，在从气凝胶的表面起最长直径的约95％或更小的深度处可以包含聚酰胺酰亚胺树脂。

由于聚酰胺酰亚胺树脂没有渗透或浸透到气凝胶的内部或孔中，因此在分散在聚酰胺酰亚胺树脂之前或之后气凝胶可以保持等同水平的孔率。特别地，包含于绝缘涂层中的每个气凝胶可以具有约92％至99％范围内的孔率，同时分散在聚酰胺酰亚胺树脂中。

绝缘涂层可以提供绝缘材料或绝缘结构，其可以在高温和高压条件重复施加至其的内燃机内部保持延长的时间。示例性绝缘涂层可以在内燃机的内表面或内燃机组件上形成。此外，如上所描述的，示例性绝缘涂层可以在气缸衬垫的表面上形成。

绝缘覆层的厚度可以根据应用领域或位置或所需的材料性能来确定。例如，绝缘涂层的厚度可以在约50μm至500μm的范围内。基于100重量份的排除溶剂含量的聚酰胺酰亚胺树脂，示例性绝缘涂层可以以约5至50重量份、或10至45重量份的量包括气凝胶。

如果气凝胶的含量小于预定量，例如，基于聚酰胺酰亚胺树脂，小于约5重量份，可能难以降低绝缘涂层的热导率和密度，难以充分确保耐热性，并且难以降低绝缘涂层的耐热性。

进一步地，如果气凝胶的含量大于预定量，例如，基于聚酰胺酰亚胺树脂，大于约50重量份，可能难以充分获得绝缘涂层的机械材料性能，以及在绝缘涂层中可能出现裂纹或可能难以牢固地保持绝缘层的涂覆形式。

聚酰胺酰亚胺树脂可以具有在约3000至300,000的范围内或具体地约4000至100,000的重均分子量。气凝胶可以包含选自由二氧化硅、碳、聚酰亚胺、以及金属碳化物组成的组的至少一种。气凝胶可以具有在约100cm³/g至1000cm³/g的范围内的比表面积。相对于聚酰胺酰亚胺树脂和气凝胶的详细含量包括相对于示例性绝缘涂层组合物的以上含量。

可以通过干燥绝缘涂层组合物获得绝缘涂层。用于干燥示例性绝缘涂层组合物的装置或方法可以不受具体限制。例如，在不存在限制的情况下，可以使用在室温或更高的自然干燥方法或在50℃或更高的温度干燥绝缘涂层组合物的方法。

可以将绝缘涂层组合物涂覆在涂覆目标上，例如，内燃机的内表面或内燃机的组件的外表面，绝缘涂层组合物可以在约50℃至200℃的温度下半干燥至少一次，以及半干燥的涂层组合物可以在约200℃或更高的温度下完全干燥，使得可以形成绝缘涂层。然而，制备示例性绝缘涂层的详细的方法可以不限于此。

将在下文详细描述根据本发明的示例性实施方式。然而，以下示例性实施方式仅说明本发明，并且本发明的内容不限于以下示例性实施方式。

[示例性实施方式1-3]

1.绝缘涂层组合物的制备

将分散在乙醇中的多孔硅气凝胶(具有约500cm³/g的比表面积)和分散在二甲苯中的聚酰胺酰亚胺树脂(苏威公司(Solvay Corporation)的产品，具有约11,000的重均分子量)注入到20g的反应装置中，添加约440g的硅珠，并且将球磨机在室温和常压条件下以约150至300rpm的速度进行，使得制备绝缘涂层组合物(涂覆溶液)。

在这种情况下，以下表1列出了多孔硅气凝胶与聚酰胺酰亚胺树脂的重量比。

2.绝缘涂层的形成

在喷涂方案中将获得的绝缘涂层组合物涂覆在用于车辆的发动机的组件上。在将绝缘涂层组合物涂覆到组件上并且首先在约150℃的温度下半干燥约10分钟之后，再涂覆绝缘涂层组合物并且第二次在约150℃下半干燥约10分钟。在第二次半干燥之后，再涂覆绝缘涂层组合物以及在约150℃的温度下完全干燥约60分钟，使得绝缘涂层在组件上形成。在这种情况下，以下表1列出了形成的涂层的厚度。

[比较例1]

在溶液(PAI溶液)喷涂方案中，将分散于二甲苯中的聚酰胺酰亚胺树脂(苏威公司的产品，具有约11,000的重均分子量)涂覆到用于车辆发动机的组件上。

在将PAI溶液涂覆到组件上并且首先在约150℃下半干燥约10分钟之后，再涂覆PAI溶液并且第二次在约150℃下半干燥约10分钟。在第二次半干燥之后，再涂覆PAI溶液以及在约250℃的温度下完全干燥约60分钟，使得绝缘涂层在组件上形成。在这种情况下，如在以下表1中列出形成的涂层的厚度。

[比较例2]

1.涂层组合物的制备

将聚酰胺酰亚胺树脂(苏威公司的产品，具有约11,000的重均分子量)注入到20g的反应装置中，添加约440g的硅珠，并且将球磨机在室温和常压条件下以150至300rpm的速度进行，使得制备绝缘涂层组合物(涂覆溶液)。

2.绝缘涂层的形成

以如示例性实施方式1中的相同方式形成具有约200μm厚度的涂层。

[实验实施例]

1.实验实施例1：热导率的测量

从示例性实施方式和比较例获得的组件的涂层的热导率是根据标准ASTM E1461使用激光脉冲法(laser flash method)在室温和常压条件通过热扩散法测量的。

2.实验实施例2：热容量的测量

从示例性实施方式和比较例获得的组件上的涂层的比热是通过使用蓝宝石作为参考使用DSC装置根据标准ASTM E1269在室温条件下测量的，并且确认热容量。

(表1)

如表1所列，证实了从示例性实施方式1至3获得的绝缘涂层在约120至200μm的厚度范围内具有约1240KJ/m³K或更小的热容量以及约0.54W/mK或更小的热导率。

进一步地，如图2所示，在从示例性实施方式1制备的绝缘涂层中，聚酰胺酰亚胺树脂不渗透入气凝胶中并且气凝胶可以保持约92％的内部孔率。

相反，在从比较例2制备的涂层中，如图3所示，聚酰胺酰亚胺树脂不渗透入气凝胶中使得几乎观察不到孔。

如本文所解释的，利用根据本发明的用于发动机的示例性气缸体100，可以将确保高机械性能和耐热性同时表现出低热导率和低容积热容量的绝缘涂层50施加至气缸衬垫10的下端部的外周表面。

因此，根据本发明的示例性气缸体100可以减少气缸衬垫10的上端部的热负荷，防止其下端部的过度冷却，因此均匀地保持气缸衬垫10沿着水套30的高度方向(诸如活塞的冲程方向)的温度分布。

也就是说，根据本发明的示例性实施方式，通过将绝缘涂层50施加到气缸衬垫10的下端部侧的外周表面，可能升高气缸衬垫10的下端部侧的温度并且可以最小化整个气缸衬垫10的温度偏差。

因此，根据本发明，由于与现有技术不同，不需要在水套30内部安装垫片，因此可以实现降低成本并且水套30的内部空间利用可以更高。

进一步地，根据本发明的示例性实施方式，可以改善燃料消耗，这是因为均匀地保持气缸衬垫10沿着水套30的高度方向的温度分布，使得活塞和气缸衬垫10之间的摩擦损失通过油粘度降低而变得较小。

此外，通过均匀气缸衬垫10的温度分布可以防止气缸孔的变形，可以防止由于气缸孔的变形导致的油消耗的增加，并且用于改善燃料消耗的低张力活塞环变得可适用。

此外，由于气缸衬垫10沿着水套30的高度方向的温度偏差减小，因此通过活塞和气缸衬垫10之间的间隙减小，可以最小化噪音产生，并且可以改善气缸衬垫10的耐久性。

本文公开了本发明的示例性实施方式，但本发明并不限于所公开的实施方式，相反，而是旨在涵盖包含在本发明的所附权利要求、详细说明和附图内的各种修改和等同安排。

尽管已经结合目前被认为是实用的示例性实施方式对本发明进行了描述，但应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同安排。

Claims (8)

1.一种用于发动机的气缸体，包括：

气缸衬垫和水套，冷却剂通过所述水套流动，所述水套沿着所述气缸衬垫的外周形成，

其特征在于，包含聚酰胺酰亚胺树脂和分散在所述聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶的绝缘涂层在所述气缸衬垫的下部的外周表面处形成，并且基于所述聚酰胺酰亚胺树脂的总重量，在所述气凝胶中包含2wt％或更少的量的所述聚酰胺酰亚胺树脂，

所述绝缘涂层是在涂覆和干燥绝缘涂层组合物后获得的，所述绝缘涂层组合物包含：分散在高沸点有机溶剂或水溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂、以及分散在低沸点有机溶剂中的气凝胶，

“高沸点”指溶剂的沸腾温度高于110℃，“低沸点”指溶剂的沸腾温度低于110℃。

2.根据权利要求1所述的气缸体，其中：

所述绝缘涂层具有0.60W/mK或更小的热导率。

3.根据权利要求2所述的气缸体，其中：

所述绝缘涂层具有1250KJ/m³ K或更小的热容量。

4.根据权利要求1所述的气缸体，其中：

在从所述气凝胶的表面起最长直径的5％或更大的深度处不包含所述聚酰胺酰亚胺树脂。

5.根据权利要求1所述的气缸体，其中：

分散在所述聚酰胺酰亚胺树脂中的所述气凝胶具有92％至99％范围内的孔率。

6.根据权利要求1所述的气缸体，其中：

所述绝缘涂层具有50μm至500μm范围内的厚度。

7.根据权利要求1所述的气缸体，其中：

基于100重量份的所述聚酰胺酰亚胺树脂，所述绝缘涂层以5至50重量份的量包含所述气凝胶。

8.一种用于发动机的气缸体，包括：

气缸衬垫和水套，冷却剂通过所述水套流动，所述水套沿着所述气缸衬垫的外周形成，

其特征在于，绝缘涂层在所述气缸衬垫的下部的外周表面处形成，

其中，所述绝缘涂层包含聚酰胺酰亚胺树脂和分散在所述聚酰胺酰亚胺树脂中的气凝胶，并且具有0.60W/mK或更小的热导率和1250KJ/m³ K或更小的热容量，并且基于所述聚酰胺酰亚胺树脂的总重量，在所述气凝胶中包含2wt％或更少的量的所述聚酰胺酰亚胺树脂，并且

其中，在从所述气凝胶的表面起最长直径的95％或更小的深度处包含所述聚酰胺酰亚胺树脂，

所述绝缘涂层是在涂覆和干燥绝缘涂层组合物后获得的，所述绝缘涂层组合物包含：分散在高沸点有机溶剂或水溶剂中的聚酰胺酰亚胺树脂、以及分散在低沸点有机溶剂中的气凝胶，

“高沸点”指溶剂的沸腾温度高于110℃，“低沸点”指溶剂的沸腾温度低于110℃。

Images