CN106795831B - 内燃发动机 - Google Patents

Abstract

在与活塞(14)的顶面对向的气缸盖(18)的底面上形成有隔热膜(34)。气缸盖(18)的底面的在腔室区域的周缘中构成挤气区域的区域(周缘区域)中的隔热膜(34)形成为比气缸盖(18)的底面的与腔室(22)对向的区域(腔室区域)中的隔热膜(34)薄。周缘区域中的隔热膜(34)被抛光，并且其表面粗糙度在3μm以下。腔室区域中的隔热膜(34)未被抛光，并且其表面粗糙度平均为3至8μm。

Description

内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机，更具体地涉及一种在其气缸盖的底面上形成有隔热膜的内燃发动机。

背景技术

常规地，例如，日本专利特开No.2012-159059公开了一种在构成燃烧室的气缸盖底面上形成有阳极氧化铝涂膜的火花点火式发动机，其中随着离设置有火花塞的气缸盖中心部的距离增大，阳极氧化铝涂膜的膜厚度配置成越薄或阳极氧化铝涂膜的表面粗糙度配置成越大。阳极氧化铝涂膜具有比气缸盖的基材(铝合金)低的热传导率，并且用作单位体积热容量低的隔热膜。通过如上所述形成阳极氧化铝涂膜的膜厚度和其表面粗糙度，能通过降低远离火花塞的部位的隔热性来抑制热积聚，并且因此能提高对该部位容易发生的爆震的耐受性。

引用清单

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.2012-159059

发明内容

技术问题

在上述发动机中使阳极氧化铝涂膜的表面粗糙度大的原因在于通过扩大阳极氧化铝涂膜的热传递面积来提高远离火花塞的部位的放热性能。然而，在具有混合气随着活塞上升而被挤压的挤气区域的发动机中，存在这样的问题，即，当构成挤气区域的气缸盖底面的表面粗糙度大时，在活塞上升时从挤气区域被压出的混合气的流动性下降，并且燃烧性下降。

为了解决如上所述的问题而做出本发明，并且本发明的一个目的是，在隔热膜形成于构成燃烧室的气缸盖底面上的内燃发动机中抑制在活塞上升时从挤气区域压出的混合气的流动性的下降。

问题的解决方案

第一发明是一种内燃发动机，所述内燃发动机包括活塞的顶面和气缸盖的底面，在所述顶面上形成有腔室，所述底面与所述顶面一起构成燃烧室，并且所述底面上形成有隔热膜，所述隔热膜具有比基材低的热传导率和单位体积热容量，

其中，在构成所述燃烧室的所述气缸盖的底面中，在与所述腔室对向的腔室区域的周缘中构成挤气区域的周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度形成为比所述腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度小。

第二发明是根据第一发明的内燃发动机，

其中，所述周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为比所述腔室区域中的隔热膜的膜厚度薄。

第三发明是根据第一或第二发明的内燃发动机，

其中，所述周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为在与所述腔室区域的连接部中连续变化，并且随着离所述腔室区域的距离增大而变薄。

第四发明是根据第一至第三发明中的任一项所述的内燃发动机，

其中，在所述活塞的顶面上，形成有具有比活塞基材低的热传导率和单位体积热容量的隔热膜，并且

所述活塞的顶面中的隔热膜的表面粗糙度形成为与所述周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度相当(基本相同)。

第五发明是根据第四发明的内燃发动机，

其中，所述腔室的周缘中的隔热膜的膜厚度形成为比所述腔室中的隔热膜的膜厚度薄。

本发明的有利效果

根据第一发明，周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度形成为比腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度小，因此与周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度形成为比腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度大的情形相比，能提高周缘区域中的混合气的流动性。因此，能抑制伴随着活塞上升时的混合气的流动性下降的燃烧性下降。此外，根据第一发明，周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度能形成为比腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度大。因此，对在活塞上升时从周缘区域移动到腔室区域的混合气造成了扰乱，并且能促进形成混合气的进气和燃料的进一步混合。此外，在燃料燃烧时也能使隔热膜的温度在短时间内上升。因此，在大部分燃烧气体与腔室区域接触的冷起动时，腔室区域中的隔热膜在早期升温并且能提高混合气的着火性。

如果隔热膜形成得厚，则燃烧室的隔热性提高，但燃烧室内的气体温度难以下降。就这一点而言，根据第二发明，周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为比腔室区域中的隔热膜的膜厚度薄，因此，于在火焰生成时通过形成在腔室区域中的相对厚的隔热膜来提高燃烧室的隔热性的同时，在进气行程中能通过形成在周缘区域中的相对薄的隔热膜来抑制燃烧室内的气体温度过度上升。

根据第三发明，在与腔室区域的连接部中，周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为随着离腔室区域的距离增大而越薄，因此能抑制混合气的流动性在该连接部中下降。

根据第四发明，除气缸盖的底面以外还在活塞的顶面上形成有隔热膜，并且顶面上的隔热膜的表面粗糙度形成为与周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度相当。因此，与使活塞的顶面上的隔热膜的表面粗糙度与腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度相当的情形相比，能提高活塞的顶面中的混合气的流动性。

根据第五发明，在活塞的顶面上形成有隔热膜，并且腔室的周缘中的隔热膜的膜厚度形成为比腔室中的隔热膜的膜厚度薄。因此，于在火焰生成时通过形成在腔室中的相对厚的隔热膜来提高燃烧室的隔热性的同时，在进气行程中能通过形成在周缘区域中的相对薄的隔热膜来抑制燃烧室内的气体温度过度上升。

附图说明

[图1]图1是实施例1的内燃发动机的燃烧室的示意性纵断面图。

[图2]图2是从活塞14的顶面侧看去的气缸盖18的底面的视图。

[图3]图3是图1的部分放大视图。

[图4]图4是进气门30的伞形部附近的气缸盖18的部分放大视图。

[图5]图5是排气门32的伞形部附近的气缸盖18的部分放大视图。

[图6]图6是用于说明根据实施例1的效果的视图。

[图7]图7是用于说明根据实施例1的效果的视图。

[图8]图8是示出形成在燃烧室壁面上的阳极氧化铝涂膜的表面温度和膜厚度之间的关系的图。

[图9]图9是从活塞的顶面侧看去的火花点火式发动机的气缸盖的底面的视图。

[图10]图10是实施例2的内燃发动机的燃烧室的示意性纵断面图。

具体实施方式

以下将基于附图说明本发明的实施方式。注意，各图中的共同元件被分配以相同的附图标记，并且将省略重复说明。此外，本发明不受以下实施方式限制。

实施例1

首先，将参照图1至图9说明本发明的实施例1。

图1是实施例1的内燃发动机的燃烧室的示意性纵断面图。图1所示的内燃发动机10是装设在诸如车辆的移动体上的压燃式发动机(柴油发动机)。如图1所示，内燃发动机10包括形成在气缸体(未图示)中的气缸12、被收纳成可在气缸12内沿上下方向滑动的活塞14、和经由垫片16安装在气缸体上方的气缸盖18。

介于活塞14的顶面与气缸盖18的底面之间的空间形成燃烧室20。在活塞14的顶面的中心部中形成有由大致圆筒状的凹部形成的腔室22，并且腔室22也构成燃烧室20的一部分。此外，介于气缸12的内壁面、活塞14的顶面的周缘部24(活塞14的顶面中未形成腔室22的区域)和与周缘部24对向的气缸盖18的底面之间的空间构成挤气区域。

在气缸盖18上安装有向燃烧室20喷射燃料的燃料喷射阀26和用作内燃发动机10的起动辅助装置的预热塞28。图2是从活塞14的顶面侧看去的气缸盖18的底面的视图。燃料喷射阀26设置在气缸盖18的大致中央部中，并且预热塞28设置在燃料喷射阀26附近。此外，在气缸盖18中设置有开闭用以将空气导入燃烧室20内的进气口(未图示)的进气门30和开闭用以从燃烧室20排出排气的排气口(未图示)的排气门32。

如图1和图2所示，在与活塞14的顶面对向的气缸盖18的底面上形成有隔热膜34。隔热膜34由阳极氧化铝涂膜形成。阳极氧化铝涂膜是通过气缸盖18的基材(铝合金)的阳极氧化处理而获得的，并且具有在阳极氧化处理过程中形成的无数细孔。通过具有这样的多孔质构造，阳极氧化铝涂膜具有比基材低的热传导率，并且用作单位体积热容量低的隔热膜。在阳极氧化铝涂膜的表面上可形成有闭塞这些细孔的密封膜。

形成在气缸盖18的底面上的隔热膜34的膜厚度不是恒定的。也就是说，在腔室区域的周缘中构成挤气区域的气缸盖18的底面的区域(以下称为“周缘区域”)中的隔热膜34形成为比与腔室22对向的气缸盖18的底面的区域(以下称为“腔室区域”)中的隔热膜34薄。其原因在于，在气缸盖18的底面上形成了阳极氧化铝涂膜之后，出于提高(平滑化)表面粗糙度(指根据JIS B601(2001)测定的算术平均粗糙度，下同)的目的，周缘区域被抛光。形成在周缘区域上的隔热膜34的表面粗糙度在3μm以下。腔室区域未被抛光，并且形成在腔室区域中的隔热膜34的表面粗糙度平均为3至8μm。

图3是图1的部分放大视图。如图3所示，形成在周缘区域上的隔热膜34的膜厚度在周缘部的大致全部范围上是均匀的(50至150μm)。然而，形成在周缘区域中的隔热膜34的膜厚度在与腔室区域的连接部34A和气缸12附近的端部34B中连续变化，并且随着离腔室区域的距离增大而变薄。同样，形成在腔室区域中的隔热膜34的膜厚度在腔室区域的大致全部范围上是均匀的(150至250μm)。然而，形成在腔室区域中的隔热膜34的膜厚度在燃料喷射阀26附近的端部34C和预热塞28附近的端部34D中连续变化，并且朝燃料喷射阀26和预热塞28变薄。

图4是进气门30的伞形部附近的气缸盖18的部分放大视图。图5是排气门32的伞形部附近的气缸盖18的部分放大视图。如图4和图5所示，隔热膜34的膜厚度在进气门30的伞形部附近的端部34E和排气门32的伞形部附近的端部34F中连续减小，并且朝进气门30和排气门32变薄。包围进气门30和排气门32的隔热膜34跨腔室区域和周缘区域两者(参见图2)，并且因此图4和图5所示的隔热膜34指形成在腔室区域中的隔热膜34和形成在周缘区域中的隔热膜34两者。

利用图3至图5说明的连接部34A和端部34B至34F中的隔热膜34的膜厚度通过与周缘区域中的阳极氧化铝涂膜相似地抛光这些部位的阳极氧化铝涂膜而变化。

参照图6至图8，将说明根据实施例1的效果。如图6所示，在内燃发动机10的压缩行程中，活塞14上升并且挤气，其中混合气从周缘部24被压出至腔室22。在实施例1中，周缘区域中的隔热膜34的表面通过抛光而形成为光滑的，并且因此与该表面未被抛光的情形相比能通过提高挤气流速来提高混合气的流动性。此外，连接部34A中的隔热膜34的膜厚度连续变化，并且因此能抑制混合气的流动性在连接部34A中被阻碍。因此，能抑制伴随着混合气的流动性的下降的燃烧性的下降。

此外，在实施例1中，腔室区域未被抛光，并且因此形成在腔室区域中的隔热膜34的表面粗糙度依然大。因此，对在活塞14上升时从周缘区域移动到腔室区域的混合气造成了扰乱，并且能促进形成混合气的进气和燃料的进一步混合。此外，形成在腔室区域中的隔热膜34的表面粗糙度依然大，并且因此，其温度能在短时间内上升。因此，在大部分燃烧气体与腔室区域接触的内燃发动机10的冷起动时，腔室区域中的隔热膜在早期升温，并且能提高混合气的着火性。

此外，如图7所示，在内燃发动机10的膨胀行程中，活塞14下降，且发生火焰从腔室22被吸引到周缘部24中的逆挤气。在实施例1中，周缘区域中的隔热膜34的表面通过抛光而形成为光滑的，因此与该表面未被抛光的情形相比能通过提高逆挤气流速来提高火焰的流动性。此外，连接部34A中的隔热膜34的膜厚度连续变化，因此能抑制火焰的流动性在连接部34A中下降。因此，能抑制伴随着火焰的流动性下降的燃烧效率恶化。

此外，在实施例1中，端部34B至34F中的隔热膜34的膜厚度连续变化，因此也能抑制端部34B至34F中的未燃燃料的发生。

此外，在实施例1中，隔热膜34的膜厚度在腔室区域和周缘区域中不同，因此能预期如下效果。图8是示出形成在燃烧室壁面上的阳极氧化铝涂膜的表面温度和膜厚度之间的关系的图。如图8所示，阳极氧化铝涂膜的表面温度在火焰生成的压缩TDC附近急剧上升并且达到最高温度，此后表面温度下降。最高温度随着阳极氧化铝涂膜越厚而越高，因此，当着重于隔热性时，希望使阳极氧化铝涂膜厚。然而，随着温度摆幅(燃烧室内的气体温度的最大值和最小值之差)越大，摆动(swing)特性(指涂膜的温度跟随燃烧室内的气体温度的特性，下同)越高。因此，可理解的是，当着重于摆幅特性时，单纯使阳极氧化铝涂膜厚是不够的。

就这一点而言，在实施例1中，腔室区域中的隔热膜34形成为厚。因此，通过压缩TDC附近的构成燃烧室20的大部分的厚隔热膜34充分提高了燃烧气体的温度，并且能降低膨胀行程中的冷却损失。此外，周缘区域中的隔热膜34形成为薄，并且因此，在进气行程中，也能通过薄隔热膜34抑制燃烧室20内的气体温度过度上升。其原因在于，隔热膜34的薄的部分的热容量比隔热膜34的厚的部分小，在膨胀行程和排气行程中从燃烧气体接收的热量变得相对少，并且因此，在后续进气行程中赋予混合气的热量也变少。因此，通过在进气行程中加热流入燃烧室20内的气体，能良好地抑制充填效率下降。

顺便说一下，在上述实施例1中，隔热膜34由阳极氧化铝涂膜形成。然而，隔热膜34可由通过热传导率比气缸盖18的基材低的金属(例如，氧化锆、钛、锰、铁)的热喷镀而获得的喷镀涂膜形成。喷射涂膜具有在涂膜的成形过程中形成的气泡，并且由于这种结构而实现了比气缸盖18的基材低的单位体积热容量。此外，可使用热传导率比气缸盖18的基材低并且单位体积热容量低的隔热材料代替阳极氧化铝涂膜。本改型可同样适用于后述实施例。

此外，在上述实施例1中，内燃发动机10是压燃式发动机。然而，本发明适用的发动机不限于压燃式发动机。图9是从活塞的顶面侧看去的火花点火式发动机的气缸盖的底面的视图。与图1所示的活塞14相似，在活塞的顶面上形成有腔室和周缘部。图9所示的隔热膜40在腔室区域和周缘区域中具有不同膜厚度，与图2所示的隔热膜34相似。更具体地，与腔室对向的气缸盖42的区域(腔室区域)中的隔热膜40形成为比与腔室对向的气缸盖42的区域(周缘区域)中的隔热膜40厚。这样，本发明可适用于具有与上述实施例1相似在顶面上形成有腔室和周缘部的活塞的任何内燃发动机。本改型同样可适用于后述实施例。

实施例2

接下来将参照图10说明本发明的实施例2。实施例2的特征在于隔热膜34不仅形成在气缸盖18的底面上，而且形成在活塞14的顶面上。因此，以下将主要说明该特征。

图10是实施例2的内燃发动机的燃烧室的示意性纵断面图。如图10所示，隔热膜34形成在活塞14的顶面上。腔室22和周缘部24中的隔热膜34的表面粗糙度与周缘区域中的隔热膜34的表面粗糙度相当(平均在3μm以下)。此外，腔室22中的隔热膜34形成为比周缘部24中的隔热膜34厚。从使腔室22的周边中的隔热性均匀的观点看，腔室22中的隔热膜34的膜厚度优选与腔室区域中的隔热膜34的膜厚度相当。同样，从使周缘部24中的隔热性均匀的观点看，周缘部24中的隔热膜34的膜厚度优选与周缘区域中的隔热膜的膜厚度相当。形成在腔室22和周缘部24中的隔热膜34的表面粗糙度和膜厚度与周缘区域中一样通过抛光阳极氧化铝涂膜来调节。

根据实施例2，除在上述实施例1中述及的效果外，还提供了如下效果。首先，在实施例2中，隔热膜34形成在活塞14的顶面上，因此与实施例1相比能提高燃烧室20内的隔热性。

此外，在实施例2中，周缘部24中的隔热膜34的表面被抛光以获得与周缘区域中的隔热膜34的表面粗糙度相当的表面粗糙度，并且因此，能通过提高挤气流速来提高混合气的流动性。因此，能抑制伴随着混合气的流动性的下降的燃烧性的下降。

此外，在实施例2中，腔室22中的隔热膜34的表面被抛光以获得与周缘区域中的隔热膜34的表面粗糙度相当的表面粗糙度，并且因此，能提高腔室22中的火焰的流动性。此外，周缘部24中的隔热膜34的表面被抛光以获得与周缘区域中的隔热膜34的表面粗糙度相当的表面粗糙度，并且因此，能通过提高逆挤气流速来提高火焰的流动性。因此，能抑制伴随着火焰的流动性的下降的燃烧效率的恶化。

此外，在实施例2中，腔室22中的隔热膜34形成为厚。因此，燃烧气体的最高温度在压缩TDC附近充分升高，并且能降低膨胀行程中的冷却损失。此外，周缘部24中的隔热膜34形成为薄，并且因此，也能抑制在进气行程中燃烧室20内的气体温度过度上升。其原因与周缘区域中的隔热膜34形成为薄的原因相似。因此，通过在进气行程中加热流入燃烧室20内的气体，能良好地抑制充填效率下降。

附图标记列表

10 内燃发动机

12 气缸

14 活塞

18,42 气缸盖

20 燃烧室

22 腔室

24 周缘部

34，40 隔热膜

Claims (5)

1.一种内燃发动机，所述内燃发动机包括活塞的顶面和气缸盖的底面，在所述顶面上形成有腔室，所述底面与所述顶面一起构成燃烧室，并且在所述底面上形成有隔热膜，所述隔热膜具有比基材低的热传导率和单位体积热容量，

其中，在构成所述燃烧室的所述气缸盖的底面中，在与所述腔室对向的腔室区域的周缘中构成挤气区域的周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度形成为比所述腔室区域中的隔热膜的表面粗糙度小。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，

其中，所述周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为比所述腔室区域中的隔热膜的膜厚度薄。

3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，

其中，所述周缘区域中的隔热膜的膜厚度形成为在与所述腔室区域的连接部中连续变化，并且随着离所述腔室区域的距离增大而变薄。

4.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，

其中，在所述活塞的顶面上，形成有具有比活塞基材低的热传导率和单位体积热容量的隔热膜，并且

所述活塞的顶面中的隔热膜的表面粗糙度形成为与所述周缘区域中的隔热膜的表面粗糙度相当。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机，

其中，所述腔室的周缘中的隔热膜的膜厚度形成为比所述腔室中的隔热膜的膜厚度薄。