CN110966112B

CN110966112B - 内燃机

Info

Publication number: CN110966112B
Application number: CN201910793457.5A
Authority: CN
Inventors: 山下英男
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: JP2020056347A; US10711730B2; DE102019121240A1; US20200102905A1; CN110966112A; DE102019121240B4; JP7077902B2

Abstract

本发明提供一种内燃机。在构成燃烧室的壁面形成隔热膜。隔热膜具备隔热层和防油层。隔热层形成于壁面。隔热层由具有比燃烧室的母材低的热传导率的材料构成。防油层形成于隔热层的表面。防油层由聚烷氧基硅氧烷构成。防油层相对于发动机油的接触角为40度以上。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机，更详细而言，涉及在构成燃烧室的壁面形成有隔热膜的内燃机。

背景技术

日本特开2015-031226号公报公开一种具备隔热膜的内燃机。隔热膜形成于构成燃烧室的铝系的壁面。隔热膜具有耐热铝层(alumite layer)和密封层。耐热铝层通过铝系的壁面的阳极氧化处理而形成。耐热铝层的表面具有在阳极氧化处理中形成的微孔。密封层由将微孔的入口部密封的密封剂构成。密封剂是聚硅氮烷或聚硅氧烷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-031226号公报

发明内容

发明所要解决的课题

内燃机以各种各样的运转模式运转。特定的运转模式(例如，冷机(日文：冷間)时的间歇运转、怠速运转)的多用促进沉积物的生成。当在隔热膜的表面生成的沉积物向膜表面的大范围堆积时，隔热膜的作用会被阻碍。因而，要使隔热作用的效果持续地发挥，需要用于抑制在膜表面上生成沉积物的设计。

本发明的1个目的在于，在构成燃烧室的壁面形成隔热膜的内燃机中，抑制在膜表面上生成沉积物。

用于解决课题的技术方案

第1发明是一种内燃机，具有以下特征。

在构成所述内燃机的燃烧室的壁面形成隔热膜。

所述隔热膜具备隔热层和防油层。

所述隔热层形成于所述壁面。

所述隔热层由具有比所述燃烧室的母材低的热传导率的材料构成。

所述防油层形成于所述隔热层的表面。

所述防油层由聚烷氧基硅氧烷构成。

所述防油层相对于发动机油的接触角为40度以上。

第2发明以第1发明为基础，还具有以下特征。

所述防油层的热容量为所述隔热层的热容量以下。

第3发明以第1或第2发明为基础，还具有以下特征。

所述壁面是活塞的顶面及汽缸盖的底面。

所述隔热膜具备第1隔热膜和第2隔热膜。

所述第1隔热膜形成于所述顶面。

所述第2隔热膜形成于所述底面。

所述防油层具备所述第1隔热膜所具备的第1防油层和所述第2隔热膜所具备的第2防油层。

第1接触角为第2接触角以上。

所述第1接触角是所述第1防油层相对于发动机油的接触角。

所述第2接触角是所述第2防油层相对于发动机油的接触角。

第4发明以第3发明为基础，还具有以下特征。

所述第1接触角比所述第2接触角大。

发明的效果

当流入到燃烧室的发动机油固化时，生成沉积物。关于这一点，根据第1发明，由于隔热膜的表面由防油层构成，所以能够抑制在防油层上发动机油固化。因此，能够抑制在隔热膜的表面上生成沉积物。

当防油层的热容量高时，隔热膜的表面会稳定地高温化。这样一来，吸入到燃烧室的空气(进气)被加热，容易发生异常燃烧。关于这一点，根据第2发明，由于防油层的热容量为隔热层的热容量以下，所以能够抑制这样的弊端的产生。

流入到燃烧室的发动机油的大部分相比于底面存在于顶面。其理由是，发动机油的主要的流入原因是活塞的上下运动。关于这一点，根据第3发明，由于第1接触角为第2接触角以上，所以能够适当地抑制在第1隔热膜的表面上发动机油固化。

根据第4发明，由于第1接触角比第2接触角大，所以能够适当地抑制在第1隔热膜的表面上发动机油固化。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式1的发动机的主要部分的构成的图。

图2是示出隔热膜的构成的一例的图。

图3是示出在防油层上堆积的沉积物的量、与接触角θ的关系的数据。

图4是示出在防油层上堆积的沉积物的量、与表面粗糙度Ra的关系的数据。

图5是说明本发明的实施方式2的发动机的主要部分的构成的图。

图6是说明本发明的实施方式3的发动机的主要部分的构成的图。

附图标记说明

10、40、60 内燃机

12 燃烧室

14 汽缸盖的底面

16 缸孔的表面

18 活塞的顶面

30、50、70 隔热膜

32、52、72 隔热层

34、36 气孔部

38、58、78 防油层

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中，对同一或相当的部分标注同一附图标记，简化或省略其说明。

实施方式1.

首先，参照图1～图4对本发明的实施方式1进行说明。

1.内燃机(以下，也简称作“发动机”)的说明

1.1主要部分的构成的说明

实施方式1的发动机是搭载于车辆的火花点火式或压缩自着火式的发动机。图1是说明实施方式1的发动机的主要部分的构成的图。图1所示的发动机10具备燃烧室12。燃烧室12是由汽缸盖的底面14、缸孔的表面16及活塞的顶面18区划出的空间。底面14、表面16及顶面18被总称为构成燃烧室12的壁面。在燃烧室12安装有点火装置20。点火装置20使燃烧室12内的混合气着火。

图1所示的主要部分的构成是火花点火式发动机的主要部分的构成。在实施方式1的发动机由压缩自着火的发动机构成的情况下，构成其燃烧室的壁面与构成燃烧室12的壁面的定义相同地定义。

1.2隔热膜的构成的说明

发动机10具备隔热膜30。隔热膜30形成于顶面18。图2是示出隔热膜30的构成的一例的图。如图2所示，隔热膜30具备隔热层32。隔热层32由通过顶面18的阳极氧化处理而形成的多孔质氧化铝(即，耐热铝)构成。隔热层32具有2种气孔部34及36。这些气孔部在阳极氧化处理中形成。气孔部34形成于隔热层32的内部。气孔部36形成于隔热层32的表面。通过这些气孔部，耐热铝呈现比活塞的母材(具体而言是铝合金)低的热传导率。

隔热膜30具备的隔热层也可以由多孔质陶瓷构成。多孔质陶瓷通过喷镀处理或烧成处理而形成。在喷镀处理中，将氧化锆、氧化铝、二氧化钛之类的陶瓷的粉末、或者、金属陶瓷、莫来石、堇青石、滑石等复合陶瓷的粉末在熔融状态下向顶面18喷附。在烧成处理中，将包括上述的粉末的浆料向顶面18涂布，之后烧固。此外，气孔部34及36是耐热铝所特有的。因而，在由多孔质陶瓷构成隔热层的情况下，不会形成气孔部34及36。多孔质陶瓷呈现比母材低的热传导率。

隔热膜30还具备防油层38。防油层38形成于隔热层32的表面。防油层38由聚烷氧基硅氧烷构成。关于适合作为防油层38的聚烷氧基硅氧烷将在后文叙述。防油层38将气孔部36的开口密封。防油层38的一部分进入至气孔部36的中途。通过防油层38进入至气孔部36的中途，从而防油层38与隔热层32牢固地结合(锚固效应)。聚烷氧基硅氧烷呈现比母材低的热传导率。

2防油层38的详情

2.1聚烷氧基硅氧烷

构成防油层38的聚烷氧基硅氧烷是向硅氧烷骨架的侧链导入烷基R而成的硅聚合物。聚烷氧基硅氧烷的一般式如下。

OH-(-SiR1R2O)n-H…(1)

作为式(1)的烷基R1及R2，可例示甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、苯基、长链烷基。不过，当烷基R的分子量变大时，防油层38的亲油性变高(也就是说，防油性下降)。因而，烷基R1及R2优选其分子量小。烷基R1及R2优选是甲基、乙基或丙基，更优选两者都是甲基。

2.2防油层38的接触角θ₃₈

防油层38相对于发动机油的接触角θ₃₈为40度以上。发动机油是发动机10的润滑油。发动机油有时会伴随于活塞的上下运动而向燃烧室12内流入。当流入到燃烧室12的发动机油固化时，生成沉积物。接触角θ₃₈通过一般的测定方法(例如，θ/2法、切线法、曲线拟合法)来测定。接触角θ₃₈也可以是动态接触角。

2.3防油层38的热容量C₃₈

防油层38的热容量C₃₈优选为隔热层32的热容量C₃₂以下。当热容量C₃₈高时，隔热膜30的表面会稳定地高温化。这样一来，吸入到燃烧室12的空气被加热，容易发生异常燃烧。关于这一点，若热容量C₃₈为热容量C₃₂以下，则能够抑制这样的弊端的产生。热容量C₃₈优选比热容量C₃₂低。若热容量C₃₈比热容量C₃₂低，则能够提高该抑制效果。此外，热容量C的大小关系的调整能够通过增减防油层38的体积来实现。防油层38的体积能够通过增减聚烷氧基硅氧烷的重量来实现。

3.实验数据的说明

图3是示出在防油层上堆积的沉积物的量、与接触角θ的关系的数据。图3所示的接触角θ如以下这样测定。首先，使用各种硅系涂料准备了防油膜的样本。接着，从喷嘴向这些样本分别滴下了发动机油。接触角θ的测定在25℃的环境温度下进行。沉积物的堆积量使用由与测定了接触角θ的样本相同的涂料分别形成的防油层而测定。

从图3可知，在形成有接触角θ小于40度(更准确地说是32度)的防油层的发动机中，在防油层上堆积了很多沉积物。此外，接触角θ＝32度的数据是由聚硅氮烷形成的防油层的数据。另外，从图3也可知，在形成有接触角θ为40度(更准确地说是42度及51度)以上的防油层的发动机中，抑制了沉积物的堆积。此外，接触角θ＝42度及51度的数据是由聚二甲基硅氧烷形成的防油层的数据。

图3所示的数据的倾向示出了当使用相对于发动机油的接触角θ为40度以上的防油层时能够抑制隔热膜上的沉积物的生成的可能性。推测其理由是，成功抑制了流入到燃烧室内的发动机油在防油层上固化。

图4是示出在防油层上堆积的沉积物的量、与表面粗糙度Ra的关系的数据。图4所示的表面粗糙度Ra通过研磨没有防油层的隔热膜(也就是仅具有隔热层的膜)的表面而调整。沉积物的堆积量使用测定了表面粗糙度Ra的隔热膜而测定。

从图4可知，表面粗糙度Ra越小，则沉积物的堆积量越减少。不过，也可知，即使在使用了表面粗糙度Ra小于1μm的隔热膜的情况下，沉积物也会堆积一定量。

图4所示的数据的倾向表示，仅减小隔热膜的表面粗糙度Ra的话，达不到使隔热作用的效果持续地发挥。

4.隔热膜30的效果

根据实施方式1的发动机，能够抑制隔热膜上的沉积物的生成。因此，能够使隔热作用的效果持续地发挥。另外，若热容量C₃₈为热容量C₃₂以下，则能够抑制吸入到燃烧室的空气的加热而抑制异常燃烧的发生。

实施方式2.

接着，参照图5对本发明的实施方式2进行说明。此外，关于与上述实施方式1重复的说明适当省略。

1.发动机的说明

图5是说明实施方式2的发动机的主要部分的构成的图。图5所示的发动机40除了隔热膜30之外还具备隔热膜50。隔热膜50形成于底面14。隔热膜50的构成与隔热膜30的构成相同。即，隔热膜50具备隔热层52及防油层58。隔热层52由耐热铝构成。防油层58由聚烷氧基硅氧烷构成。防油层58相对于发动机油的接触角θ₅₈为40度以上。

2.接触角θ₅₈与接触角θ₃₈的大小关系

接触角θ₅₈优选为接触角θ₃₈以下。也就是说，接触角θ₃₈优选为接触角θ₅₈以上。流入到燃烧室12的发动机油的大部分相比于底面14存在于顶面。其理由是，发动机油的主要的流入原因是活塞的上下运动。关于这一点，若接触角θ₃₈为接触角θ₅₈以上，则能够适当地抑制发动机油在防油层38上固化。若接触角θ₃₈比接触角θ₅₈小，则能够提高该抑制效果。此外，若用不同的聚烷氧基硅氧烷构成防油层38及58，则能够实现接触角θ的大小关系的调整。

3.隔热膜的效果

根据实施方式2的发动机，能够得到与上述实施方式1同样的效果。另外，若接触角θ₃₈为接触角θ₅₈以上，则能够适当地抑制发动机油在防油层38上固化。

实施方式3.

接着，参照图6对本发明的实施方式3进行说明。此外，关于与上述实施方式1及2重复的说明适当省略。

1.发动机的说明

图6是说明实施方式3的发动机的主要部分的构成的图。图6所示的发动机60除了隔热膜30及50之外还具备隔热膜70。隔热膜70形成于表面16。隔热膜70的构成与隔热膜30的构成相同。即，隔热膜70具备隔热层72及防油层78。隔热层72由耐热铝构成。防油层78由聚烷氧基硅氧烷构成。防油层78相对于发动机油的接触角θ₇₈为40度以上。

2.隔热膜的效果

根据实施方式3的发动机，能够得到与上述实施方式1同样的效果。

其他实施方式.

在上述实施方式1～3中，以具备隔热膜30的发动机为前提进行了说明。然而，不具备隔热膜30的发动机也包含于本发明的实施方式的发动机。即，仅具备隔热膜50的发动机、仅具备隔热膜70的发动机或具备隔热膜50及70的发动机包含于本发明的实施方式的发动机。

此外，在以上的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示了的情况或在原理上明确地特定为该数值的情况之外，本发明不限定于该提及了的数值。另外，在该实施方式中说明的构造等除了特别明示了的情况或明确地在原理上特定为上述的构造等的情况之外，上述的构造等对于本发明而言不一定是必需的。

Claims

1.一种内燃机，在构成燃烧室的壁面形成隔热膜，其特征在于，

所述隔热膜具备：

隔热层，形成于所述壁面，由具有比所述燃烧室的母材低的热传导率的材料构成；和

防油层，形成于所述隔热层的表面，

所述防油层由聚烷氧基硅氧烷构成，

所述防油层相对于发动机油的接触角为40度以上。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述防油层的热容量为所述隔热层的热容量以下。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，

所述壁面是活塞的顶面及汽缸盖的底面，

所述隔热膜具备形成于所述底面的第2隔热膜和形成于所述顶面的第1隔热膜，

所述防油层具备所述第1隔热膜所具备的第1防油层和所述第2隔热膜所具备的第2防油层，

所述第1防油层相对于发动机油的接触角即第1接触角为所述第2防油层相对于发动机油的接触角即第2接触角以上。

4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，

所述第1接触角比所述第2接触角大。