JP2009524763A - 内燃機関を液体冷却するための装置、並びにこの装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１１）を液体冷却するための装置、及びこの装置を製造するための方法に関する。本発明による装置は、冷却回路（１３）を有しており、該冷却回路（１３）が、液体冷却材のための少なくとも１つの冷却通路（２３，２４，４１）を有しており、該冷却通路が、内燃機関（１１）の少なくとも１つの構成部分（１２ａ，１２ｂ，３１）と熱接触しており、この場合、前記冷却通路（２３，２４，４１）の、冷却媒体と接触する壁部が、その少なくとも一部の領域で微細加工された表面を有している。本発明によれば、このような装置は、水の冷却材のための、少なくとも部分的に内燃機関に熱的に接触する冷却通路を有する冷却回路を形成し、水の冷却材と接触する、前記冷却通路の壁部の少なくとも一部に、微細加工された表面を形成するようにした。

Description

本発明は、内燃機関を液体冷却するための装置、並びにこの装置を製造するための方法に関する。

内燃機関例えば自動車分野において使用されるディーゼル期間又はオットー期間等のピストンエンジンを駆動する際に、シリンダの燃焼室内に２０００℃を越える温度が生じる。シリンダからシリンダ壁部を介してエンジンブロック及びシリンダヘッドに伝達される熱は、それ以外の、内燃機関の限定的にしか熱に耐えることができない構成部分のためには危険であるので、このような構成部分の過熱による損傷を避けるために、このような熱は、できるだけ効果的に導出する必要がある。

従来技術によれば、内燃機関を冷却媒体としての空気又は液体によって冷却することが公知である。この場合、特に冷却液として水を用いた液体冷却が有利である。何故ならば、水の低い粘性及び高い熱容量が内燃機関の効果的な冷却を可能にするからである。水冷式の内燃機関においては、例えばシリンダ周壁及び／又はシリンダヘッドの壁部に、及び／又はクランクケース内に冷却通路が配置されており、これらの冷却通路は冷却回路の一部を形成して、この冷却回路を通じて冷却水がガイドされるようになっている。内燃機関の外に配置された、冷却回路の区分内に空冷式の熱交換器が配置されており、この熱交換器は、自動車においてはラジエータと呼ばれていて、このラジエータを介して、内燃機関内で発生した熱が周囲に放出される。一般的な形式で、低い位置にある冷却液が内燃機関に侵入し、エンジンブロック／クランクシャフトハウジングの冷却通路若しくは冷却ジャケットを通ってシリンダヘッドにガイドされ、このシリンダヘッドから、高い位置にある冷却液が再び内燃機関から退出するようになっている。また、有利な形式で制御可能な弁によって冷却液を、エンジンハウジング内に侵入する前に別個の部分回路に分割し、個別にクランクシャフトハウジングの冷却通路若しくは冷却ジャケット内にガイドすることも公知である。

冷却回路内には、自動車のヒータシステム若しくはエアコン装置と協働する別の熱交換器、コンプレッサ及びコンデンサが配置される。従って、例えば内燃機関から放出される熱は、少なくとも車室を加熱するために使用され得る。また、内燃機関の熱い排ガスを適当な熱交換器を介して冷却することも公知である。この場合、例えば熱い排ガスを取り込んだ熱エネルギーは始動段階で、冷却液を加熱するために使用されるので、冷却液が貫流する内燃機関はその最適な運転温度に迅速に達する。しかしながら排ガスの冷却は、特にいわゆる排ガス再循環システムにおいて有利である。このような排ガス再循環システムは、最近の自動車において、一方では部分負荷範囲内の燃料消費を減少し、他方では内燃機関のエミッション（排出物）、特にＮＯｘエミッションを減少するために、使用される。この場合、弁を介して制御可能な、排ガスの部分流が、内燃機関のインテークマニホールドに戻し案内される。燃料消費及びＮＯｘ減少に関する排ガス再循環の効果は、戻し案内された排ガス部分流が排ガス冷却器によって冷却される場合、さらに改善される。

冷却液の循環は、一般的な形式で冷却回路内に配置されたフィードポンプによって行われる。このフィードポンプは大抵の場合、Ｖベルトを介して、エンジン回転数に関連した冷却液流が生ぜしめられる。内燃機関がその最適な運転温度に迅速に達するようにするために、内燃機関の暖気運転段階中に冷却器を熱制御式の弁を介してバイパスすることが公知である。

冷却液を加熱することによって内燃機関内に発生した熱を吸収する以外に、特に高い熱負荷を有する領域内に、付加的に冷却液の部分的な気化が発生するので、相応の気化エンタルピーを介して、相応のエンジン面を高効率で冷却することができる。

最近の内燃機関では、もはや冷却液として水だけを使用するのではなく、一般的にクーラント（冷却材）と称呼される、水以外に別の添加剤、まず第１に凍結防止及び腐食防止として用いられる添加剤を含有する液体が使用される。

例えば自動車の内燃機関の冷却回路のための冷却材の組成は、凍結防止成分として、水以外にアリキレングリコール（alkylene glycols）、主にエチレングリコール（ethylene glycol）及び／又はプロピレングリコール（propylene glycol）及び／又はグリセリン（glycerol）が使用される。

ヨーロッパ特許公開第８１６４６７号明細書によれば、凍結防止成分として、例えば、アリキレングリコールの他に、より高いグリコール及びグリコールエーテルを使用することが公知である。

内燃機関の構成部分は、運転中に発生する絶対温度も、また温度変化によって、互い温度負荷にさらされるので、どのような腐食の種類及び大きさのものでも、内燃機関の動作寿命を短縮し、内燃機関の信頼性を低下させる潜在的なリスク係数を表す。最近の内燃機関に使用される多くの材料、例えば鋳鉄、銅、黄銅、軟質はんだ、鋼及び軽金属合金、特にマグネシウム合金及びアルミニウム合金によって、特に、種々異なる金属が互いに接触し合う箇所において、付加的に潜在的な腐食問題が発生する。このような金属が互いに接触し合う箇所では、特にやや異なる種類の腐食、例えば点腐食、鋼腐食、エロージョン（浸食）又はキャビテーション（空洞形成）が発生する。従って、最近のクーラント組成は、腐食防止成分として用いられる特別な腐食抑制剤を有している。ドイツ連邦共和国特許第１９５４７４４９号明細書、ヨーロッパ特許第０５５２９８８号明細書又はアメリカ合衆国特許第４５６１９９０号明細書によれば、例えば内燃機関の冷却水のための、カルボン酸、モリブデン酸塩若しくはトリアゾールを含有する凍結防止剤が公知である。ヨーロッパ特許第０２２９４４０号明細書によれば、脂肪族一塩基酸、二塩基炭化水素酸及び炭化水素トリアゾールより成る腐食防止成分について記載されている。腐食防止成分としての特別な酸素は、例えばヨーロッパ特許第０４７９４７０号明細書に記載されている。腐食防止成分としての四級化イミダゾールは、ドイツ連邦共和国特許第１９６０５５０９号明細書により公知である。しかも、クーラント組成は、冷却回路の非金属の構成部分、例えばエラストマー及びその他のホース接続部又はシール等のプラスチックと共存でき、これらを変化させないように又は腐食しないように、構成する必要がある。

クーラント組成の凍結防止及び腐食防止成分を改善すると共に、特に冷却液の冷却特性を改善する必要がある。従って、例えば冷却回路内の冷却液の流れ抵抗及び／又は粘性を低減させる添加剤によって冷却特性を改善することが提案されている。

内燃機関によって得られる出力密度は、液体冷却の効果によって決定的な影響を受ける。そこで本発明の課題は、特に前記液体冷却材（クーラント）を使用して内燃機関を液体冷却するための装置で、内燃機関の熱的に強く負荷される面における冷却効果をさらに改善することができるようなものを提供することである。また本発明の課題は、このような装置を製造するための方法を提供することである。

この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部を備えた、内燃機関を液体冷却するための装置によって解決された。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。

本発明の、内燃機関を冷却するための装置によれば、冷却回路を有しており、該冷却回路が、液体冷却材のための少なくとも１つの冷却通路を有しており、該冷却通路が、内燃機関の少なくとも１つの構成部分と熱接触している形式のものにおいて、冷却媒体と接触する、冷却通路の壁部が、その少なくとも一部の領域で微細加工された表面を有していることを特徴としている。本明細書中で液体冷却材とは、０℃〜１００℃の間の温度で標準圧力（大気圧）における液体冷却材の状態のことである。使用された凍結防止成分に応じて、冷却材は、より低い温度又はより高い温度においても液状であってもよい。

従来技術において公知の、内燃機関のための冷却回路内において、一般的に液状の冷却材と接触する冷却回路導管の表面は、それによって冷却材の流れ抵抗を最小にするために、できるだけ滑らかに構成する必要があるが、これに対して本発明に従って構成された冷却装置によって、著しく改善された冷却効果が得られ、しかもこの場合、冷却材の流れ特性はそれほど低下されていない。特に、本発明による冷却装置の微細加工された表面によって、冷却材の沸騰が開始される前に単相の熱伝導の改善が得られ、また２相の熱伝導、特に気泡沸騰範囲内での沸騰し易さ及び沸騰動作の改善が得られた。例えば、壁部過熱、つまり気泡沸騰の開始時における冷却材の飽和温度Ｔ_ｓと壁部温度Ｔ_ｗとの間の温度差が、約２０℃〜４０℃の範囲から約３℃〜１０℃の範囲に低下された、ことが確認された。

従って、内燃機関を液体冷却するための本発明による装置によれば、内燃機関の冷却を決定的に改善することが可能である。さらに、前述のように、最近の内燃機関の出力密度は、しばしば冷却による効果的な熱導出によって制限されているので、本発明の装置によれば、内燃機関の出力密度を高めることができる。

内燃機関の種々異なる構成部分を本発明に従って設けられた、微細加工された表面を備えた冷却通路によって冷却することができる。この場合、まず第１に冷却通路は、内燃機関のエンジンブロックの構成部分、例えばシリンダヘッド及び／又はクランクケースと熱的に接触する。本発明において「内燃機関の構成部分」とは、本来のエンジンブロックの外側の構成部材、特に内燃機関の冷却システム内に配置されたその他の熱交換器、例えば排ガス冷却器又はオイル冷却器のことである。熱交換器はそれぞれ別個の冷却液循環回路を有しているが、これらの冷却液循環回路は、有利な形式で内燃機関の冷却回路の部分回路を介して冷却され、この場合、冷却液流を構成部分の各区分内に分割することは、特に有利には適当な弁を介して制御可能である。

本発明による装置の有利な実施例によれば、微細加工された表面は、１〜１５００μｍの範囲、有利には２０〜２００μｍの範囲の平均的な表面粗さＲａを有している。

特に有利には、微細加工された表面は多孔構造を有している。この場合、多孔性の微細加工構造の孔の大きさは、１〜５００μｍの範囲内である。この場合、孔の大きさは、横断面の最大孔直径である。孔は、ほぼ円形の横断面を有しているが、その他の任意の幾何学形状を有していてよい。この場合、微細加工された表面層における孔の割合は、１〜９０％の範囲内、有利には１０〜８０％の範囲内、特に有利には１０〜７０％の範囲内である。

本発明による装置の粗い及び／又は多孔性の微細加工構造は、表面上に規則的に又は確率論的に分配されている。有利な孔の深さは、孔の確率論的な配置において、ほぼ孔の直径に相当する。特に表面に孔の機械的に加工する場合、円形の孔形状から、任意の幾何学的な形状、例えば種々異なる形状を付与された長手方向通路に移行してよい。この場合、孔若しくは通路又はその他の凹部の深さは、孔の幅とは無関係である。微細加工された表面の層厚は、有利な形式で数マイクロメートルの範囲、例えば１〜１００００μｍの範囲、有利には１０〜１０００μｍの範囲の層厚を有している。

本発明による装置の変化実施例によれば、冷却循環回路の導管及び通路の、液体冷却材と接触する全壁面は、微細加工された表面として構成されている。有利な実施例によれば、微細加工された表面は、内燃機関の冷却しようとする範囲内にあるか、及び／又は場合によって冷却循環回路内に配置された、熱いガスを冷却する溜の熱交換器（例えば全中主の排ガス冷却器）内にある、冷却循環回路の範囲に限定されている。

液状の冷却材として、有利な形式で、前記水をベースとしたアルキレングリコール（alkylenglykol）を含有する冷却材組成が使用される。冷却材は、本発明による装置の有利な変化実施例によれば、冷却材の表面張力を低下させる界面活性添加剤、例えば界面活性剤を有しておいる。このような形式の界面活性添加剤は、気泡沸騰のために必要な壁部過熱をさらに減少させることによって、沸騰過程を付加的に軽減する。

一般的に最近の内燃機関の冷却循環回路は、液体冷却材の飽和温度を高め、それによって冷却効果をさらに改善するために、１．５〜５絶対バール（bar absolute）で駆動される。

また本発明は、内燃機関を液体冷却するための装置を製造するための方法にも関する。本発明によれば、液状の冷却材のための冷却回路を形成し、この冷却循環回路が、少なくとも部分的に内燃機関に熱的に接触する冷却通路を有しており、この冷却通路は、少なくとも内燃機関と熱的に接触し、この場合、液状の冷却材と接触する、冷却通路の壁部の少なくとも一部に微細加工された表面を形成するようになっている。

内燃機関、特にエンジンのための冷却回路を製造するための方法は、当業者により公知であるので、以下の構成は、本発明に従って設けられた微細加工された表面の製造に限定される。微細加工された表面が形成されている冷却通路の内壁は、有利な形式で良好な熱伝導材料、特に金属より成っている。特に有利には、前記複数の通路は内燃機関の鋳造時に同時に成形されるので、通路壁は、エンジンブロック、シリンダヘッドカバー又はクランクケースと同じ材料より成っている。

本発明による方法の第１変化実施例によれば、微細加工された表面は冷却通路の内壁を機械的に加工することによって形成される。例えば適当な微細構造は、壁部を切削加工、例えば溝又はその他の凹部をフライス切削することによって、又は相応に異形成形された圧延ローラ又は圧延ディスクによって行われる。適当に微細加工されたコーティングは、例えば本発明による装置にも使用できるが、化学的な方法技術により公知である。従って、例えば"Fa. Wieland-Werke AG, Ulm, Deutschland"（ヴィーランド工業株式会社、ウルム、ドイツ国）により、"Enhanced Boiling Tubes"の名称の熱交換管が製造されている。この場合、機械的に施された微細構造が、気化時における熱伝導の改善に役立つ。このような微細構造を製造するのに適した機械的な方法は、例えばヨーロッパ特許第０６０７８３９号明細書、ドイツ連邦共和国特許第１０１５６３７４号明細書、ドイツ連邦共和国特許第４４０４３５７号明細書、及びドイツ連邦共和国特許第１０２１００１６号明細書により記載されている。

熱的に強く負荷される壁部の微細構造は、例えば壁部を摩耗処理によって、例えばサンド（砂）、金属球又はセラミック球或いはその他の摩耗作用を有する粒子によって生ぜしめられる。微細加工された表面層は、例えば壁面を適当な酸又は基剤によって壁部を化学的に処理してもよい。

本発明による方法の別の変化例によれば、処理しようとする壁部に粗い及び／又は多孔性の層を析出することによって微細加工された表面を形成するようにした。この場合、微細加工された表面は、冷却通路の内壁とは別の材料より成っている。コーティング技術により公知の種々異なる方法、例えば火炎溶射、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法、粉末被覆、スパッタ法又は種々異なるスプレー法又は噴霧法を用いることができる。また"High-flux Tubes"の名称で知られている、"UOP LLC, Des Plaines, IL, USA"（ＵＯＰ ＬＬＣ，Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ，ＩＬ社、 ＵＳＡ）による多孔性の管として公知であるようにコーティングも使用することができる。この場合、気化時における熱伝導の改善が確率論的に分布された多孔によって得られる。多孔性の泡を塗布し、次いでこの泡を電気メッキすることによって、前記形式の多孔性の層を製造するための方法は、米国特許第４１３６４２７号明細書に記載されている。適当な層を製造するためのその他の方法は、例えば特開２００１−０３８４６３号公報又はフランス国特許公開第０１１２７８２号明細書に記載されており、この場合、適当な大きさの粒子を有する金属粒子が、はんだ材料によって互いに結合されて、多孔性の表面層が得られる。別の可能性は、冷却材に添加剤を添加する点ある。この添加剤は、熱によって分解し、この際に、冷却面上に多孔性のコーティングとして析出する分解生成物を形成する。

本発明による方法の特に有利な実施態様によれば、内燃機関を鋳造する際に微細加工された表面を形成する。この際に、鋳型は、既に相応の微細構造を有している。また特に簡単な可能性は、エンジンブロックの鋳造工程時に、エンジンブロックの中空室のための成形体の表面を付加的に、金属及び／又はセラミック粒子のスラリー（slurry）又はスリッカー（slip）及びポリマー（鋳造工程時に分解する）によってコーティングする点にある。

本発明を以下に図面に概略的に示した実施例、及び沸点試験台で実施される比較実験を用いて詳しく説明する。

図１は、内燃機関を液体冷却するための概略的に示した装置、
図２は、本発明に従って微細加工された表面を備えた鋳造スリーブの劣化特性を示す沸騰特性曲線、
図３は、本発明に従って微細加工された鋳造スリーブと可塑化されていない鋳造スリーブとの比較実験の沸騰特性曲線、
図４は、種々異なる流速における、本発明による鋳造スリーブと可塑化されていない鋳造スリーブとの別の比較実験の沸騰特性曲線である。

図１には、本発明による内燃機関１１の液体冷却装置１０が概略的に示されている。図示の実施例では、内燃機関１１は、シリンダヘッド１２ａと、クランクケースを備えたエンジンブロック１２ｂとを有する自動車エンジンとして構成されている。内燃機関１１は、冷却回路１３内を循環するクーラント（冷却材）によって冷却される。冷却回路１３は、フィードポンプ１４と、外部の空冷式の主熱交換器１５とを有しており、この主熱交換器１５は、自動車において一般的な形式で「ラジエータ」と称呼されている。ラジエータ１５の入口の間に、温度センサ１６によって制御されたサーモスタット弁１７が配置されており、このサーモスタット弁１７は、クーラント流を内燃機関の運転条件に応じて、熱交換器１５を通る大回路１８内にガイドするか、又は熱交換器１５を迂回する小さい回路１９内にガイドする。

主熱交換器１５から到来するクーラント流は、クランクケース１２ｂの領域内に配置された冷却液入口２０を介して内燃機関１１内に流入する。エンジンのシリンダ数に応じて、クーラント流は内燃機関内で複数の部分流に分割され、冷却通路２３，２４内で燃焼室２５，２６の外壁に沿ってシリンダヘッド１２ａ内にガイドされ、ここで複数の部分流が再び出口導管２７に接続される。出口導管２７は出口２８を介して内燃機関１１から退出している。出口２８に接続された導管区分２９は、クーラントを熱交換器１５に戻し案内し、この熱交換器１５において内燃機関１１で吸収された熱を周囲に放出する。

特に燃焼室を包囲する領域２３，２４内で特別に熱負荷される区分に、本発明に従って微細加工された表面を備えたクーラント導管若しくはクーラント通路の内壁が設けられている。

さらに、図１に示されている内燃機関１１は、全体が符号３０で示された排ガス再循環装置を有しており、この排ガス再循環装置３０は排ガス冷却器３１を有している。吸気導管３２を介して、空気が内燃機関１１の燃焼室２５，２６内に吸い込まれる。燃料の燃焼後に発生する排ガスは、排ガス導管３３を介して導出される。弁制御される分岐部３４を介して、排ガスの部分流が排ガス再循環導管３５，３６を介して吸気導管３２内に戻し案内されるので、過剰な酸素は燃焼室内で低減され、燃焼温度が低下され、これによって、排ガスのＮＯｘ汚染が低減され、消費燃料の減少が得られる。再循環された排ガスを冷却することによって、この効果は高められる。このために、排ガス再循環導管３５、３６内に排ガス冷却器３１が配置されており、この排ガス冷却器３１は熱い排ガスを冷却する。排ガス冷却器３１は、別個の冷却回路を有している。しかしながら図示の実施例では、冷却回路１３の部分流は、弁制御される分岐部３７において導管３８を介して排ガス冷却器３１内にガイドされる。次いで、加熱されたクーラントは、導管３９を介して冷却回路１３内に戻し案内される。排ガス冷却器３１は、例えば多管式熱交換器として構成されており、この場合、排ガス流は個別の各管４０に分配され、これらの管４０の周囲がクーラント４１によって貫流されるようになっている。この場合、管４０の外壁は、本発明に従って微細加工された表面層を備えている。

最近の内燃機関の冷却回路の、当業者にとって公知であるその他の特徴、例えば車室の加熱システムと熱的に接触する圧力装置、二次熱交換器その他については、図１に示した概略図には、見やすくするために省かれている。

比較実験
本発明に従って設けられた微細加工された表面層の有効性を検査するために、鋳鉄（主要な合金材料として３．５％Ｃ，２．０％Ｓｉ、０．７％Ｍｎ及び０．５％燐を有する鋳鉄）より成り、沸点試験台で未加工の鋳膚を有する従来の鋳造スリーブが、本発明に従って微細加工された表面層が鋳膚に被着されている、同形式の鋳造スリーブと比較された。このために、圧縮空気で金属溶射することによって、約２００−４００μｍの層厚を有する鉄合金（Ｃｒ約２９％、Ｎｉ約６％、Ｂ約３％、残り：鉄）の多孔性の層が被着される。鉄線を溶融させるための電流は、約４０ボルトにおいて約１５０Ａである。１０秒のコーティング時間後に、直径が約１ｃｍで長さが約４ｃｍのスリーブが完成される。

沸点試験台において、温度、使用された冷媒及び、いわゆる沸騰特性曲線による流過速度に基づく熱伝導の有効性が検出される。沸騰特性曲線は、単相若しくは２相の熱伝導時に、面毎に伝導された熱流（熱流束）と壁部温度との関係、若しくは壁部温度と液体の飽和温度いわゆる壁部過熱Ｔｗ−Ｔｓａｔ）との差を表している。

コーティングされた鋳造スリーブと共に実施される調量のために、本特許出願人によって市販されているラジエータ保護剤「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ａｌｕ Ｐｒｏｔｅｃｔ」が泡止め剤なしで使用された。コーティングされていない鋳造スリーブを有する比較試験のために、やはり本特許出願人によって市販されているラジエータ保護剤「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ｐｒｏｔｅｃｔ Ｐｌｕｓ」が使用された。システム圧は、テストされたすべてのケースにおいてＰｓｙｓ＝３．２絶対バール（bar absolute）であって、冷却媒体の温度は、Ｔｓｙｓ＝１００℃で一定に維持された。

沸騰特性曲線の典型的な形状は、以下に記載されている通りである。壁部温度が飽和温度を下回っていて、壁部過熱がわずかである場合、熱伝導は、自由な単相（single-phase）の対流によって行われる。この自由な単相の対流は、温度差の上昇と共に良好な熱伝導率を生ぜしめ、ひいては沸騰特性曲線の緩やかな上昇を生ぜしめる。壁部の湿潤性（濡れ性）に応じて、顕著な沸騰遅れ後に壁面の所定箇所に第１の気泡が生じる。この第１の気泡の数及び大きさは、壁部過熱が大きくなるのに伴って増大する。第１の気泡が接触面から剥離されると、いわゆる気泡沸騰が開始される。接触面は、この領域においてまだ完全に液体によって濡らされている。蒸気発生の増大及び互いに凝集した蒸気気泡の集中的な撹拌作用によって、熱流束は急勾配で上昇する。

１．劣化特性
第１の実験は、表面の劣化特性、及びそれに基づく沸騰熱伝導の変化に関するものである。このために、平均的な流過速度Ｕｂ＝０．２５ｍ／ｓにおいて２８時間以内の複数の沸騰特性曲線が記録された。

この実験の結果は図２に示されている。

この時間（２８時間）内で記録された沸騰特性曲線から、劣化、即ち沸騰特性の低下は実際には確認されない。何故ならば、種々異なる劣化間隔を有する各沸騰特性曲線は、事実上１つの線に一致するからである。

２．コーティングされた鋳造スリーブとコーティングされていない鋳造スリーブとの比較
図３に示した線図では、クーラントとして「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ｐｒｏｔｅｃｔ Ｐｌｕｓ」（図３の特性曲線Ａ１）及び「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ａｌｕ Ｐｒｏｔｅｃｔ」（特性曲線Ａ２）を用いたコーティングされていな鋳造スリーブの沸騰特性曲線が、クーラントとして「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ａｌｕ Ｐｒｏｔｅｃｔ」（特性曲線Ｂ１）を用いたコーティングされた鋳造スリーブと比較された。この場合、記録されたすべての沸騰特性曲線は、同じ劣化状態を有している。比較は、平均的な流過速度Ｕｂ＝０．２５ｍ／ｓの場合に実施される。

図３の線図には、標準的な鋳造スリーブの沸騰熱伝導に対する、多孔性の表面を備えた鋳造スリーブの改良された沸騰熱伝導が示されている。このような沸騰熱伝導の改良は、高い熱流束（≒４００，０００Ｗ／ｍ^２）において表面温度Ｔ_Ｗが標準的な鋳造スリーブに対してΔＴ_Ｗ＝１５〜２０℃だけ減少されることを反映する。沸騰が行われる温度範囲の正確な観察によって、変化実施例による多孔性の表面を有する鋳造スリーブにおいて、沸騰は壁部温度Ｔ_Ｗ＜Ｔ_seatで既に行われる（直線性に対する沸騰特性曲線のずれ）ことが示されている。

３．流過速度の変化
図４に示した線図には、種々異なる平均的な流過速度Ｕｄにおける、コーティングされていない鋳造スリーブの沸騰特性曲線（特性曲線群Ａｉ）及びコーティングされている鋳造スリーブの沸騰特性曲線（特性曲線群Ｂｉ）が示されている。

図示のすべてのケースにおいて、冷却媒体Ｔsys＝１００℃、絶対システム圧Ｐsys＝３．２barである。冷却媒体としては、それぞれ「Ｇｌｙｓａｎｔｉｎ^(R)Ａｌｕ Ｐｒｏｔｅｃｔ」が使用された。特性曲線群Ａｉ若しくはＢｉの指数ｉは、それぞれ流過速度Ｕｂが、０．１ｍ／ｓ（ｉ＝１）、０．２５ｍ／ｓ（ｉ＝３）、０．７５ｍ／ｓ（ｉ＝４）、１．０ｍ／ｓ（ｉ＝５）、１．５ｍｓ（ｉ＝６）であることを示している。

観察されたすべてのケースにおいて、多孔性の表面を有する変化実施例による鋳造スリーブを使用した場合、コーティングされていない鋳造スリーブに対して、単相の熱伝導の明らかな改善も、また２相の熱伝導の明らかな改善も確認された。

要約すれば、比較実験の結果は次の通りである。

・変化実施例による鋳造スリーブによって記録された沸騰特性曲線から、表面の劣化、つまり沸騰特性の低下は事実上確認されていない。

より大きい表面粗さに基づいて、多孔性の表面を備えた試験体を用いた場合に、標準スリーブに対する、単相の熱伝導の明らかな改善が確認される。

・沸騰しやすさも、また沸騰活動性も、多孔性の表面を使用した場合、未処理の鋳膚を備えた標準表面と比較して著しく改善が見られた。それによって高い熱流における表面温度は藥１５℃低下される。

内燃機関を液体冷却するための装置の概略図である。 本発明に従って微細加工された表面を備えた鋳造スリーブの劣化特性を示す沸騰特性曲線の線図である。 本発明に従って微細加工された鋳造スリーブと可塑化されていない鋳造スリーブとの比較実験の沸騰特性曲線を示す線図である。 種々異なる流速における、本発明による鋳造スリーブと可塑化されていない鋳造スリーブとの別の比較実験の沸騰特性曲線である。

Claims (15)

1. 内燃機関（１１）を冷却するための装置であって、冷却回路（１３）を有しており、該冷却回路（１３）が、液体冷却材のための少なくとも１つの冷却通路（２３，２４，４１）を有しており、該冷却通路が、内燃機関（１１）の少なくとも１つの構成部分（１２ａ，１２ｂ，３１）と熱接触している形式のものにおいて、
   前記冷却通路（２３，２４，４１）の、冷却材と接触する壁部が、その少なくとも一部の領域で微細加工された表面を有していることを特徴とする、内燃機関を冷却するための装置。
2. 微細加工された表面が、１〜１５００μｍの範囲の平均的な表面粗さＲａを有している、請求項１記載の装置。
3. 微細加工された表面が多孔構造を有している、請求項１又は２記載の装置。
4. 微細加工された表面の複数の孔の平均的な大きさが、１〜５００μｍの範囲内である、請求項３記載の装置。
5. 前記孔の割合が１〜９０％の範囲内である、請求項３又は４記載の装置。
6. 多孔構造を有する微細加工された表面が、１〜１００００μｍの層厚を有している、請求項３から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 微細加工された表面の構造が規則的に配置されている、請求項３から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記微細加工された表面の構造が確率論的に配置されている、請求項３から６までのいずれか１項記載の装置。
9. 冷却通路の単数又は複数の壁部の、少なくとも運転中に熱的に強く負荷された区分が、微細加工された表面を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 少なくとも１つの冷却通路（２３，２４，４１）と熱的に接触する、内燃機関（１１）の構成部分が、内燃機関のシリンダヘッド（１２ａ）及び／又はクランクケース（１２ｂ）、及び／又は排ガス冷却器（３１）である、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 水の冷却材が冷却回路内を循環し、前記冷却材が界面活性添加剤、殊に界面活性剤を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 内燃機関を冷却するための装置を製造するための方法において、水の冷却材のための、少なくとも部分的に内燃機関に熱的に接触する冷却通路を有する冷却回路を形成し、水の冷却材と接触する、前記冷却通路の壁部の少なくとも一部に、微細加工された表面を形成することを特徴とする、内燃機関を冷却するための装置を製造するための方法。
13. 壁部を機械的及び／又は化学的に処理することによって、微細加工された表面を形成する、請求項１２記載の方法。
14. 壁部上にコーティング材料を塗布又は析出させることによって、微細加工された表面を形成する、請求項１２記載の方法。
15. 内燃機関を鋳造する際に微細加工された表面を形成する、請求項１２記載の方法。

Images