JP2012031752A - Heat insulating structure of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の構造部材に接合される断熱構造体に関する。 The present invention relates to a heat insulating structure joined to a structural member of an internal combustion engine.
自動車などに搭載される内燃機関において、構造部材の耐熱性の向上や、冷却損失の低減などを目的として、断熱材が設けられる場合がある。ところで、断熱材と構造部材とが直接接合されると、それらの接合界面において剥離などが発生する可能性がある。このような問題に対し、接着剤が含浸された多孔質材を介して断熱材と構造部材とを接合する方法が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。 In an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, a heat insulating material may be provided for the purpose of improving the heat resistance of a structural member or reducing cooling loss. By the way, when a heat insulating material and a structural member are directly joined, peeling or the like may occur at the joining interface between them. For such a problem, a method of joining a heat insulating material and a structural member via a porous material impregnated with an adhesive has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記した方法によると、断熱材と構造部材との間に介在する部材により厚さが増すため、薄膜の断熱材が必要な箇所に適用することができない可能性がある。 By the way, according to the above-described method, since the thickness is increased by a member interposed between the heat insulating material and the structural member, there is a possibility that the thin film heat insulating material cannot be applied to a necessary place.
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の断熱構造体において、薄膜の断熱材が必要な箇所にも適用し得る技術の提供にある。 The present invention has been made in view of various circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a technique that can be applied to a place where a thin-film heat insulating material is required in a heat insulating structure of an internal combustion engine. .
本発明は、上記した課題を解決するために、多孔質の断熱材に有機材を含浸させるとともに、断熱材が有機材を介して内燃機関の構造部材に接合されるようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is made to impregnate a porous heat insulating material with an organic material and to bond the heat insulating material to a structural member of the internal combustion engine via the organic material.
詳細には、本発明に係わる内燃機関の断熱構造体は、
複数の多孔質材が連結された断熱材と、
加熱消失性を有し、前記断熱材に含浸される有機材と、
を含み、
前記有機材を介して内燃機関の構造部材に接合されるようにした。
In detail, the heat insulating structure of the internal combustion engine according to the present invention is:
A heat insulating material in which a plurality of porous materials are connected;
An organic material having heat dissipation properties and impregnated in the heat insulating material;
Including
It was made to join to the structural member of the internal combustion engine through the organic material.
このように構成された内燃機関の断熱構造体によれば、断熱構造体の表面に位置する有機材は、内燃機関が発生する熱を受けて消失する。その結果、断熱構造体の表面近傍に位置する断熱材が露出し、断熱機能が働くようになる。 According to the heat insulation structure of the internal combustion engine configured as described above, the organic material located on the surface of the heat insulation structure disappears in response to heat generated by the internal combustion engine. As a result, the heat insulating material located near the surface of the heat insulating structure is exposed, and the heat insulating function is activated.
また、断熱構造体において該断熱構造体の表面から離間した部位、特に構造部材との接合面近傍に位置する有機材は、露出した断熱材の断熱作用により加熱を免れるため、消失することなく残留する。その結果、断熱構造体と構造部材との接合状態が維持される。さらに、断熱材と構造部材との熱膨張差は有機材によって減衰されるため、接合界面の剥離も抑制される。 Further, in the heat insulation structure, the organic material located in the part away from the surface of the heat insulation structure, particularly in the vicinity of the joint surface with the structural member, escapes from the heat due to the heat insulation action of the exposed heat insulation material, and thus remains without disappearing. To do. As a result, the joined state between the heat insulating structure and the structural member is maintained. Furthermore, since the thermal expansion difference between the heat insulating material and the structural member is attenuated by the organic material, peeling of the bonding interface is also suppressed.
したがって、本発明に係わる内燃機関の断熱構造体によれば、断熱構造体と構造部材との接合状態の悪化を抑制しつつ、断熱構造体の厚みを抑えることができる。その結果、本発明の断熱構造体は、薄膜の断熱材が必要な箇所にも適用することができる。 Therefore, according to the heat insulating structure of the internal combustion engine according to the present invention, it is possible to suppress the thickness of the heat insulating structure while suppressing deterioration of the bonding state between the heat insulating structure and the structural member. As a result, the heat insulating structure of the present invention can be applied to a place where a thin film heat insulating material is required.
本発明の有機材としては、断熱材より高い熱伝導率を有する有機材を用いることができる。その場合、断熱構造体の表面において、有機材が均一に消失する。その結果、断熱構造体の表面において、断熱材の露出度合を均一にすることができる。 As the organic material of the present invention, an organic material having a higher thermal conductivity than the heat insulating material can be used. In that case, the organic material disappears uniformly on the surface of the heat insulating structure. As a result, the exposure degree of the heat insulating material can be made uniform on the surface of the heat insulating structure.
本発明において、断熱構造体が接合される構造部材は、樹脂成形材であってもよく、あるいは金属であってもよい。なお、構造部材が金属である場合は、本発明に係わる有機材として、有機系接着剤を用いることもできる。その場合、断熱構造体と金属製の構造部材との接合状態の悪化を抑制しつつ、断熱構造体の厚みを抑えることができる。 In the present invention, the structural member to which the heat insulating structure is joined may be a resin molded material or a metal. When the structural member is a metal, an organic adhesive can be used as the organic material according to the present invention. In that case, the thickness of the heat insulating structure can be suppressed while suppressing the deterioration of the bonding state between the heat insulating structure and the metal structural member.
また、本発明の断熱構造体が接合される構造部材としては、内燃機関の冷却水により冷却される構造部材が望ましい。これは、内燃機関が発生する熱、特に燃料が燃焼した際に発生する熱が冷却水へ放熱されると、冷却損失が大きくなり易いからである。 Moreover, as a structural member to which the heat insulation structure of this invention is joined, the structural member cooled with the cooling water of an internal combustion engine is desirable. This is because if the heat generated by the internal combustion engine, particularly the heat generated when the fuel burns, is radiated to the cooling water, the cooling loss tends to increase.
本発明において、有機材が含浸された断熱材の厚さ(加熱消失した部位を除く部分の厚さ)は、断熱材と金属製の構造部材との熱膨張差を吸収可能な範囲の最小値以上に設定されるようにしてもよい。その場合、断熱構造体の厚さは、断熱構造体と金属製の構造部材との接合状態が悪化しない範囲において可及的に薄くすることができる。 In the present invention, the thickness of the heat insulating material impregnated with the organic material (the thickness of the portion excluding the portion where the heat disappears) is the minimum value within a range in which the difference in thermal expansion between the heat insulating material and the metal structural member can be absorbed. It may be set as described above. In that case, the thickness of the heat insulating structure can be made as thin as possible within a range in which the bonding state between the heat insulating structure and the metal structural member does not deteriorate.
本発明の内燃機関の断熱構造体によれば、断熱構造体と構造部材との接合状態の悪化を抑制しつつ、断熱構造体の厚みを抑えることができる。その結果、本発明の内燃機関の断熱構造体は、薄膜の断熱材が必要な箇所にも適用することができる。 According to the heat insulating structure of the internal combustion engine of the present invention, it is possible to suppress the thickness of the heat insulating structure while suppressing deterioration of the joined state between the heat insulating structure and the structural member. As a result, the heat insulating structure of the internal combustion engine of the present invention can be applied to a place where a thin film heat insulating material is required.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
<実施例1>
先ず、本発明の第1の実施例について図1,2に基づいて説明する。図1は未使用時(新品状態)における断熱構造体の構成を示し、図2は使用時における断熱構造体の構成を示す。なお、本実施例では、樹脂製の構造部材(樹脂成形体)に断熱構造体を適用する場合について述べる。
<Example 1>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the structure of the heat insulation structure when not in use (new state), and FIG. 2 shows the structure of the heat insulation structure when in use. In addition, a present Example describes the case where a heat insulation structure is applied to a resin-made structural member (resin molding).
図1,2において、断熱構造体1は、樹脂製の構造部材2と一体成形されている。断熱構造体1は、複数の多孔質材を耐熱性の高い接合媒体によって連結させた断熱材3と、断熱材3に含浸されるとともに断熱材3を被覆する有機系樹脂4と、から形成されている。なお、断熱材3を形成する多孔質材としてはセラミックなどを用いることができる。有機系樹脂4としては、HやCを主成分とする合成樹脂などを用いることができる。また、構造部材2は、断熱構造体1の有機系樹脂4と同性状の樹脂で形成されてもよく、あるいは有機系樹脂4とは異なる性状の樹脂で形成されてもよい。
1 and 2, the
上記した断熱構造体1は、有機系樹脂4の中に断熱材3を浸した状態で成形される。なお、構造部材2が有機系樹脂4と同性状の樹脂で成形される場合は、樹脂の中に断熱材3
を浸した状態で断熱構造体1および構造部材2を一体成形してもよい。
The above-described
The
このように構成された断熱構造体1が内燃機関に取り付けられると、内燃機関が発生する熱により断熱構造体1の表面が加熱される。その場合、断熱構造体1の表面に位置する有機系樹脂4が焼失することになる。その結果、図2に示すように、断熱構造体1の表面付近に位置する断熱材3が露出する。
When the
図2に示すように、断熱構造体1の表面付近の断熱材3が露出すると、当該断熱構造体1の断熱機能が働くようになる。その結果、構造部材2へ伝わる熱量を減少させることができる。さらに、露出した断熱材3は、断熱構造体1における構造部材2との接合部分(図1,2中の破線を参照)近傍に位置する有機系樹脂4へ伝わる熱量をも減少させる。そのため、前記した接合部分近傍に位置する有機系樹脂4は、消失せずに残留する。その結果、断熱構造体1と構造部材2との接合状態が適切に保たれる。
As shown in FIG. 2, when the heat insulating material 3 near the surface of the
したがって、本実施例によれば、断熱構造体1と構造部材2との接合状態の悪化を抑制しつつ、断熱構造体1の厚みを抑えることができる。そのため、本実施例の断熱構造体1は、薄膜の断熱材が必要な箇所に適用することが可能となる。
Therefore, according to the present Example, the thickness of the
<実施例2>
次に、本発明の第2の実施例について図3,4に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
<Example 2>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
前述した第1の実施例と本実施例との相違点は、断熱構造体が金属製の構造部材に接合される点にある。図3は未使用時における断熱構造体の構成を示し、図4は使用時における断熱構造体の構成を示す。 The difference between the first embodiment described above and this embodiment is that the heat insulating structure is joined to a metal structural member. FIG. 3 shows the structure of the heat insulating structure when not in use, and FIG. 4 shows the structure of the heat insulating structure when in use.
図3,4において、断熱構造体10は、金属製の構造部材20に接合されている。断熱構造体10は、複数の多孔質材を耐熱性の高い接合媒体によって連結させた断熱材3と、断熱材3に含浸された有機系接着剤40と、から形成されている。なお、有機系接着剤40としては、HやCを主成分とする接着剤を用いることができる。その際、有機系接着剤40の成分は、該有機系接着剤40のヤング率が断熱材3のヤング率の100分の1から20分の1の範囲に収まるように定められると好適である。また、断熱構造体10と構造部材20とは、前記した有機系接着剤40により接合されている。
3 and 4, the
上記した断熱構造体10は、断熱材3に有機系接着剤40を含浸させることにより成形される。また、断熱構造体10と構造部材20との接合は、有機系接着剤40が含浸された断熱材3を構造部材20へ固定した状態で前記有機系接着剤40を固化させることにより成される。
The
このように構成された断熱構造体10が内燃機関に取り付けられると、内燃機関が発生する熱により断熱構造体10の表面が加熱される。その場合、断熱構造体10の表面に位置する有機系接着剤40が焼失することになる。その結果、図4に示すように、断熱構造体10の表面付近に位置する断熱材3が露出する。
When the
図4に示すように、断熱構造体10の表面付近の断熱材3が露出すると、当該断熱構造体10の断熱機能が働くようになる。その結果、構造部材20へ伝わる熱量を減少させることができる。さらに、露出した断熱材3は、断熱構造体10における構造部材20との接合部分近傍に位置する有機系接着剤40へ伝わる熱量をも減少させる。そのため、前記した接合部分近傍に位置する有機系接着剤40は、消失せずに残留する。その結果、断熱構造体10と構造部材20との接合状態が適切に保たれる。
As shown in FIG. 4, when the heat insulating material 3 near the surface of the
ところで、断熱構造体10(断熱材3)と構造部材20は、熱膨張率が相異する。よって、断熱構造体10の表面に位置する有機系接着剤40が消失した後において、有機系接着剤40が含浸された部分の厚さ(図4中のt)は、断熱構造体10と構造部材20との熱膨張差を吸収可能な最小の厚さtminに所定のマージンを加算した厚さになることが好ましい。なお、前記した最小の厚さtminは、以下に式によって演算することができる。
By the way, the thermal expansion coefficient of the heat insulation structure 10 (heat insulation material 3) and the
tmin=D*(E2/E1)*(α0−α1)*ΔT
上記の式において、Dは、断熱構造体10と構造部材20との接合面の長さ(図4中のD)である。E1,E2は、断熱材3、有機系接着剤40のそれぞれのヤング率である。α0,α1は、構造部材20、断熱材3のそれぞれの熱膨張率である。ΔTは、接合界面の温度変化量である。
tmin = D * (E 2 / E 1 ) * (α 0 −α 1 ) * ΔT
In said formula, D is the length (D in FIG. 4) of the joint surface of the
前記した最小の厚さtminが求められると、それに消失部分の厚さtbとマージンtmとを加算することにより、新品時における断熱構造体10の適切な厚さを求めることができる。また、断熱材3の材質や有機系接着剤40の性状は、接合面の長さDに対する前記した厚さtの比率が100分の1から10分の1の範囲に収まるように定められてもよい。
When the minimum thickness tmin is obtained, the thickness tb of the disappearing portion and the margin tm are added to the minimum thickness tmin, so that an appropriate thickness of the
このようにして断熱構造体10の厚さが定められると、断熱構造体10と構造部材20との接合状態が悪化しない範囲において、断熱構造体10の厚さを可及的に薄くすることができる。その結果、本実施例における断熱構造体10は、内燃機関の燃焼室を形成するピストン頂面、シリンダヘッドの内壁面、あるいはバルブの弁体などに取り付けることが可能となる。そのような場合は、燃焼室内で燃料が燃焼した際に発生する熱が冷却水へ放熱され難くなるため、内燃機関の冷却損失を少なく抑えることも可能になる。
When the thickness of the
1 断熱構造体
2 構造部材
3 断熱材
4 有機系樹脂
10 断熱構造体
20 構造部材
40 有機系接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (6)
加熱消失性を有し、前記断熱材に含浸される有機材と、
を含み、
前記有機材を介して内燃機関の構造部材に接合される内燃機関の断熱構造体。 A heat insulating material in which a plurality of porous materials are connected;
An organic material having heat dissipation properties and impregnated in the heat insulating material;
Including
The heat insulation structure of the internal combustion engine joined to the structural member of the internal combustion engine through the organic material.
前記有機材は、有機系接着剤である内燃機関の断熱構造体。 In Claim 1 or 2, the structural member is a metal forming material,
The organic material is a heat insulating structure of an internal combustion engine which is an organic adhesive.
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JP2010170094A JP2012031752A (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Heat insulating structure of internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014020300A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Mazda Motor Corp | Heat insulation structure for engine combustion chamber |
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2010
- 2010-07-29 JP JP2010170094A patent/JP2012031752A/en not_active Withdrawn
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