KR20170115966A - 내연 기관 - Google Patents

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KR20170115966A
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internal combustion
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다이조 요시나가
다케오 야마구치
히데오 야마시타
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

(과제) 내연 기관의 냉각 손실의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 고도로 양립하는 내연 기관을 제공한다.
(해결수단) 실린더 보어의 내벽, 실린더 헤드, 밸브 및 피스톤으로 포위되어 있는 연소실과, 상기 연소실 내벽의 적어도 일부에 배치되어 있는 피복층을 구비하고, 상기 피복층의 열전도율은, 실온에서, 상기 실린더 블록, 상기 실린더 헤드, 상기 밸브 및 상기 피스톤의 열전도율보다 낮고, 또한 상기 피복층의 온도 상승에 수반하여 상기 피복층의 열전도율이 가역적으로 상승하고, 또한 상기 피복층의 단위 면적당의 열용량이 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고 4.2 kJ/(㎡·K) 이하인 내연 기관.

Description

내연 기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 연소실 내벽의 적어도 일부에 피복층이 배치되어 있는 내연 기관에 관한 것이다.
내연 기관, 및 내연 기관에 부속되는 기기에 있어서, 열전도를 제어함으로써, 여러 가지 과제를 해결하는 것이 실시되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 열전도율 가변 재료를 사용함으로써, 연료 분사 장치의 결로 및 과열을 방지하는 대처가 개시되어 있다.
또, 내연 기관에 대해서는, 그 고출력화에 수반하여, 가동 중인 내연 기관의 냉각 손실을 저감시키는 것이 더욱 중요해지고 있다. 냉각 손실을 저감시키는 대처의 하나로서, 내연 기관의 연소실 내벽에, 세라믹 재료제의 피복층이 배치된 내연 기관이 개시되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 2 에는, 내연 기관의 연소실 내벽에 알루마이트 피막이 배치되어 있고, 그 알루마이트 피막의 표면에, 추가로 봉공 (封孔) 층이 배치되어 있는 내연 기관이 개시되어 있다. 그리고, 그 봉공층은, 봉공재 외에, 봉공재보다 높은 복사율을 갖는 재료를 함유하고 있는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2 에 개시된 내연 기관에 있어서는, 알루마이트 피막과 봉공층에 의해, 혼합 가스 온도와 연소실의 내벽 온도의 온도차를 작게 하여, 냉각 손실을 저감시킨다.
일본 공개특허공보 2014-222035호 일본 공개특허공보 2015-224362호
알루마이트 피막은, 그 주성분이 알루미나 (Al2O3) 이기 때문에, 열전도율이 낮고, 단열층으로서 기능한다. 또, 봉공층에 의해, 알루미나 피막에 존재하는 공공을 봉지하여, 알루미나 피막의 단열층으로서의 기능이 더욱 높아져 있다. 또한, 봉공층은, 높은 복사율을 갖는 재료를 함유하기 때문에, 연소실 내의 혼합 가스에 복사열이 부여되고, 알루미나 피막의 단열층으로서의 기능이 보다 더 높아져 있다. 이와 같은 단열층이, 연소실의 내벽에 배치되면, 연소실의 내벽이 보온되기 때문에, 내연 기관의 냉각 손실을 저감시킬 수 있다.
한편, 일반적으로, 열전도율이 낮은 재료를 단열층으로서 사용한 경우, 내연 기관 중에서, 혼합 가스의 연소가 종료된 후에도, 한동안 단열층의 온도가 높은 상태가 계속되고, 그로 인해 흡기 효율이 저하되기 쉽고, 노킹도 발생하기 쉽다는 과제를 본 발명자들은 알아냈다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은, 냉각 손실의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 고도로 양립하는 내연 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭하여, 본 발명을 완성시켰다. 그 요지는 다음과 같다.
<1> 실린더 블록과,
상기 실린더 블록의 실린더 보어의 일방의 단부측에 배치되어 있는 실린더 헤드와,
상기 실린더 헤드에 배치되어 있는 밸브와,
상기 실린더 보어에 배치되어 있는 피스톤과,
적어도, 상기 실린더 보어의 내벽, 상기 실린더 헤드, 상기 밸브 및 상기 피스톤으로 포위되어 있는 연소실과,
상기 연소실 내벽의 적어도 일부에 배치되어 있는 피복층을 구비하고,
상기 피복층의 열전도율은, 실온에서, 상기 실린더 블록, 상기 실린더 헤드, 상기 밸브 및 상기 피스톤의 열전도율보다 낮고, 또한 상기 피복층의 온도 상승에 수반하여 상기 피복층의 열전도율이 가역적으로 상승하고, 또한,
상기 피복층의 단위 면적당의 열용량이 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고 4.2 kJ/(㎡·K) 이하인 내연 기관.
<2> 상기 피복층이 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하는 합금을 함유하는 <1> 항에 기재된 내연 기관.
<3> 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하는 상기 합금이 Al-Cu-Fe 계 합금인 <2> 항에 기재된 내연 기관.
<4> 상기 Al-Cu-Fe 계 합금은 20 ∼ 28 원자％ 의 Cu 및 10 ∼ 14 원자％ 의 Fe 를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물인 <3> 항에 기재된 내연 기관.
<5> 상기 실린더 블록, 상기 실린더 헤드 및 상기 피스톤의 적어도 어느 것이 알루미늄 합금으로 이루어져 있는 <1> ∼ <4> 항 중 어느 1 항에 기재된 내연 기관.
본 발명에 의하면, 냉각 손실의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 고도로 양립하는 내연 기관을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 내연 기관의 연소실 부근의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 피복층의 단위 면적당의 열용량에 대하여, 크랭크각 (ATDC) 과 Tg 및 Tw 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 피복층의 단위 면적당의 열용량과 BSFC 의 개선율 (％) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 관련된 내연 기관의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
내연 기관의 연소실은, 실린더 보어의 내벽, 실린더 헤드, 밸브 및 피스톤 등으로 포위되어 있는 공간이다. 이 공간의 내벽의 표면 온도 (이하,「연소실 내벽의 표면 온도」라고 하는 경우가 있다.) 와, 연소실 내의 혼합 가스 온도 (이하,「혼합 가스 온도」라고 하는 경우가 있다.) 의 차가 작으면, 냉각 손실이 작아지고, 내연 기관의 연비가 향상된다. 이하, 냉각 손실과 내연 기관의 연비의 관계를 설명한다.
냉각 손실은, 연소실 내의 혼합 가스가 연소하기 시작하고 나서, 연소실 내벽의 표면 온도가 최대가 될 때까지, 주로 고려된다. 그리고, 냉각 손실은, 다음의 (1) 식으로 나타낸다. (1) 식에 있어서, Qc 는 냉각 손실, hgw 는 혼합 가스와 연소실의 내벽 사이의 열전달률, A 는 연소실 내벽의 표면적, Tg 는 혼합 가스 온도, Tw 는 연소실 내벽의 표면 온도이다.
또한, (1) 식에서, 연소실의 내벽에 피복층이 배치되어 있는 경우에 대해서는, hgw 는 혼합 가스와 피복층 사이의 열전달률, A 는 피복층의 표면적, Tw 는 피복층의 표면 온도이다.
Figure pat00001
내연 기관의 연비는, 냉각 손실 Qc 에 반비례한다. 따라서, 내연 기관의 연비를 향상시키기 위해서는, 냉각 손실 Qc 를 향상시킨다.
피복층을 갖는 내연 기관의 hgw 와 피복층을 갖지 않는 내연 기관의 hgw 는, 실질적으로 동일하다고 생각해도 된다. 또, 피복층을 갖는 내연 기관의 A 와 피복층을 갖지 않는 내연 기관의 A 는, 실질적으로 동일하다고 생각해도 된다. 따라서, 냉각 손실 Qc 를 향상시키기 위해서는, (1) 식에 있어서, (Tg － Tw) 를 작게 하는 것이 유효하다.
연소실을 구성하고 있는 재료의 상당수는, 통상적인 금속 재료이다. 「통상적인 금속 재료」는, 적어도 일부에 준결정 구조를 갖는 금속 또는 합금 이외의 금속 재료를 의미한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한,「금속 재료」는 통상적인 금속 재료를 의미한다. 금속 재료의 열전도율은 일반적으로 높다. 따라서, 피복층을 갖지 않는 내연 기관의 경우에는, 연소실 내벽의 열전도율은 높다. 연소실 내의 혼합 가스가 연소하기 시작했을 때, 연소실 내벽의 열전도율이 높으면, 혼합 가스의 연소열이, 연소실을 구성하고 있는 재료에 빼앗기기 쉽기 때문에, Tw 는 상승하기 어렵다. 그 결과, (Tg － Tw) 는 커지기 때문에, 냉각 손실 Qc 가 커진다.
냉각 손실 Qc 를 저감시키기 위하여, 종래의 내연 기관에서는, 연소실의 표면에, 세라믹 재료제의 피복층이 배치되는 경우가 있었다. 세라믹 재료의 열전도율은, 금속 재료의 열전도율보다 일반적으로 낮다. 연소실 내에서 혼합 가스가 연소하기 시작했을 때, 피복층의 열전도율이 낮으면, 피복층 내에서, 연소실측으로부터 연소실의 반대측으로 열이 전달되기 어렵기 때문에, 피복층의 연소실측의 표면에 열이 머무르기 쉽다. 그 결과, Tw 는 상승하기 쉽고, (Tg － Tw) 는 작아지기 때문에, 냉각 손실 Qc 는 작아진다.
그 한편, 피복층의 열전도율이 낮은 것에 의해, 일단 상승한 Tw 는 저하되기 어렵다. 그 결과, 연소실에 공기가 도입 (흡기) 될 때, 공기가 피복층의 표면으로부터 열을 수취하기 때문에, 흡기 효율이 저하되고, 노킹도 발생하기 쉽다. 그 결과, 연비가 저하된다.
그래서, 냉각 손실 Qc 의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 양립하여, 연비를 향상시키기 위해서는, 온도 상승에 수반하여, 열전도율이 가역적으로 상승하는 재료로 이루어진 피복층을 연소실의 내벽에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 즉, Tw 의 상승에 수반하여, 열전도율이 가역적으로 상승하는 재료로 이루어진 피복층을 연소실의 내벽에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 그리고, 이와 같은 재료로는, 준결정 합금 또는 금속 유리 등을 들 수 있다. 준결정이란, 비정질 (아모르퍼스) 도 아니고, 결정질도 아닌 재료 조직을 말한다. 즉, 준결정이란, 장거리 질서는 갖고 있지만, 병진 대칭성은 없는 재료 조직을 말한다.
그러나, 이와 같은 재료로 이루어진 피복층이 연소실의 내벽에 배치되어, 피복층의 열전도율이 변화되는 것만으로는, 냉각 손실 Qc 의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 양립할 수 없는 것을, 본 발명자들은 지견하였다. 그리고, 피복층의 열전도율이 변화되는 것에 더하여, 피복층의 단위 면적당의 열용량이 소정의 범위일 때, 냉각 손실 Qc 의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 양립할 수 있는 것을, 본 발명자들은 지견하였다.
이들 지견에 기초하는, 본 발명의 내연 기관의 구성을 다음에 설명한다. 도 1 은, 본 발명에 관련된 내연 기관의 연소실 부근의 일례를 나타내는 종단면도이다. 이하, 본 발명의 내연 기관을, 구성 요소별로 설명한다.
(실린더 블록)
본 발명의 내연 기관 (100) 은, 실린더 블록 (10) 을 구비한다. 실린더 블록 (10) 은, 금속 재료제가 일반적이다. 금속 재료로는, 예를 들어, 편상 (片狀) 흑연 주철, 구상 흑연 주철 및 알루미늄 합금 등을 들 수 있다.
실린더 블록 (10) 에는, 실린더 보어 (13) 가 형성되어 있다. 도 1 에는, 1 개의 실린더 보어 (13) 가 나타나 있지만, 실린더 보어 (13) 의 수에 제한은 없다. 실린더 블록 (10) 에 복수의 실린더 보어 (13) 가 형성되어 있는 경우에는, 개개의 실린더 보어 (13) 의 주변의 구조는, 도 1 과 동일한 것이 일반적이다. 그러나, 적어도 1 개의 실린더 보어 (13) 의 주변의 구조가, 본 발명의 구성 요소를 구비하고 있으면 된다.
도 1 에 나타나 있지는 않지만, 실린더 블록 (10) 에는, 냉각 회로가 구비되어 있어도 된다. 냉각 회로가 구비되어 있는 경우, 냉각 회로는, 실린더 보어 (13) 로부터 떨어진 위치에 배치되어 있다. 냉각 회로에 의해, 실린더 블록 (10) 의 과열이 방지된다. 이것에 의해, 실린더 블록 (10) 에, 편상 흑연 주철, 구상 흑연 주철 및 알루미늄 합금 등의, 특별히 내열성을 갖지 않는 재료를 사용할 수 있다. 그 반면, 후술하는 피복층 (15) 이 배치되지 않으면, Tw 가 지나치게 낮아지기 때문에, 냉각 손실 Qc 가 커진다. 이 관점에서도, 피복층 (15) 이 배치된다.
(실린더 헤드)
실린더 보어 (13) 의 일방의 단부측에는, 실린더 헤드 (20) 가 배치되어 있다. 실린더 보어 (13) 의 타방의 단부측에는, 크랭크 샤프트 (도시하지 않음) 가 배치되어 있다.
실린더 헤드 (20) 는, 금속 재료제가 일반적이다. 금속 재료로는, 예를 들어, 편상 흑연 주철, 구상 흑연 주철 및 알루미늄 합금 등을 들 수 있다.
실린더 헤드 (20) 에는, 흡기로 (22) 와 배기로 (23) 가 형성되어 있다. 도 1 에는, 1 개의 실린더 보어 (13) 에 대하여, 1 개의 흡기로 (22) 와 1 개의 배기로 (23) 가 나타나 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 1 개의 실린더 보어 (13) 에 대하여, 2 개의 흡기로 (22) 와 2 개의 배기로 (23) 가 형성되어 있어도 된다.
도 1 에는 나타나 있지 않지만, 실린더 헤드 (20) 에는, 냉각 회로가 구비되어 있어도 된다. 냉각 회로가 구비되어 있는 경우, 냉각 회로는, 흡기로 (22) 또는 배기로 (23) 로부터 떨어진 위치에 배치되어 있다. 냉각 회로에 의해, 실린더 헤드 (20) 의 과열이 방지된다. 이것에 의해, 실린더 헤드 (20) 에, 편상 흑연 주철, 구상 흑연 주철 및 알루미늄 합금 등의, 특별히 내열성을 갖지 않는 재료를 사용할 수 있다. 그 반면, 후술하는 피복층 (15) 이 배치되지 않으면, Tw 가 지나치게 낮아지기 때문에, 냉각 손실 Qc 가 커진다. 이 관점에서도, 피복층 (15) 이 배치된다.
(밸브)
실린더 헤드 (20) 에는, 밸브 (24) 가 배치되어 있다. 밸브 (24) 에 의해, 내연 기관 (100) 의 흡기와 배기가 전환된다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 1 개의 흡기로 (22) 에 대하여, 1 개의 밸브 (24) 가 배치되어 있다. 동일하게, 1 개의 배기로 (23) 에 대하여, 1 개의 밸브 (24) 가 배치되어 있다.
밸브 (24) 에는, 냉각 회로가 구비되어 있는 것이 적다. 그 때문에, 밸브 (24) 는, 티탄 합금 등의 내열 재료로 이루어져 있는 것이 많다. 이들 내열 재료는 금속 재료이기 때문에, 세라믹 재료 등과 비교하여, 일반적으로 열전도율이 높다. 그 때문에, 밸브 (24) 의 연소실 (14) 에 접하는 면이, 혼합 가스로부터 열을 수취하면, 그 열은, 밸브 (24) 의 연소실 (14) 의 반대측으로 전달되기 쉽다. 따라서, 이 열은, 밸브 (24) 의 연소실 (14) 측의 표면에 머무르기 어렵다. 이러한 점에서, 밸브 (24) 에 있어서, Tw 는 상승하기 어렵기 때문에, (Tg － Tw) 가 작아지지 않고, 그 결과, 냉각 손실 Qc 가 저감되기 어렵다. 그 때문에, 후술하는 피복층 (15) 이 배치되어, Tw 가 상승하기 어려운 것을 회피한다.
(피스톤)
실린더 블록 (10) 의 실린더 보어 (13) 에는, 피스톤 (30) 이 배치된다. 피스톤 (30) 은, 실린더 보어 (13) 내를, 실린더 보어 (13) 의 축 방향으로 슬라이딩한다. 피스톤 (30) 이 슬라이딩함으로써, 피스톤 (30) 이 실린더 보어 (13) 의 내벽에 눌러붙는 것을 방지하기 위하여, 피스톤 (30) 에는 윤활유가 분사된다.
이 윤활유의 분사에 의해, 피스톤 (30) 의 과열이 방지된다. 이것에 의해, 피스톤 (30) 에는, 알루미늄 합금 등의, 특별히 내열성을 갖지 않는 재료를 사용할 수 있다. 그 반면, 후술하는 피복층 (15) 이 연소실 (14) 에 접하는 면에 배치되어 있지 않으면, Tw 가 지나치게 낮아지기 때문에, 냉각 손실 Qc 가 커진다. 이 관점에서도, 피복층 (15) 이 배치된다.
(연소실)
내연 기관 (100) 에는, 연소실 (14) 이 형성되어 있다. 연소실 (14) 은, 적어도 실린더 보어 (13) 의 내벽, 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 으로 포위됨으로써 형성된다. 실린더 보어 (13) 의 내벽, 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 에 더하여, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분으로 포위됨으로써, 연소실 (14) 이 형성되어도 된다. 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분으로는, 예를 들어, 연료 분사 장치의 일부분을 들 수 있다.
연소실 (14) 의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 반구형 및 펜트 루프형 등을 들 수 있다. 또, 연료 분사 방법도 특별히 제한되지 않고, 직접 분사식 및 부실식 (副室式) 등을 들 수 있다.
(피복층)
연소실 (14) 내벽의 적어도 일부에는, 피복층 (15) 이 배치되어 있다. 도 1 에 나타낸 실시형태에 있어서는, 연소실 (14) 의 내벽 전부에 피복층 (15) 이 배치되어 있다. 즉, 피복층 (15) 은, 실린더 보어 (13) 의 내벽, 피스톤 (30) 의 연소실 (14) 측 (피스톤 (30) 의 정상면), 그리고 실린더 헤드 (20) 및 밸브 (24) 의 연소실 (14) 측에 배치되어 있다. 그러나, 피복층 (15) 의 배치는, 이것에 한정되지 않는다.
일례로서, 도 1 에 나타낸 실시형태에 있어서, 밸브 (24) 에 배치되어 있는 피복층 (15) 을 생략하는 것을 들 수 있다. 밸브 (24) 는, 실린더 블록 (10) 및 실린더 헤드 (20) 와 같이, 냉각 회로를 구비하는 것이 적다. 밸브 (24) 에 피복층 (15) 이 배치되는 것이 생략되어도, Tw 가 과도하게 저하되지 않고, 그 결과, (Tg － Tw) 가 커지지 않고, 냉각 손실 Qc 가 커지지 않는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 밸브 (24) 에 피복층 (15) 이 배치되는 것을 생략할 수 있다.
다른 예로서, 도 1 에 나타낸 실시형태에 있어서, 피스톤 (30) 에 배치되어 있는 피복층 (15) 을 생략하는 것을 들 수 있다. 피스톤 (30) 은, 윤활유에 의해 냉각된다. 그러나, 냉각능이 작은 윤활유가 사용됨으로써, 피스톤 (30) 에 피복층 (15) 이 배치되는 것이 생략되어도, Tw 가 과도하게 저하되지 않고, 그 결과, (Tg － Tw) 가 커지지 않고, 냉각 손실 Qc 가 커지지 않는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 피스톤 (30) 에 피복층 (15) 이 배치되는 것을 생략할 수 있다.
또한, 실린더 보어 (13) 의 내벽, 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 에 더하여, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분으로 포위됨으로써, 연소실 (14) 이 형성되어 있는 경우에는, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분에 피복층 (15) 이 배치되어도 된다.
(피복층의 열전도율)
본 발명에 관련된 내연 기관 (100) 의 피복층 (15) 의 열전도율은, 실온에서, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 열전도율보다 낮고, 또한 피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여, 피복층 (15) 의 열전도율은 가역적으로 상승한다. 상기 서술한 바와 같이, 이와 같은 열전도율을 갖는 재료로는, 준결정 합금, 금속 지르코늄 유리 및 이산화바나듐 등을 들 수 있다. 또한, 준결정 합금에 대해서는, 그 합금 구조 전부가 준결정 구조가 아니어도 되고, 그 합금 구조의 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하고 있으면 된다.
상기 서술한 바와 같이, 실린더 보어 (13) 의 내벽, 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 에 더하여, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분으로 포위됨으로써, 연소실 (14) 이 형성되고, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분에 피복층 (15) 이 배치되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 피복층 (15) 의 열전도율은, 실온에서, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분의 열전도율보다 낮고, 또한 피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여, 피복층 (15) 의 열전도율이 가역적으로 상승한다.
실온이란, 25 ℃ 를 말한다. 또, 피복층 (15) 의 온도 상승이란, 적어도 800 ℃ 까지의 상승을 말한다. 피복층 (15) 의 온도 상승의 상한은, 피복층 (15) 의 내열성에 따라 상이하다. 피복층 (15) 의 온도 상승의 상한은, 1000 ℃ 인 것이 바람직하고, 1100 ℃ 인 것이 보다 바람직하다. 피복층 (15) 의 온도의 상한이 이와 같은 온도 이하이면, 피복층 (15) 이 변질되는 경우, 및/또는 피복층 (15) 이 실린더 블록 (10) 등으로부터 박리되는 경우는 없다.
피복층 (15) 의 실온에서의 열전도율이, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 열전도율보다 낮으면, 실온에서 내연 기관 (100) 을 시동했을 때, 피복층 (15) 은 실린더 블록 (10) 등으로부터 열이 빼앗기기 어렵다. 그 때문에, Tw 의 저하를 억제하여, (Tg － Tw) 를 작게 하고, 그 결과, 냉각 손실 Qc 를 작게 한다.
피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여, 피복층 (15) 의 열전도율이 상승하기 때문에, 난기 (暖機) 가 종료된 후의 내연 기관 (100) (이하,「가동 중인 내연 기관 (100)」이라고 하는 경우가 있다.) 에 있어서의 피복층 (15) 의 열전도율은, 실온시에 있어서의 피복층 (15) 의 열전도율보다 높다.
가동 중인 내연 기관 (100) 에 있어서, 흡기, 압축, 팽창 및 배기의 1 사이클 내에서, 피복층 (15) 의 온도는, 적어도 100 ∼ 800 ℃ 의 범위에서 변화된다. 이 온도 범위 내에서도, 피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여, 피복층 (15) 의 열전도율은 가역적으로 상승한다. 즉, 가동 중인 내연 기관 (100) 에 있어서, Tw 가 낮을 때 피복층 (15) 의 열전도율은 낮고, Tw 가 높을 때 피복층 (15) 의 열전도율은 높다.
가동 중인 내연 기관 (100) 의 피복층 (15) 내에서는, 연소실 (14) 측으로부터 연소실 (14) 의 반대측 (실린더 블록 (10) 등의 측) 을 향하여 열이 전달되고 있다 (이하, 이 열이 전달되는 방향을「전열 방향」이라고 하는 경우가 있다.). 열전도율은, 전열 방향에 대한 열의 전달 용이성을 나타내는 값이다.
가동 중인 내연 기관 (100) 에서, 연소실 중의 혼합 가스가 연소하기 시작했을 때, Tw 는 낮기 때문에, 피복층 (15) 의 열전도율은 낮다. 따라서, 피복층 (15) 내에서, 전열 방향으로 열이 전달되기 어렵고, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측으로부터 수취된 열은, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측의 표면 부근에 머무르기 쉽다. 그 결과, Tw 는 상승하기 쉽지만, Tw 의 상승은, 피복층 (15) 의 열전도율에 더하여, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 영향도 받는다.
한편, 가동 중인 내연 기관 (100) 에서, 피복층 (15) 이 혼합 가스로부터 충분히 열을 수취했을 때, Tw 는 높기 때문에, 피복층 (15) 의 열전도율은 크다. 따라서, 피복층 (15) 내에서, 전열 방향으로 열이 전달되기 쉽고, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측으로부터 수취된 열은, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 의 반대측 (실린더 블록 (10) 등의 측) 으로 전달되기 쉽다. 그 결과, Tw 는 저하되기 쉽지만, Tw 의 저하는, 피복층 (15) 의 열전도율에 더하여, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 영향도 받는다.
(피복층의 단위 면적당의 열용량)
이와 같이, Tw 의 상승 및 저하의 어느 경우에도, Tw 는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 영향을 받는다. 피복층 (15) 의 단위 면적당 열용량이 소정의 범위이면, 냉각 손실 Qc 의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 고도로 양립할 수 있다.
피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량에 대해서는, CAE (Computer Aided Engineering) 로 해석하여, 그 적정 범위를 검토하였다. 해석 방법으로는, 도 1 에 나타낸 내연 기관 (100) 을 유한 요소 모델화하고, 그 모델을 사용하여, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량을 변화시켰을 때의 혼합 가스의 온도 (Tg), 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측의 표면 온도 (Tw) 및 BSFC 를 산출하였다.
BSFC (Brake Specific Fuel Consumption) 는, 1 ㎾ 의 출력을 1 시간에 걸쳐서 유지하는 데에 소비되는 연료의 질량으로 정의된다. 냉각 손실 Qc 의 저감과, 흡기 효율 저하의 억제 및 노킹 발생의 억제를 고도로 양립할 수 있었을 때, BSFC 가 특히 향상된다.
도 1 은, 피복층 (15) 의 존재를 판별할 수 있도록, 피복층 (15) 의 두께를 과장하여 나타내고 있다. 그러나, 실제로는, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 에 대하여, 피복층 (15) 은 매우 얇다. 따라서, 내연 기관 (100) 을 유한 요소 모델화할 때에는, 피복층 (15) 의 얇기를 반영시켜, 피복층 (15) 에 상당하는 요소를 정의하는 것은 어렵다.
그래서, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24), 피스톤 (30) 및 연소실 (14) 을 요소로 분할 (메시 분할) 한 후, 피복층 (15) 을 다음의 순서에 따라 정의하였다. 먼저, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 요소와, 연소실 (14) 의 요소가, 서로 인접하는 요소를 추출하였다. 그리고, 그들 추출된 요소 중, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 요소를 피복층 (15) 의 요소라고 정의한다.
이와 같이 하여 정의한 피복층 (15) 의 요소에, 경계 조건으로서, 1.8 W/(m·K) 의 열전도율과, 0.6 ∼ 4.2 kJ/(㎡·K) 사이에서 변화시킨 단위 면적당의 열용량을 부여하고, 해석을 실시하였다. 이 열전도율은, Al63Cu24.5Fe12.5 합금의 실온에서의 열전도율에 상당한다. Al63Cu24.5Fe12.5 합금에 대해서는 후술한다.
해석시에는, 소프트웨어 (솔버) 로서, 감마 테크놀로지즈사의 GTPOWER (등록상표) 를 사용하였다. 또한, 소프트웨어의 형편상, 흡기, 압축, 팽창 및 배기의 1 사이클로, 열전도율을 변화시켜 해석할 수 없기 때문에, 피복층 (15) 의 열전도율은, 1.8 W/(m·K) 로 일정하게 하였다.
한편, 실린더 블록 (10) 등의 요소와 연소실 (14) 의 요소가 서로 인접하는 요소에, 경계 조건으로서, 실린더 블록 (10) 등의 열전도율과, 0 kJ/(㎡·K) 의 단위 면적당의 열용량을 부여하고, 피복층 (15) 을 갖지 않는 내연 기관에 대한 해석을 실시하였다. 또한, 실린더 블록 (10) 등이란, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 을 말한다.
해석 결과를 도 2 및 도 3 에 나타낸다. 또, 도 3 의 결과를 표 1 에 정리하였다.
Figure pat00002
도 2 는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량에 대하여, 크랭크각 (ATDC) 과 Tg 및 Tw 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 크랭크각 (ATDC : After Top Dead Center) 은, 상사점을 0 도로 했을 때의 크랭크 샤프트의 회전각 (작용각) 이다. 도 2 에 있어서, 크랭크각이 －360 ∼ －180 도일 때에는 흡기를 나타내고, 크랭크각이 ―180 ∼ 0 도일 때에는 압축을 나타내고, 크랭크각이 0 ∼ 180 도일 때에는 팽창을 나타내고, 그리고 크랭크각이 180 ∼ 360 도일 때에는 배기를 나타낸다.
도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 피복층을 갖지 않는 내연 기관에 대해서는, 팽창시에 Tg 가 상승해도 Tw 의 상승은 적다. 즉, (Tg － Tw) 가 크다.
한편, 본 발명의 내연 기관 (100) 에 대해서는, 연소실 (14) 의 내벽에 피복층 (15) 이 배치되어 있기 때문에, Tg 의 상승에 Tw 가 추종하고 있고, (Tg － Tw) 가 작다.
도 2 에서, 피복층을 갖지 않는 내연 기관과 비교하여, 본 발명의 내연 기관 (100) 에 있어서는, 팽창 초기, 즉 혼합 가스가 연소하기 시작하여, Tg 가 상승하기 시작했을 때, 피복층 (15) 에 의해, Tw 가 급격하게 상승한다. 이 이유는, 다음과 같다고 생각된다. 피복층 (15) 의 열전도율은, 1.8 W/(m·K) 로 낮기 때문에, 피복층 (15) 내에서, 연소실 (14) 측으로부터 연소실 (14) 반대측으로 열이 전달되기 어렵다. 그것에 의해, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측의 표면 부근에 열이 머무르기 쉽기 때문에, Tw 가 급격하게 상승한다.
또, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, Tw 의 최대값이 높다. 이것은, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, 일단 상승한 Tw 가 저하되는 데에 시간을 필요로 하고, Tw 가 저하될 때까지의 시간에, 피복층 (15) 이, 추가로 연소실로부터 열을 수취하기 때문이다.
한편, 도 2 에 있어서, Tg 가 최대값이 된 후, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, Tw 가 저하되는 데에 시간을 필요로 하고 있다. 그 때문에, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, 흡기시의 Tw 가 높다. 그러면, 연소실 (14) 에 공기가 도입 (흡기) 될 때, 공기가 피복층 (15) 으로부터 열을 수취하기 때문에, 흡기 효율이 저하되고, 노킹도 발생하기 쉽다. 이러한 점에서, 피복층 (15) 의 열용량이 클수록, 흡기 효율이 저하되고, 노킹도 발생하기 쉽다.
도 3 은, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량과, BSFC 의 개선율 (％) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, BSFC 의 개선율 (％) 은, 피복층 (15) 을 갖고 있지 않은 내연 기관의 BSFC 의 값에 대하여, 피복층 (15) 을 갖고 있는 내연 기관 (100) 의 BSFC 가 개선된 비율 (백분율) 이다.
도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 0 kJ/(㎡·K) 을 조금이라도 초과한, 즉 피복층 (15) 이 배치되어 있으면, BSCF 는 개선된다. 그리고, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 1.0 ∼ 2.0 kJ/(㎡·K) 사이에서, BSFC 의 개선율은 최대가 된다. BSFC 의 개선율 (％) 이 최대가 된 후에 대해서는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 증가에 수반하여, BSFC 의 개선율 (％) 이 저하된다.
상기 서술한 바와 같이, 피복층 (15) 의 열전도율이 낮은 것에 의해, 피복층 (15) 의 연소실 (14) 측에 열이 머무르기 때문에, Tw 는 급격하게 상승하여 최고값이 된다. 그 결과, (Tg － Tw) 는 작아지고, 냉각 손실 Qc 는 저감된다. 그리고, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, Tw 가 급격하게 상승할 때에, 일단 상승한 Tw 가 저하되기 어렵기 때문에, Tw 의 최고값은 높아진다.
한편, Tw 가 최고값이 된 후에는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, 최고값이 된 Tw 가 저하되기 어렵다. 즉, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 클수록, 흡기시의 Tw 가 높아진다.
이와 같이, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 커지면, 냉각 손실 Qc 는 개선되는 한편, 흡기 효율은 열화된다는 상반 관계가 발생한다.
그러나, 도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이, 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고, 어느 상한값까지, BSFC 는 개선되어 있다 (BSFC 의 개선율 (％) 이 0 ％ 를 초과하고 있다). 이것은, 다음의 이유에 의한 것이라고 생각된다.
Tw 가 최고값이 될 때까지에 대해서는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 커져도, 흡기 효율의 열화가 확대되는 것 이상으로, 냉각 손실 Qc 의 개선이 확대된다.
한편, Tw 가 최고값으로부터 저하되기 시작한 후에 대해서는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 과잉으로 커지지 않으면, 냉각 손실 Qc 의 개선분 전부를, 흡기 효율의 열화로 상쇄하는 일은 없다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 4.2 kJ/(㎡·K) 인 경우까지 밖에, 해석은 실시되고 있지 않다. 따라서, 냉각 손실 Qc 의 개선분 전부를, 흡기 효율의 열화로 상쇄하는, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량은 불분명하다. 그러나, 도 3 에 있어서, 적어도 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이, 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고 4.2 kJ/(㎡·K) 이하이면, BSFC 는 개선되어 있다 (BSFC 의 개선율 (％) 이 0 ％ 를 초과하고 있다).
해석에 있어서는, 피복층 (15) 의 열전도율을 1.8 W/(m·K) 의 일정값으로 설정하고 있다. 이에 대하여, 실기 (實機) 에 있어서는, 피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여 피복층 (15) 의 열전도율이 가역적으로 상승한다. 따라서, 도 3 에 나타낸 BSFC 의 개선율 (％) 과 실기의 BSCF 의 개선율 (％) 은 상이하다.
그러나, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 0 kJ/(㎡·K) 을 조금이라도 초과하고 있는, 즉 피복층 (15) 이 배치되어 있으면, BSCF 는 개선된다는 것은, 실기가 되어도 동일하다고 생각된다. 이것은, 실기에 있어서, 피복층 (15) 의 열전도율은, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 열전도율보다 낮기 때문에, 피복층 (15) 이 매우 얇은 경우라도, 피복층 (15) 은 단열층으로서 기능하여, Tw 의 상승에 기여하기 때문이다. 또한, 피복층 (15) 이 매우 얇은 경우란, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 매우 작은 경우이다.
도 3 에 있어서 (해석에 있어서), 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 0.6 kJ/(㎡·K) 일 때, BSFC 는 개선되어 있기 때문에, 본 발명에 관련된 내연 기관 (100) 의 피복층 (15) 의 열전도율이 0.6 kJ/(㎡·K) 이면, 본 발명의 효과를 나타낸다. 이것은, 피복층 (15) 의 열전도율이 0 kJ/(㎡·K) 보다 조금이라도 높으면, 본 발명의 효과를 나타내기 때문이다.
한편, 도 3 에 있어서 (해석에 있어서), 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량이 4.2 kJ/(㎡·K) 일 때, BSFC 는 개선되어 있다. 그리고, 해석에 있어서는, 피복층 (15) 의 열전도율을 1.8 W/(m·K) 의 일정값으로 설정하고 있는 것에 대하여, 실기에 있어서는, 피복층 (15) 의 온도 상승에 수반하여, 피복층 (15) 의 열전도율이 가역적으로 상승한다. 그러면, 실기에 있어서는, 해석보다, 피복층 (15) 의 열전도율의 상승분만큼, 흡기 효율이 더욱 향상되고 있다. 따라서, 실기의 BSFC 의 개선율은, 도 3 에서 나타낸 BSFC 의 개선율 (％) 보다 높다. 따라서, 본 발명에 관련된 내연 기관 (100) 의 피복층 (15) 의 열전도율이 4.2 kJ/(㎡·K) 이면, 본 발명의 효과를 나타낸다.
이러한 점으로부터, 본 발명의 내연 기관의 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량은, 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고 4.2 kJ/(㎡·K) 이하이다. 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 하한은, 0.6 kJ/(㎡·K) 이어도 된다. 또, 피복층 (15) 의 단위 면적당의 열용량의 상한은, 2.8 kJ/(㎡·K) 이어도 된다.
(피복층의 재질)
피복층 (15) 의 재질에 대해서는, 피복층 (15) 이, 지금까지 설명해 온 요건을 만족하면, 특별히 제한은 없다. 피복층 (15) 의 재질로는, 상기 서술한 바와 같이, 준결정 합금, 금속 지르코늄 유리 및 이산화바나듐 등, 그리고 이것들의 조합을 들 수 있다. 또한, 준결정 합금에는, 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하는 합금을 포함한다.
피복층 (15) 에는, 준결정 합금, 금속 지르코늄 유리 및 이산화바나듐 외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 다른 재료를 함유해도 된다. 다른 재료로는, 금속 재료, 산화물, 황화물 및 질화물 등을 들 수 있다.
준결정 합금으로는, Al-Cu-Fe 계 합금, Al-Pd-Re 계 합금 및 Al-Pd-Mn 계 합금 등을 들 수 있다. 이것들 중, Al-Cu-Fe 계 합금이 대표적이다.
Al-Cu-Fe 계 합금의 조성은, Al-Cu-Fe 계 합금 중의 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하고 있으면, 특별히 제한되지 않는다. 또, Al-Cu-Fe 계 합금에는, 특정한 특성을 개선하기 위하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, Al, Cu 및 Fe 이외의 원소를 함유해도 된다. 이들 원소로는, 예를 들어, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt 및 Au 등을 들 수 있다.
준결정 구조의 안정성의 관점에서, Al-Cu-Fe 계 합금은, 20 ∼ 28 원자％ 의 Cu 및 10 ∼ 14 원자％ 의 Fe 를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물인 것이 바람직하다. 이 경우, Al-Cu-Fe 계 합금의 전체를 100 질량％ 로 했을 때, 불가피적 불순물의 함유량에 대해서는, 3 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 1 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.5 질량％ 인 것이 보다 더 바람직하다. 이와 같은 Al-Cu-Fe 계 합금으로서, 예를 들어, Al63Cu24.5Fe12.5 합금을 들 수 있다. Al63Cu24.5Fe12.5 합금의 열전도율은, 실온에서 1.8 W/(m·K) 이고, 500 ℃ 에서 4.5 W/(m·K) 이다. 그리고, Al63Cu24.5Fe12.5 합금의 열전도율은, 실온 ∼ 500 ℃ 사이에서 직선적으로 상승한다.
Al-Cu-Fe 계 합금은, Al 을 주체로 한 합금이다. 따라서, 피복층 (15) 을 Al-Cu-Fe 계 합금으로 했을 때에는, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20) 및 피스톤 (30) 도 알루미늄 합금으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 피복층 (15) 과 실린더 블록 (10) 등의 열팽창률이 가까워지고, 피복층 (15) 이 박리되기 어려워진다. 또한, 실린더 블록 (10) 등이란, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20) 및 피스톤 (30) 을 의미한다.
실린더 블록 (10) 에 사용되는 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 주조용 또는 다이 캐스트용 알루미늄 합금을 들 수 있다. 실린더 블록 (10) 에 사용되는, 주조용 또는 다이 캐스트용 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 일본 공업 규격 (JIS) 에서, AC4B, AC4C 및 AC4D, 그리고, ADC10 및 ADC12 등을 들 수 있다.
실린더 헤드 (20) 에 사용되는 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 주조용 알루미늄 합금을 들 수 있다. 실린더 헤드 (20) 에 사용되는, 주조용 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 일본 공업 규격 (JIS) 에서, AC2A, AC2B 및 AC4B 등을 들 수 있다.
피스톤 (30) 에 사용되는 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 주조용 알루미늄 합금을 들 수 있다. 피스톤 (30) 에 사용되는, 주조용 알루미늄 합금으로는, 예를 들어, 일본 공업 규격 (JIS) 에서, AC8A, AC8B 및 AC8C, 그리고, AC9A 및 AC9B 등을 들 수 있다.
(본 발명의 내연 기관의 제조 방법)
본 발명의 내연 기관 (100) 의 제조 방법에 대해서는, 연소실 (14) 의 내벽에 피복층 (15) 을 배치하는 것 이외에, 통상적인 내연 기관 (100) 의 제조 방법과 동일하다.
연소실 (14) 의 내벽에 피복막 (15) 을 배치할 때에는, 미리, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 필요한 부분에 피복층 (15) 을 배치한다. 그 후, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 을 조립하여, 내연 기관 (100) 을 얻는다.
피복층 (15) 의 배치시에는, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 필요한 부분에 피복층 (15) 을 밀착할 수 있으면, 그 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 피복층 (15) 의 원재료를 분쇄하여 분말로 하고, 이 분말을, 실린더 블록 (10), 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 의 필요한 부분에 용사하는 것을 들 수 있다.
실린더 블록 (10) 의 내벽, 실린더 헤드 (20), 밸브 (24) 및 피스톤 (30) 에 더하여, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분으로 포위됨으로써, 연소실 (14) 이 형성되는 경우에는, 다른 부품의 일부분 또는 전체 부분에 동일하게 피복층을 배치한다.
10 : 실린더 블록
13 : 실린더 보어
14 : 연소실
15 : 피복층
20 : 실린더 헤드
22 : 흡기로
23 : 배기로
24 : 밸브
30 : 피스톤
32 : 피스톤 핀
40 : 커넥팅 로드

Claims (5)

  1. 실린더 블록과,
    상기 실린더 블록의 실린더 보어의 일방의 단부측에 배치되어 있는 실린더 헤드와,
    상기 실린더 헤드에 배치되어 있는 밸브와,
    상기 실린더 보어에 배치되어 있는 피스톤과,
    적어도 상기 실린더 보어의 내벽, 상기 실린더 헤드, 상기 밸브 및 상기 피스톤으로 포위되어 있는 연소실과,
    상기 연소실 내벽의 적어도 일부에 배치되어 있는 피복층을 구비하고,
    상기 피복층의 열전도율은, 실온에서, 상기 실린더 블록, 상기 실린더 헤드, 상기 밸브 및 상기 피스톤의 열전도율보다 낮고, 또한 상기 피복층의 온도 상승에 수반하여 상기 피복층의 열전도율이 가역적으로 상승하고, 또한,
    상기 피복층의 단위 면적당의 열용량이 0 kJ/(㎡·K) 을 초과하고 4.2 kJ/(㎡·K) 이하인 내연 기관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복층이 적어도 일부에 준결정 구조를 구비하는 합금을 함유하는 내연 기관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 일부에 준결정 구조를 구비하는 상기 합금이 Al-Cu-Fe 계 합금인 내연 기관.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 Al-Cu-Fe 계 합금은 20 ∼ 28 원자％ 의 Cu 및 10 ∼ 14 원자％ 의 Fe 를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물인 내연 기관.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 블록, 상기 실린더 헤드 및 상기 피스톤의 적어도 어느 것이 알루미늄 합금으로 이루어져 있는 내연 기관.
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