内燃机 |
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| 申请号 | CN201710218867.8 | 申请日 | 2017-04-06 | 公开(公告)号 | CN107269412A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 丰田自动车株式会社; | 发明人 | 吉永泰三; 山口刚生; 山下英男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 内燃机 。本发明提供一种内燃机，其高度兼得冷却损失的降低、进气效率降低的抑制和爆燃发生的抑制。内燃机具备被 气缸 孔的内壁、气缸盖、气 门 及 活塞 包围的 燃烧室 和配置于上述燃烧室内壁的至少一部分的被覆层，上述被覆层的热导率在室温下低于上述 气缸体 、上述气缸盖、上述气门及上述活塞的热导率，且随着上被覆层的 温度 的上升，上述被覆层的热导率可逆地上升，且上述被覆层的每单位面积的 热容 量为超过0kJ/(m2·K)且4.2kJ/(m2·K)以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.内燃机，其具备： |
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| 说明书全文 | 内燃机技术领域背景技术[0002] 在内燃机及附属于内燃机的设备中，通过控制热传导来解决各种问题。 [0004] 另外，关于内燃机，随着其高输出化，降低运转中的内燃机的冷却损失变得更加重要。作为降低冷却损失的对策之一，公开了在内燃机的燃烧室的内壁配置有陶瓷材料制的被覆层的内燃机。 [0005] 例如，在专利文献2中，公开了一种内燃机，其中在内燃机的燃烧室的内壁配置有耐酸铝被膜，且在该耐酸铝被膜的表面进一步配置封孔层。而且，公开了该封孔层除了含有封孔材料以外，还含有具有高于封孔材料的辐射率的材料。 [0006] 在专利文献2所公开的内燃机中，利用耐酸铝被膜和封孔层来减小混合气体温度与燃烧室的内壁温度的温度差，从而降低冷却损失。 [0007] 现有技术文献 [0008] 专利文献 [0009] 专利文献1：特开2014－222035号公报 [0010] 专利文献2：特开2015－224362号公报 发明内容[0011] 发明所要解决的课题 [0012] 由于耐酸铝被膜的主要成分为氧化铝(Al2O3)，因此热导率低，作为隔热层发挥作用。另外，利用封孔层密封存在于氧化铝被膜中的空隙，进一步提高了氧化铝被膜的作为隔热层的功能。另外，由于封孔层含有具有高辐射率的材料，因此，对燃烧室内的混合气体赋予辐射热，更进一步提高了氧化铝被膜的作为隔热层的功能。如果将这样的隔热层配置于燃烧室的内壁，则燃烧室的内壁被保温，因此可降低内燃机的冷却损失。 [0013] 另一方面，本发明人发现如下课题：通常在使用热导率低的材料作为隔热层的情况下，在内燃机中，即使在混合气体的燃烧结束后，在短暂的期间内隔热层的温度高的状态持续，由此进气效率易于降低，也易于发生爆燃。 [0014] 本发明是为了解决上述课题而完成的。即，本发明的主要目的在于，提供一种高度兼得冷却损失的降低、进气效率降低的抑制和爆燃发生的抑制的内燃机。 [0015] 用于解决课题的手段 [0016] 本发明人为了达成上述目的，反复进行了深入研究，使本发明得以完成。其主旨如下。 [0017] 〈1〉内燃机，其具备： [0020] 气门，其配置于所述气缸盖； [0021] 活塞，其配置于所述气缸孔； [0022] 燃烧室，其至少由所述气缸孔的内壁、所述气缸盖、所述气门及所述活塞包围； [0023] 被覆层，其配置于所述燃烧室的内壁的至少一部分， [0024] 所述被覆层的热导率在室温下低于所述气缸体、所述气缸盖、所述气门及所述活塞的热导率，且随着所述被覆层的温度的上升，所述被覆层的热导率可逆地上升，且，[0025] 所述被覆层的每单位面积的热容量为超过0kJ/(m2·K)且4.2kJ/(m2·K)以下。 [0026] 〈2〉〈1〉项所记载的内燃机，其中，所述被覆层含有至少部分具备准晶结构的合金。 [0027] 〈3〉〈2〉项所记载的内燃机，其中，至少部分具备准晶结构的所述合金为Al－Cu－Fe系合金。 [0028] 〈4〈〉3〉项所记载的内燃机，其中，所述Al－Cu－Fe系合金含有20～28原子％的Cu及10～14原子％的Fe，余量为Al及不可避免的杂质。 [0029] 〈5〉〈1〉～〈4〉任一项所记载的内燃机，其中，所述气缸体、所述气缸盖及所述活塞的至少任一者由铝合金构成。 [0030] 发明效果 [0032] 图1为示出根据本发明的内燃机的燃烧室附近的一例的纵向截面图。 [0034] 图3为示出被覆层的每单位面积的热容量和BSFC的改善率(％)的关系的图。 [0035] 附图标记说明 [0036] 10 气缸体 [0037] 13 气缸孔 [0038] 14 燃烧室 [0039] 15 被覆层 [0040] 20 气缸盖 [0041] 22 进气路 [0042] 23 排气路 [0043] 24 气门 [0044] 30 活塞 [0045] 32 活塞销 [0046] 40 连杆 具体实施方式[0047] 以下，详细说明根据本发明的内燃机的实施方式。予以说明，以下示出的实施方式不限定本发明。 [0048] 内燃机的燃烧室是由气缸孔的内壁、气缸盖、气门及活塞等包围的空间。当该空间的内壁的表面温度(以下，有时称为“燃烧室的内壁的表面温度”)与燃烧室内的混合气体温度(以下，有时称为“混合气体温度”)之差较小时，冷却损失变小，内燃机的燃料效率提高。以下，说明冷却损失和内燃机的燃料效率的关系。 [0049] 从燃烧室内的混合气体开始燃烧到燃烧室的内壁的表面温度成为最大时为止，主要考虑冷却损失。而且，冷却损失由以下的(1)式表示。在(1)式中，Qc为冷却损失，hgw为混合气体与燃烧室的内壁之间的传热系数，A为燃烧室的内壁的表面积，Tg为混合气体温度，Tw为燃烧室的内壁的表面温度。 [0050] 予以说明，在(1)式中，对于在燃烧室的内壁配置有被覆层的情况，hgw为混合气体和被覆层之间的传热系数，A为被覆层的表面积，Tw为被覆层的表面温度。 [0051] 【数1】 [0052] Qc＝∮hgw·A·(Tg-Tw)····(1) [0053] 内燃机的燃料效率与冷却损失Qc成反比。因此，为了使内燃机的燃料效率提高，要使冷却损失Qc降低。 [0054] 可认为具有被覆层的内燃机的hgw与不具有被覆层的内燃机的hgw基本上相同。另外，可认为具有被覆层的内燃机的A与不具有被覆层的内燃机的A基本上相同。因此，为了使冷却损失Qc降低，在(1)式中，减小(Tg－Tw)是有效的。 [0055] 构成燃烧室的大多材料是普通的金属材料。“普通的金属材料”是指除了至少部分具有准晶结构的金属或合金以外的金属材料。以下，除非另外说明，“金属材料”就是指普通的金属材料。金属材料的热导率通常较高。因此，在不具有被覆层的内燃机的情况下，燃烧室的内壁的热导率较高。如果在燃烧室内的混合气体开始燃烧时，燃烧室的内壁的热导率较高，则混合气体的燃烧热易于被构成燃烧室的材料吸收，因此，Tw不易上升。其结果，(Tg－Tw)变大，因此，冷却损失Qc变大。 [0056] 为了降低冷却损失Qc，在以往的内燃机中，有时在燃烧室的表面配置陶瓷材料制的被覆层。陶瓷材料的热导率通常低于金属材料的热导率。如果在燃烧室内混合气体开始燃烧时，被覆层的热导率较低，则在被覆层内，热不易从燃烧室侧向与燃烧室相反的一侧传递，因此，热易于留在被覆层的燃烧室侧的表面。其结果，Tw易于上升，(Tg－Tw)变小，因此，冷却损失Qc变小。 [0057] 另一方面，由于被覆层的热导率低，因此一旦上升了的Tw不易下降。其结果，在空气被导入(吸入)燃烧室时，空气从被覆层的表面接收热，因此，进气效率降低，也易于发生爆燃。其结果，燃料效率降低。 [0058] 因此，为了兼得冷却损失Qc的降低、进气效率降低的抑制和爆燃发生的抑制，从而提高燃料效率，可考虑将由热导率随着温度的上升而可逆地上升的材料构成的被覆层配置于燃烧室的内壁。即，可考虑将由热导率随着Tw的上升而可逆地上升的材料构成的被覆层配置于燃烧室的内壁。而且，作为这样的材料，可举出准晶合金或金属玻璃等。准晶是指既不是非晶质(无定形)，也不是结晶质的材料组织。即，准晶是指具有长程有序，但没有平移对称性的材料组织。 [0059] 但是，本发明人发现，仅在将由这样的材料构成的被覆层配置于燃烧室的内壁、且被覆层的热导率发生变化时，不能兼得冷却损失Qc的降低、进气效率降低的抑制及爆燃发生的抑制。而且，本发明人发现，在除了使被覆层的热导率发生变化以外，当被覆层的每单位面积的热容量处于规定范围的范围时，能够兼得冷却损失Qc的降低、进气效率降低的抑制及爆燃发生的抑制。 [0060] 基于这些认识，接着说明本发明的内燃机的结构。图1为示出根据本发明的内燃机的燃烧室附近的一例的纵向截面图。以下，按各构成要素说明本发明的内燃机。 [0061] (气缸体) [0063] 气缸体10中形成有气缸孔13。图1中示出了1个气缸孔13，但气缸孔13的数量没有限制。在气缸体10中形成多个气缸孔13的情况下，各个气缸孔13的周边的结构通常与图1同样。但是，只要至少1个气缸孔13的周边的结构具备本发明的构成要素即可。 [0064] 虽然在图1中未示出，但对于气缸体10，也可以具备冷却回路。在具备冷却回路的情况下，冷却回路配置于远离气缸孔13的位置。通过冷却回路，防止气缸体10的过热。由此，可将片状石墨铸铁、球状石墨铸铁及铝合金等的、特别是不具有耐热性的材料用于气缸体10。另一方面，如果未配置后述的被覆层15，则Tw变得过低，因此，冷却损失Qc变大。从该观点来看，也配置被覆层15。 [0065] (气缸盖) [0066] 在气缸孔13的一端部侧配置有气缸盖20。在气缸孔13的另一端部侧配置有曲轴(未图示)。 [0067] 气缸盖20通常为金属材料制。作为金属材料，例如可举出片状石墨铸铁、球状石墨铸铁及铝合金等。 [0068] 在气缸盖20中形成有进气路22和排气路23。在图1中，对于1个气缸孔13，示出了1个进气路22和1个排气路23，但不限于此。例如，对于1个气缸孔13，也可以形成有2个进气路22和2个排气路23。 [0069] 虽然在图1中未示出，但对于气缸盖20，也可以具备冷却回路。在具备冷却回路的情况下，冷却回路配置于远离进气路22或排气路23的位置。利用冷却回路，可防止气缸盖20的过热。由此，可将片状石墨铸铁、球状石墨铸铁及铝合金等的、不特别具有耐热性的材料用于气缸盖20。另一方面，如果未配置后述的被覆层15，则Tw变得过低，因此，冷却损失Qc变大。从该观点来看，也配置被覆层15。 [0070] (气门) [0071] 在气缸盖20上配置有气门24。利用气门24，切换内燃机100的进气和排气。如图1所示，对1个进气路22配置了1个气门24。同样地，对1个排气路23配置了1个气门24。 [0072] 气门24中具备冷却回路的情况较少。因此，气门24大多由钛合金等耐热材料构成。由于这些耐热材料为金属材料，因此，与陶瓷材料等相比，通常热导率较高。因此，在气门24的与燃烧室14相接的面从混合气体接收热时，该热易于传递至气门24的与燃烧室14相反的一侧。因此，该热不易留在气门24的燃烧室14侧的表面。因此，在气门24中，Tw不易上升，因此(Tg－Tw)不变小，其结果，冷却损失Qc不易降低。因此，配置后述的被覆层15来避免Tw不易上升。 [0073] (活塞) [0074] 在气缸体10的气缸孔13中配置活塞30。活塞30在气缸孔13内在气缸孔13的轴方向滑动。为了防止因活塞30滑动而使活塞30热粘于气缸孔13的内壁，对活塞30喷射润滑油。 [0075] 通过该润滑油的喷射，防止活塞30的过热。由此，可将铝合金等的、不特别具有耐热性的材料用于活塞30。另一方面，如果没有将后述的被覆层15配置于与燃烧室14相接的面上，则Tw变得过低，因此，冷却损失Qc变大。从该观点来看，也配置被覆层15。 [0076] (燃烧室) [0077] 在内燃机100中形成有燃烧室14。燃烧室14通过至少被气缸孔13的内壁、气缸盖20、气门24及活塞30包围来形成。除了气缸孔13的内壁、气缸盖20、气门24及活塞30以外，还可以通过被其它部件的一部分或全部包围来形成燃烧室14。作为其它部件的一部分或全部，例如可举出燃料喷射装置的一部分。 [0078] 燃烧室14的形状不特别限制，例如，可举出半球型及屋脊型等。另外，燃料喷射方法也不特别限制，可举出直接喷射式及间接喷射式等。 [0079] (被覆层) [0080] 在燃烧室14的内壁的至少一部分配置有被覆层15。在图1所示的实施方式中，在燃烧室14的内壁的全部配置有被覆层15。即，将被覆层15配置于气缸孔13的内壁、活塞30的燃烧室14侧(活塞30的顶面)以及气缸盖20及气门24的燃烧室14侧。但是，被覆层15的配置不限于此。 [0081] 作为一例，可举出在图1所示的实施方式中省略配置于气门24的被覆层15。气门24如气缸体10及气缸盖20那样具备冷却回路的情况较少。即使省略在气门24配置被覆层15，Tw也不会过度降低，其结果，有时(Tg－Tw)不会过度变大，从而冷却损失Qc不会过度变大。在这样的情况下，可省略在气门24上配置被覆层15。 [0082] 作为另一例子，可举出在图1所示的实施方式中省略配置于活塞30的被覆层15。活塞30通过润滑油被冷却。但是，通过使用冷却能力较小的润滑油，即使省略在活塞30配置被覆层15，Tw也不会过度降低，其结果，有时(Tg－Tw)不会过度变大，从而冷却损失Qc不会过度变大。在这样的情况下，可省略在活塞30上配置被覆层15。 [0083] 予以说明，在除了气缸孔13的内壁、气缸盖20、气门24及活塞30以外，还通过其它部件的一部分或全部包围来形成燃烧室14的情况下，也可以在其它部件的一部分或全部配置被覆层15。 [0084] (被覆层的热导率) [0085] 根据本发明的内燃机100的被覆层15的热导率在室温下低于气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的热导率，且随着被覆层15的温度的上升，被覆层15的热导率可逆地上升。如上所述，作为具有这样的热导率的材料，可举出准晶合金、金属锆玻璃及二氧化钒等。予以说明，对于准晶合金，其合金结构的全部可以不都是准晶结构，只要是其合金结构的至少一部分具备准晶结构即可。 [0086] 如上所述，有时除了气缸孔13的内壁、气缸盖20、气门24及活塞30以外，还通过其它部件的一部分或全部包围来形成燃烧室14，在其它部件的一部分或全部配置被覆层15。在这样的情况下，被覆层15的热导率在室温下低于其它部件的一部分或全部的热导率，且随着被覆层15的温度的上升，被覆层15的热导率可逆地上升。 [0087] 室温是指25℃。另外，被覆层15的温度的上升是指直至至少800℃的上升。被覆层15的温度的上升的上限因被覆层15的耐热性而异。被覆层15的温度的上升的上限优选为 1000℃，更优选为1100℃。如果被覆层15的温度的上升的上限为这样的温度以下，则被覆层 15不会变性，和/或被覆层15不会从气缸体10等剥离。 [0088] 如果被覆层15在室温下的热导率低于气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的热导率，则在室温下启动内燃机100时，被覆层15不易从气缸体10等夺取热。因此，抑制Tw的降低以减小(Tg－Tw)，其结果，减小冷却损失Qc。 [0089] 随着被覆层15的温度的上升，被覆层15的热导率上升，因此，暖机结束后的内燃机100(以下，有时称为“运转中的内燃机100”。)中的被覆层15的热导率高于室温时的被覆层 15的热导率。 [0090] 在运转中的内燃机100中，在进气、压缩、膨胀及排气的1个循环内，被覆层15的温度至少在100～800℃的范围内变化。在该温度范围内，随着被覆层15的温度上升，被覆层15的热导率也可逆地上升。即，在运转中的内燃机100中，在Tw较低时，被覆层15的热导率较低，在Tw较高时，被覆层15的热导率较高。 [0091] 在运转中的内燃机100的被覆层15内，从燃烧室14侧向与燃烧室14相反的一侧(气缸体10等侧)传递热(以下，有时将该热传递的方向称为“传热方向”)。热导率为表示热在传热方向传递的容易程度的值。 [0092] 在运转中的内燃机100中，在燃烧室中的混合气体开始燃烧时，Tw低，因此，被覆层15的热导率低。因此，在被覆层15内，热在传热方向不易传递，从被覆层15的燃烧室14侧接收的热易于留在被覆层15的燃烧室14侧的表面附近。其结果，Tw易于上升，但Tw的上升除了受到被覆层15的热导率的影响以外，还受到被覆层15的每单位面积的热容量的影响。 [0093] 另一方面，在运转中的内燃机100中，在被覆层15从混合气体充分接收热时，Tw高，因此，被覆层15的热导率大。因此，在被覆层15内，热在传热方向易于传递，从被覆层15的燃烧室14侧接收的热易于向被覆层15的与燃烧室14相反的一侧(气缸体10等侧)传递。其结果，Tw易于降低，但Tw的降低除了受到被覆层15的热导率的影响以外，还受到被覆层15的每单位面积的热容量的影响。 [0094] (被覆层的每单位面积的热容量) [0095] 这样，在Tw的上升及降低的任一情况下，Tw均受到被覆层15的每单位面积的热容量的影响。如果被覆层15的每单位面积热容量在规定的范围内，则能够高度兼得冷却损失Qc的降低、进气效率降低的抑制和爆燃发生的抑制。 [0096] 对于被覆层15的每单位面积的热容量，通过CAE(Computer Aided Engineering)进行解析，研究其适当的范围。作为解析方法，对图1所示的内燃机100进行有限元素模型化，使用该模型算出使被覆层15的每单位面积的热容量变化时的混合气体的温度(Tg)、被覆层15的燃烧室14侧的表面温度(Tw)及BSFC。 [0097] BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)定义为将1kW的输出持续维持1小时所消耗的燃料的质量。在能够高度兼得冷却损失Qc的降低、进气效率降低的抑制及爆燃发生的抑制时，BSFC特别地改善。 [0098] 在图1中，将被覆层15的厚度夸大地示出，以便能够判别被覆层15的存在。但实际上，相对于气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30，被覆层15非常薄。因此，对内燃机100进行有限元素模型化时，反映被覆层15的薄厚并定义与被覆层15相当的元素是困难的。 [0099] 因此，将气缸体10、气缸盖20、气门24、活塞30及燃烧室14分割成元素(网格分割)后，将被覆层15按照下面顺序定义。首先，提取气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的元素与燃料室14的元素相互邻接的元素。然后，在这些提取的元素中，将气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的元素定义为被覆层15的元素。 [0100] 对于这样定义的被覆层15的元素，作为边界条件，赋予1.8W/(m·K)的热导率和在0.6～4.2kJ/(m2·K)之间变化的每单位面积的热容量，进行解析。该热导率相当于Al63Cu24.5Fe12.5合金在室温下的热导率。对于Al63Cu24.5Fe12.5合金，在后面进行描述。 [0101] 进行解析时，作为软件(解算器)使用ガンマテクノロジーズ社的GTPOWER(注册商标)。予以说明，由于软件限制，不能在进气、压缩、膨胀及排气的1个循环中使热导率变化来进行解析，因此，使被覆层15的热导率恒定为1.8W/(m·K)。 [0102] 另一方面，对于气缸体10等的元素与燃料室14的元素相互邻接的元素，作为边界2 条件，赋予气缸体10等的热导率和0kJ/(m·K)的每单位面积的热容量，对不具有被覆层15的内燃机进行解析。予以说明，气缸体10等是指气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30。 [0103] 将解析结果示于图2及图3。另外，将图3的结果汇总在表1中。 [0104] 表1 [0105] [0106] 图2为对于被覆层15的每单位面积的热容量，示出曲轴转角(ATDC)与Tg及Tw的关系的图。予以说明，曲轴转角(ATDC：After Top Dead Center)是将上止点设为0度时的曲轴的旋转角(作用角)。在图2中，在曲轴转角为－360～－180度时表示进气，在曲轴转角为－180～0度时表示压缩，在曲轴转角为0～180度时表示膨胀，且在曲轴转角为180～360度时表示排气。 [0107] 如从图2可知，对于不具有被覆层的内燃机，在膨胀时，即使Tg上升，Tw也仅稍微上升。即，(Tg－Tw)大。 [0108] 另一方面，对于本发明的内燃机100，由于在燃烧室14的内壁配置有被覆层15，因此，Tw追随Tg的上升，(Tg－Tw)小。 [0109] 在图2中，与不具有被覆层的内燃机相比，在本发明的内燃机100中，在膨胀初期、即混合气体开始燃烧，Tg开始上升时，由于被覆层15，Tw急剧上升。认为其原因如下。由于被覆层15的热导率低至1.8W/(m·K)，因此，在被覆层15内，热不易从燃烧室14侧向与燃烧室14相反的一侧传递。由此，热易于留在被覆层15的燃烧室14侧的表面附近，因此，Tw急剧上升。 [0110] 另外，被覆层15的每单位面积的热容量越大，Tw的最大值越高。这是由于，被覆层15的每单位面积的热容量越大，一旦上升的Tw降低越需要时间，在直到Tw降低的时间内，被覆层15进一步从燃烧室接收热。 [0111] 另一方面，在图2中，在Tg成为最大值后，被覆层15的每单位面积的热容量越大，Tw降低越需要时间。因此，被覆层15的每单位面积的热容量越大，进气时的Tw越高。于是，在空气被导入(吸入)燃烧室14时，空气从被覆层15接收热，因此，进气效率降低，也易于发生爆燃。据此，被覆层15的热容量越大，进气效率越易于降低，爆燃也易于发生。 [0112] 图3为示出被覆层15的每单位面积的热容量和BSFC的改善率(％)的关系的图。予以说明，BSFC的改善率(％)是相对于不具有被覆层15的内燃机的BSFC的值，具有被覆层15的内燃机100的BSFC被改善的比例(百分率)。 [0113] 如从图3可知，只要被覆层15的每单位面积的热容量稍微超过0kJ/(m2·K)、即只要配置有被覆层15，BSCF就得到改善。而且，在被覆层15的每单位面积的热容量为1.0～2.0kJ/(m2·K)之间，BSFC的改善率变得最大。BSFC的改善率(％)变得最大之后，随着被覆层15的每单位面积的热容量的增加，BSFC的改善率(％)降低。 [0114] 如上所述，由于热因被覆层15的热导率较而留在被覆层15的燃烧室14侧，因此，Tw急剧上升而成为最高值。其结果，(Tg－Tw)变小，冷却损失Qc降低。而且，被覆层15的每单位面积的热容量越大，在Tw急剧上升时，一旦上升的Tw越不易降低，因此，Tw的最高值变高。 [0115] 另一方面，Tw成为最高值之后，被覆层15的每单位面积的热容量越大，成为最高值的Tw越不易降低。即，被覆层15的每单位面积的热容量越大，进气时的Tw越高。 [0116] 这样，在被覆层15的每单位面积的热容量变大时，产生了如下的相反关系：冷却损失Qc得到改善，另一方面，进气效率变差。 [0117] 但是，如从图3可知，被覆层15的每单位面积的热容量超过0kJ/(m2·K)且直到某个上限值，BSFC改善(BSFC的改善率(％)超过0％)。认为这是出于如下原因。 [0118] 关于Tw直到成为最高值，即使被覆层15的每单位面积的热容量变大，冷却损失Qc的改善的扩大程度大于进气效率的变差的扩大程度。 [0119] 另一方面，关于Tw从最高值开始降低后，只要被覆层15的每单位面积的热容量没有过度变大，进气效率的变差就不会抵消冷却损失Qc的改善量的全部。如图3所示，仅在直到被覆层15的每单位面积的热容量为4.2kJ/(m2·K)的情况下进行解析。因此，用进气效率的变差抵消冷却损失Qc的改善量的全部那样的被覆层15的每单位面积的热容量是不清楚的。但是，在图3中，如果至少被覆层15的每单位面积的热容量为超过0kJ/(m2·K)且4.2kJ/2 (m·K)以下，则BSFC改善(BSFC的改善率(％)超过0％)。 [0120] 在解析中，将被覆层15的热导率设定成一定值1.8W/(m·K)。与此相对，在实际设备中，随着被覆层15的温度的上升，被覆层15的热导率可逆地上升。因此，图3所示的BSFC的改善率(％)和实际设备的BSCF的改善率(％)不同。 [0121] 但是，认为只要被覆层15的每单位面积的热容量稍微超过0kJ/(m2·K)、即只要配置有被覆层15，BSCF就得到改善这样的情况在实际设备中也同样。这是由于在实际设备中，被覆层15的热导率低于气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的热导率，因此，即使在被覆层15非常薄的情况下，被覆层15也作为隔热层发挥作用，有助于Tw的上升。予以说明，被覆层15非常薄的情况是被覆层15的每单位面积的热容量非常小的情况。 [0122] 在图3中(在解析中)，在被覆层15的每单位面积的热容量为0.6kJ/(m2·K)时，2 BSFC得到改善，因此，如果根据本发明的内燃机100的被覆层15的热容量为0.6kJ/(m·K)，则取得本发明的效果。这是由于，只要被覆层15的热容量稍高于0kJ/(m2·K)，就取得本发明的效果。 [0123] 另一方面，在图3中(在解析中)，被覆层15的每单位面积的热容量为4.2kJ/(m2·K)时，BSFC得到改善。而且，在解析中，将被覆层15的热导率设定成一定值1.8W/(m·K)，与此相对，在实际设备中，被覆层15的热导率随着被覆层15的温度的上升而可逆地上升。于是，在实际设备中，与解析相比，与被覆层15的热导率的上升相应地，进气效率进一步提高。因此，实际设备的BSFC的改善率高于图3中表示的BSFC的改善率(％)。因此，如果根据本发 2 明的内燃机100的被覆层15的热容量为4.2kJ/(m·K)，则取得本发明的效果。 [0124] 据此，本发明的内燃机的被覆层15的每单位面积的热容量为超过0kJ/(m2·K)且4.2kJ/(m2·K)以下。被覆层15的每单位面积的热容量的下限可以为0.6kJ/(m2·K)。另外，被覆层15的每单位面积的热容量的上限可以为2.8kJ/(m2·K)。 [0125] (被覆层的材质) [0126] 对于被覆层15的材质，只要被覆层15满足目前为止说明的要件就不特别限制。作为被覆层15的材质，如上所述，可举出准晶合金、金属锆玻璃及二氧化钒等以及它们的组合。予以说明，对于准晶合金，至少部分包含具备准晶结构的合金。 [0127] 在被覆层15中，除了准晶合金、金属锆玻璃及二氧化钒以外，也可以在不损害本发明的效果的范围内含有其它材料。作为其它材料，可举出金属材料、氧化物、硫化物及氮化物等。 [0128] 作为准晶合金，可举出Al－Cu－Fe系合金、Al－Pd－Re系合金及Al－Pd－Mn系合金等。这些合金中，Al－Cu－Fe系合金是代表性的。 [0129] Al－Cu－Fe系合金的组成只要在Al－Cu－Fe系合金中的至少一部分具备准晶结构就不特别限制。另外，在Al－Cu－Fe系合金中，为了改善特定的特性，也可以在不损害本发明效果的范围内含有Al、Cu及Fe以外的元素。作为这些元素，例如可举出Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt及Au等。 [0130] 从准晶结构的稳定性的观点来看，优选Al－Cu－Fe系合金含有20～28原子％的Cu及10～14原子％的Fe，余量为Al及不可避免的杂质。在该情况下，在将Al－Cu－Fe系合金的整体设为100质量％时，关于不可避免的杂质的含量，优选为3质量％以下，更优选为1质量％以下，进一步优选为0.5质量％。作为这样的Al－Cu－Fe系合金，例如可举出Al63Cu24.5Fe12.5合金。Al63Cu24.5Fe12.5合金的热导率在室温下为1.8W/(m·K)，在500℃下为4.5W/(m·K)。而且，Al63Cu24.5Fe12.5合金的热导率在室温～500℃之间直线上升。 [0131] Al－Cu－Fe系合金是以Al为主体的合金。因此，在将被覆层15设为Al－Cu－Fe系合金时，优选也将气缸体10、气缸盖20及活塞30设为铝合金。通过这样操作，被覆层15和气缸体10等的热膨胀率接近，被覆层15变得不易剥离。予以说明，气缸体10等是指气缸体10、气缸盖20及活塞30。 [0132] 作为可用于气缸体10的铝合金，例如，可举出铸造用或压铸用铝合金。作为可用于气缸体10的铸造用或压铸用铝合金，例如可举出根据日本工业标准(JIS)的AC4B、AC4C及AC4D、以及ADC10及ADC12等。 [0133] 作为可用于气缸盖20的铝合金，例如可举出铸造用铝合金。作为可用于气缸盖20的铸造用铝合金，例如可举出根据日本工业标准(JIS)的AC2A、AC2B及AC4B等。 [0134] 作为可用于活塞30的铝合金，例如可举出铸造用铝合金。作为可用于活塞30的铸造用铝合金，例如可举出根据日本工业标准(JIS)的AC8A、AC8B及AC8C、以及AC9A及AC9B等。 [0135] (本发明的内燃机的制造方法) [0136] 关于本发明的内燃机100的制造方法，除了在燃烧室14的内壁配置被覆层15以外，与通常的内燃机100的制造方法一样。 [0137] 在燃烧室14的内壁配置被覆层15时，预先在气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的必要部分配置被覆层15。然后，组装气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30，得到内燃机100。 [0138] 在进行被覆层15的配置时，如果能够将被覆层15密合于气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的必要部分，则其方法就不特别限制。例如，可举出将被覆层15的原材料粉碎以制成粉末，将该粉末热喷镀至气缸体10、气缸盖20、气门24及活塞30的必要部分。 [0139] 在除了被气缸体10的内壁、气缸盖20、气门24及活塞30包围以外，还被其它部件的一部分或全部包围而形成燃烧室14的情况下，在其它部件的一部分或全部同样配置被覆层。 |
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