CN206129415U - 燃烧室的隔热膜结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种燃烧室的隔热膜结构。该隔热膜结构包括，由设置在燃烧室内壁的表面、用于隔热的绝热层；及形成在绝热层的表面、用于进行温度调节的调温层构成的隔热膜，调温层的厚度小于绝热层的厚度。基于该结构，在确保燃烧室壁的高绝热性能的同时，能够提高燃烧室壁面的温度跟踪性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机的燃烧室，特别是燃烧室的隔热膜。
背景技术
通常，内燃机的燃烧室中，为了防止燃烧中的气体所产生的热量通过燃烧室壁而泄漏到外部，在燃烧室的内壁面上形成有隔热膜。作为隔热膜，一般采用热传导率比燃烧室壁的基材低、且内部形成有大量气泡的绝热材料。
近年来，为了进一步提高发动机的热效率，要求燃烧室壁面温度跟踪燃烧室气体温度。其理由是，燃烧室中，燃烧室气体向燃烧室壁面传递的热量＝热传导率×(燃烧室气体温度－燃烧室壁面温度)。
因此，燃烧室气体的热损失不仅取决于热传导率，还取决于燃烧室气体温度与燃烧室壁面温度之间的温度差。即，为了减小热损失，不仅要使燃烧室壁的热传导率低，而且还要减小燃烧室气体温度与燃烧室壁面温度之间的温度差。
此外，如果燃烧室壁面温度在燃烧冲程中上升之后下降幅度较小，以至于到进气冲程后温度还较高的话，进气气体会被加热而引起进气效率降低、NOx排放量增加等问题。因此，作为燃烧室壁，具有足够低的热传导率以确保高绝热性能的同时，还希望热容量足够低，以实现温度跟踪性能。
然而，现有的绝热材料较难同时实现低热传导率和低热容量。例如，如图4中的现有技术例所示那样，通常，燃烧室气体温度在燃烧冲程中因点火燃烧而从稳态温度急剧上升到最大温度后大幅下降，到排气冲程后期则急剧下降到与冷却水温度相同，并在其后的进气冲程中一直保持低温状态，进入压缩冲程后温度大幅上升到稳态温度，显示出较大的起伏特性。
对此，燃烧室壁面温度在燃烧冲程中从稳态温度小幅度上升到最大温度之后缓慢下降，直至其后的排气冲程、进气冲程、及压缩冲程下降幅度仍非常小，一直高于稳态温度，显示出起伏较小的特性，完全没有跟踪燃烧室气体温度。因而，在燃烧冲程中，热损失较大；在进气冲程中，进气气体被加热，容易因温度上升而引起异常燃烧的情况发生。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种既能确保高绝热性能又能提高温度跟踪性能的燃烧室的隔热膜结构。
作为解决上述技术问题的技术方案，本实用新型提供一种燃烧室的隔热膜结构。该燃烧室的隔热膜结构的特征在于：包括由设置在燃烧室内壁的表面、用于隔热的绝热层；及形成在所述绝热层的表面、用于进行温度调节的调温层构成的隔热膜，所述调温层的厚度小于所述绝热层的厚度，所述绝热层具有0.11μm～1μm的厚度；所述调温层具有0.001μm～0.1μm的厚度。基于该结构，由于绝热层具有足够的厚度，所以能够确保燃烧室内的热量难以泄漏到燃烧室外，由于调温层的厚度足够薄，所以能够进一步降低热容量，改善温度跟踪性能。
另外，在上述本实用新型的燃烧室的隔热膜结构中，较佳为，所述绝热层采用气孔全部存在于其内部的闭气孔结构的陶瓷材料，所述调温层为由碳或金属形成的膜。基于该结构，能够防止气体侵入的同时，还能在绝热层的表面平滑地形成调温层的膜。
附图说明
图1是表示采用了本实用新型的内燃机的主要结构的结构示意图。
图2是表示本实用新型的实施方式的隔热膜结构的示意图。
图3是表示图2中的隔热膜的温度跟踪特性的曲线图。
图4是表示现有技术的绝热层的温度跟踪特性的一例的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。
本实施方式中，对将本实用新型的结构应用于四冲程内燃机的燃烧室的例子进行说明。
图1示出本实施方式所涉及的内燃机1的主要结构，如图1所示，内燃机1具备气缸体9及配置在该气缸体9上方的气缸盖10。气缸盖10中，进气侧设有进气道11；排气侧设有排气道12，进气道11与排气道12之间设置有火花塞13，进气道11内设置有进气阀14；排气道12内设置有排气阀15。气缸体9中配置有在该气缸体9内进行往复运动的活塞17。由气缸盖10的底面、气缸体9的侧壁面、及活塞17的顶面包围的空间构成燃烧室18。
内燃机1重复进行将混合气体导入燃烧室18内的进气冲程、将混合气体压缩的压缩冲程、使混合气体燃烧的燃烧冲程、及将燃烧室气体排出的排气冲程这四个动作，从而使活塞17进行往复运动。如图4所示，在燃烧冲程中，利用火花塞13点火使混合气体燃烧膨胀，而将活塞17压到下止点，燃烧室18内的气体(以下称为“燃烧室气体”)的温度从稳态温度急剧上升到最大温度后大幅下降；在排气冲程中，活塞17向上方运动而将燃烧室气体压到燃烧室18的外部，因而，燃烧室气体温度朝着稳态温度下降；在进气冲程及压缩冲程度中，由于外部的空气被导入到燃烧室18内，所以，燃烧室气体温度降低到低于燃烧室18的稳态温度。
作为燃烧室壁，希望在能够确保绝热性能的同时，还具有温度跟踪性能。因此，本实施方式中，如图1所示，在构成燃烧室壁的气缸盖10的底面、气缸体9的侧壁面、活塞17的顶面、进气阀14的底面及排气阀15的底面的表面分别形成有隔热膜19。
图2是将隔热膜19的截面放大表示的示意图。如图2所示，隔热膜19由绝热层19a和调温层19b构成。绝热层19a形成在燃烧室18的内壁的表面(燃烧室壁的表面)，调温层19b形成在绝热层19a的表面。
绝热层19a是为了不让燃烧冲程中燃烧室气体产生的热量经由燃烧室18的壁而泄漏到外部而设置的，由具有高绝热性能的热传导率低的材 料构成。在绝热层19a的表面形成的直接与燃烧室气体接触的调温层19b是为了调节燃烧室壁面温度以跟踪燃烧室气体温度而设置的，由温度响应灵敏的热容量低的材料构成。
具体而言，隔热膜19被构成为，绝热层19a的热传导率比调温层19b的热传导率低，调温层19b的热容量比绝热层19a的热容量低。较佳为，绝热层19a采用热传导率在1w/mk以下；热容量在11kJ/K以上的材料；调温层19b采用热传导率在1.1w/mk以上，热容量在10kJ/K以下的材料。
另外，为了使热量难以传递到燃烧室18的壁外，需要确保绝热层19a有一定的厚度，同时，为了降低热容量来跟踪燃烧室气体温度，需要使调温层19b的厚度较薄。因此，本实施方式中，调温层19b的厚度小于绝热层19a的厚度。较佳为，绝热层19a的厚度为0.11μm～1μm；调温层19b的厚度为0.001μm～0.1μm。
作为构成绝热层19a的材料，例如，可以采用氧化锆、氧化铝、氮化硅、二氧化钛、二氧化硅、氮化铝、氮化硼、铁素体等的陶瓷材料构成的多孔质材料。而且，较佳为，绝热层19a采用气孔全部存在于其内部的闭气孔结构。这样，能够防止气体侵入的同时，易于在绝热层19a的表面平滑地形成调温层19b的膜。
调温层19b例如是通过用溅射、蒸镀、热喷涂等方法将熔点高的碳、金属在绝热层19a的表面形成薄膜而构成的。
如此，通过用具有不同热传导率和热容量的绝热层19a与调温层19b组合而构成隔热膜19，能够在确保绝热性能的同时，提高对燃烧室气体的温度跟踪性能。图3是表示燃烧室18中的燃烧室气体和燃烧室壁表面(隔热膜19表面)的温度特性的曲线的一例。图3中分别示出，从燃烧冲程到排气冲程为止(曲轴角：0°～360°)的期间，燃烧室气体温度GT、在燃烧室18的内壁上只形成有绝热层19a的情况下的燃烧室壁面温度DT、在燃烧室18的内壁上形成有隔热膜19的情况下的燃烧室壁面温度ST。
如图3所示，在燃烧冲程(曲轴角：0°～180°)中，点火燃烧 后，燃烧室气体温度GT从稳态温度急剧上升到最大温度GTm后大幅下降；在燃烧室内壁上只形成有绝热层19a的情况下的燃烧室壁面温度DT从稳态温度小幅度地上升到最大温度DTm后缓慢地下降，与燃烧室气体温度GT之差，即(GT-DT)及(GTm-DTm)较大；在燃烧室内壁上形成有隔热膜19的情况下的燃烧室壁面温度ST从稳态温度急剧上升到最大温度STm后大幅下降，与燃烧室气体温度GT相比，温差(GT-ST)较小，尤其是两者的最大温度之差(GTm-STm)基本为0。可见，在燃烧冲程中，设置有隔热膜19的情况下，燃烧室壁面温度ST相对燃烧室气体温度GT，温度跟踪性能得到显著改善。
另外，在排气冲程(曲轴角：180°～360°)中，燃烧室气体温度GT降低到稳态温度以下，而只设置有绝热层19a的情况下的燃烧室壁面温度DT的下降幅度很小，远远高于燃烧室气体温度GT，相比之下，设置有隔热膜19的情况下的燃烧室壁面温度ST大幅下降到低于稳态温度。可见，在排气冲程中，设置有隔热膜19的情况下，由于燃烧室壁面温度较低，所以能够防止因气体被加热而引起异常燃烧的情况发生。
本实施方式中，对在燃烧室18的整个内壁(气缸盖10的底面、气缸体9的侧壁面、活塞17的顶面、进气阀14的底面、及排气阀15的底面)的表面设置有隔热膜19的例子进行了说明，但不局限于此，也可以只在燃烧室18的一部分内壁的表面设置隔热膜19。
本实施方式中，以对四冲程内燃机的燃烧室18设置隔热膜19的情况为例进行了说明，但不局限于此，本实用新型适用于各种各样的发动机的燃烧室。
Claims (2)
1.一种燃烧室的隔热膜结构，其特征在于：
包括由设置在燃烧室内壁的表面、用于隔热的绝热层；及形成在所述绝热层的表面、用于进行温度调节的调温层构成的隔热膜，
所述调温层的厚度小于所述绝热层的厚度，
所述绝热层具有0.11μm～1μm的厚度；所述调温层具有0.001μm～0.1μm的厚度。
2.如权利要求1所述的燃烧室的隔热膜结构，其特征在于：
所述绝热层采用气孔全部存在于其内部的闭气孔结构的陶瓷材料，
所述调温层为由碳或金属形成的膜。
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