[发明专利]热绝缘结构体

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于发动机等的热绝缘结构体。

背景技术

在发动机部件那样的暴露于高温气体的金属制品中，在该金属制母材的表面形成有抑制从高温气体向母材的热传递的热绝缘层(heat-insulating layer)。例如，日本公开特许公报特开2009-243352号公报中所记载的发明内容如下：在面对发动机部件的燃烧室(combustion chamber)的面上形成含空心陶瓷珠的热绝缘膜。日本公开特许公报特开平05-58760号公报中所记载的发明内容如下：让氧化铝微粒子覆盖二氧化硅质空心球状体的表面，对所获得的被覆盖物进行加压成形，再对所获得的成形体进行烧结而使其成为热绝缘材。日本公开特许公报特开2005-146925号公报中所记载的发明内容如下：在发动机的面汽缸盖的面对燃烧室的面上形成凹凸，将氧化锆类低传热材填充在该凹部，由此来提高汽缸盖的耐热性。

为提高汽车的燃料消耗率，正努力使车身轻量化、改善发动机的热效率、降低机械阻力(mechanical resistance)、降低发动机所承担的电气负载、回收和利用排气能量等。就这其中的发动机的热效率(thermal efficiency)而言，已知情况如下：理论上说，越使几何学压缩比(geometric compression ratio)提高或者越使工作气体(operative gas)的空气过剩率(excess air ratio)增大(使比热比(specific heat ratio)提高)，发动机的热效率就会越高。然而，实际上越增大压缩比或者越增大空气过剩率，冷却损失(cooling loss)(被外部作为热量夺走的能量)就会越大，因此利用增大压缩比、空气过剩率所能够带来的对热效率的改善已达到了极限。

也就是说，冷却损失是随着工作气体向发动机燃烧室壁的热传递率(heat-transfer coefficient)、其传热面积(heating surface area)以及气体温度与壁温间的温度差而变化的。其中，热传递率是气体压力和气体温度的函数。因此，如果气体压力和气体温度由于压缩比和空气过剩率增大而升高，则热传递率升高，冷却损失增大。而且，因为壁温和气体温度间的温度差也增大，所以冷却损失也会因为该温度差的增大而增大。例如使压缩比成为20以上的超高压缩比(very high compression ratio)时，膨胀比即会很高，这对降低排气损失(exhaust loss)有效，但是使压缩比成为20以上的超高压缩比(very high compression ratio)这一设想却因为上述冷却损失之存在而无法在现实中实现。

另一方面，还能够想到的一种做法如下：不靠大幅度地提高压缩比，而靠回收排气能量来实现发动机的效率化(改善燃料消耗率)。但是，在该情况下，也是当冷却损失较大时，排气能量就会随着该冷却损失的增大而相应减少。因此与提高压缩比时一样，重要的还是降低冷却损失。

发明内容

于是，本发明提供一种能够用来降低上述发动机的冷却损失等的热绝缘结构体。

使本发明为一种利用了空心粒子的热绝缘结构。也就是说，这里所公开的热绝缘结构体的特征在于，设置有大量空心粒子(hollow particles)布置为密集地填充在金属制母材的表面之状态而形成的空心粒子层(换句话说，大量空心粒子铺满金属制母材的表面而形成的空心粒子层)，该空心粒子层被皮膜覆盖。

根据上述热绝缘结构体能够收到以下几个效果。即，由呈现出大量空心粒子密集地填充着之状态的空心粒子层获得了高空气热绝缘(air thermal insulation)效果；每单位体积的热容量(容积比热)由于空气而变小，因此在发动机的情况下，热绝缘结构体的表面温度响应性良好地追随燃烧室气体温度变化，冷却损失得到改善；覆盖空心粒子层的皮膜既防止了外力等导致空心粒子破损，又防止了空心粒子脱离或者剥离，因此而获得耐久性。

优选所述空心粒子层的相邻空心粒子之间相互接合。这样，空心粒子层作为块体的强度就会提高，有利于确保耐久性。

优选微实心粒子存在于所述空心粒子层的空心粒子之间的间隙里。这样，空心粒子层作为块体的强度就会提高，有利于确保耐久性。

优选所述空心粒子层钎焊在所述金属制母材上。这样空心粒子层与金属制母材的结合力就会提高，能够防止空心粒子层剥离，有利于确保耐久性。