内燃机的制作方法

本发明涉及内燃机，更详细而言，涉及具备隔热膜的内燃机。缸孔

背景技术：

在日本特开2010-249008号公报中公开了一种在燃烧室的壁面形成有隔热膜的内燃机。该隔热膜具备阳极氧化层。阳极氧化层具有多孔质构造。通过具有多孔质构造，阳极氧化层在热传导率及每单位体积的热容上呈现比燃烧室的构成部件低的热物理性质。

根据这样的热物理性质，能够使隔热膜形成面的温度追随燃烧室内的工作气体的温度。即，在膨胀行程中，能够使隔热膜形成面的温度追随上升的燃烧气体的温度。另外，在进气行程中，能够使隔热膜形成面的温度追随比较低的进气的温度。以下，将这样的追随特性也称作“摇摆特性”。根据具有摇摆特性的隔热膜，能够同时实现冷却损失的减少和爆震的产生抑制。

在日本特开2003-307105号公报中公开了一种在其伞部的表面形成有隔热膜的排气门。在日本实开昭61-3915号公报及日本实开昭60-143127号公报中公开了一种在排气歧管的内壁形成有隔热膜的内燃机。这些隔热膜使用熔射法来形成。使用熔射法形成的隔热膜与上述的阳极氧化层同样地具有多孔质构造。因而，可期待由摇摆特性实现的上述效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-249008号公报

专利文献2：日本特开2003-307105号公报

专利文献3：日本实开昭61-3915号公报

专利文献4：日本实开昭60-143127号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

搭载于车辆的一般的内燃机在排气管具备催化剂。该催化剂具有在处于活化状态时将排气中包含的特定成分净化的功能。因而，要想从内燃机刚启动后(尤其是刚冷启动后)起利用该催化剂的净化功能，通过某种手段使催化剂急速活化是重要的。更具体而言，使催化剂的床温在短时间内上升至活化温度区域是重要的。

关于这一点，若不仅在燃烧室的壁面也在排气门的伞部的表面、排气歧管的内壁这样的排气系统的构成部件的表面全部形成具有摇摆特性的隔热膜，则能够在刚启动后急速提高从燃烧室向催化剂流入的排气的温度。但是，与在各循环中进气流入的燃烧室不同，能够冷却排气歧管、排气管的仅限于与外部的热交换。因而，在排气歧管、排气管的内壁全部形成了隔热膜的情况下，可预想，即使在催化剂的预热完成之后，排气的温度高的状态也会继续。因此，催化剂的劣化可能会容易发展。

本发明鉴于上述课题中的至少1个而完成，其目的在于提供一种能够使用具有摇摆特性的隔热膜来实现催化剂的提前预热并且抑制该催化剂的劣化的内燃机。

用于解决课题的方案

第1发明是用于解决上述课题的内燃机，具有以下特征。

所述内燃机具备多个燃烧室、多个排气口、多个排气门、多个分支管、排气管及催化剂。

所述燃烧室各自由汽缸体的缸孔面、汽缸盖的底面及活塞的顶面构成。

所述排气口连接于各所述燃烧室。

所述排气门分别对所述排气口进行开闭。

所述排气管连接于所述分支管汇合的汇合部。

所述催化剂设置于所述排气管的途中。

在构成所述燃烧室的壁面的至少一部分形成有隔热膜。

所述隔热膜在热传导率及每单位体积的热容上呈现比所述壁面的母材低的热物理性质。

所述隔热膜形成于从特定燃烧室到所述催化剂之间的排气系统的构成部件的表面。

所述隔热膜未形成于从所述特定燃烧室以外的其他燃烧室到所述汇合部之间的排气系统的构成部件的表面。

第2发明，在第1发明的基础上，具有以下特征。

在所述排气系统的构成部件的表面形成的隔热膜具有比在构成所述燃烧室的壁面形成的隔热膜低的热容。

第3发明，在第2发明的基础上，具有以下特征。

在构成所述燃烧室的壁面形成的隔热膜与在所述排气系统的构成部件的表面形成的隔热膜由同一材料构成。

在所述排气系统的构成部件的表面形成的隔热膜比在构成所述燃烧室的壁面形成的隔热膜薄。

第4发明，在第1～第3发明中的任一项的基础上，

所述内燃机还具备多个喷射器和控制装置。

所述喷射器设置于各所述燃烧室。

所述控制装置控制从所述喷射器的燃料喷射。

所述控制装置实施汽缸休止控制。

所述汽缸休止控制是，在所述催化剂的预热完成后的预定的运转条件下，使从设置于所述特定燃烧室的喷射器的燃料喷射继续并使从设置于所述其他燃烧室的喷射器的燃料喷射休止的控制。

发明效果

根据第1发明，由于在构成燃烧室的壁面的至少一部分和从特定燃烧室到催化剂之间的排气系统的构成部件的表面形成有隔热膜，所以能够期待该形成面处的隔热作用。因此，能够实现催化剂的提前预热。另外，根据第1发明，由于在从其他燃烧室到汇合部之间的排气系统的构成部件的表面未形成隔热膜，所以能够期待从该非形成面的散热作用。因而，能够抑制在催化剂的预热完成后向催化剂流入的排气的温度高的状态继续。因此，能够抑制催化剂的劣化。

根据第2发明，在排气系统的构成部件的表面形成的隔热膜设为比在构成燃烧室的壁面形成的隔热膜低的热容。因而，能够良好地抑制在催化剂的预热完成后向催化剂流入的排气的温度高的状态继续。

根据第3发明，在排气系统的构成部件的表面形成的隔热膜比在构成燃烧室的壁面形成的隔热膜薄。因而，在由同一材料构成这些隔热膜的情况下，能够良好地抑制在催化剂的预热完成后向催化剂流入的排气的温度高的状态继续。

根据第4发明，执行汽缸休止控制。因而，能够在汽缸休止控制的执行中将来自特定汽缸的燃烧室的排气的热能高效地向催化剂投入而保持催化剂的活化状态。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式1的内燃机的结构的图。

图2是发动机主体的剖视示意图(1号汽缸#1或4号汽缸#4)。

图3是发动机主体的剖视示意图(2号汽缸#2或3号汽缸#3)。

图4是说明排气口的下游侧的隔热膜的形成部位的图。

图5是示出燃烧室的壁面上的摇摆膜的形成与否与发动机启动时的气体的温度的关系的坐标图。

图6是说明发动机启动后的经过时间与向催化剂流入的排气的温度的关系的图。

图7是说明发动机启动后的经过时间与向催化剂流入的排气的温度的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中，对相同或相当的部分标注同一标号并简化或省略其说明。

实施方式1

首先，参照图1～图6对本发明的实施方式1进行说明。

1.内燃机的结构的说明

图1是说明本发明的实施方式1的内燃机的结构的图。图1所示的内燃机具备发动机主体10。发动机主体10是作为驱动源而搭载于车辆的直列4缸型的压缩自着火式发动机。该发动机的点火顺序例如是1号汽缸#1、3号汽缸#3、4号汽缸#4、2号汽缸#2的顺序。此外，应用于本实施方式1的内燃机的发动机主体10的汽缸数及汽缸配置不限于此。另外，发动机主体10也可以由火花点火式发动机构成。

在发动机主体10的各汽缸连接有进气歧管12。更具体而言，进气歧管12连接于发动机主体10的各进气口。构成进气歧管12的4根分支管在上游侧汇合而连接于进气管14。与进气歧管12同样，在发动机主体10的各汽缸连接有排气歧管16。构成排气歧管16的4根分支管在下游侧汇合而连接于排气管18。

在排气管18的途中设置有增压器20的壳体20a。壳体20a收容有涡轮机20b和连接于涡轮机20b的压缩机20c。当涡轮机20b接受排气压而旋转时，压缩机20c被驱动。由此，向壳体20a流入的空气(进气)被压缩、增压。

在排气管18中的增压器20的下游设置有催化剂22。催化剂22具有在处于活化状态时将排气中包含的一氧化碳(co)、烃(hc)、一氧化氮(no)氧化的功能。此外，在发动机主体10由火花点火式发动机构成的情况下，催化剂22使用三元催化剂。三元催化剂具有在处于活化状态时将排气中包含的一氧化碳(co)、烃(hc)、氮氧化物(nox)氧化或还原的功能。

图1所示的内燃机具备ecu30。ecu30是具有cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)、rom(readonlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)等的电子控制单元。在ecu30中，通过将存储于rom的程序加载到ram并由cpu执行加载到ram的程序来实现各种功能。ecu30也可以由多个电子控制单元构成。ecu30例如将搭载于车辆的各种传感器的信号取入并进行处理，按照预定的控制程序来操作各种致动器。由ecu30操作的致动器至少包括喷射器及预热塞。喷射器及预热塞分别设置于发动机主体10的各汽缸。

2.隔热膜的说明

2.1隔热膜的形成部位

图2及图3是图1所示的发动机主体10的剖视示意图。图2相当于1号汽缸#1或4号汽缸#4的剖视图。图3相当于2号汽缸#2或3号汽缸#3的剖视示意图。如图2及图3所示，发动机主体10具备汽缸体24、汽缸盖26及活塞28。由汽缸体24的缸孔面、汽缸盖26的底面及活塞28的顶面区划出的空间被定义为燃烧室32。在燃烧室32配设有喷射器34。喷射器34构成为基于来自ecu30的喷射指令来向燃烧室32喷射燃料。

进气口36及排气口38与燃烧室32连通。进气口36及排气口38是在汽缸盖26的内部形成的空间。在进气口36配设有进气门40。进气门40由轴部40a和伞部40b构成。在排气口38配设有排气门42。排气门42由轴部42a和伞部42b构成。

将图2与图3进行比较可知，燃烧室32的基本结构在1号汽缸#1～4号汽缸#4之间是共通的。不过，1号汽缸#1及4号汽缸#4(以下，也称作“特定汽缸”)与2号汽缸#2及3号汽缸#3(以下，也称作“其他汽缸”)在隔热膜44的形成部位上不同。更具体而言，在特定汽缸中，在活塞28的顶面、排气门42的伞部42b的表面及排气口38的壁面形成有隔热膜44。另一方面，在其他汽缸中，仅在活塞28的顶面形成有隔热膜44。

隔热膜44也形成于排气口38的下游侧。图4是说明图2所示的排气口38的下游侧的隔热膜44的形成部位的图。如图4所示，隔热膜44形成于排气歧管16的内壁、排气管18的内壁及壳体20a的内壁。虽然省略图示，但在涡轮机20b的叶片表面也形成有隔热膜44。不过，在排气歧管16中的与其他汽缸的排气口连接的分支管的内壁未形成隔热膜44。在比催化剂22靠下游侧的排气管18的内壁也未形成隔热膜44。关于不形成隔热膜44的理由将在后文叙述。

2.2隔热膜的结构

在图2～图4中说明的隔热膜44由同一种类的膜材料构成。隔热膜44例如由氧化铝膜(alumitefilm)构成。氧化铝膜是通过隔热膜44的形成部位的阳极氧化处理而得到的多孔质氧化铝。多孔质氧化铝具有比燃烧室32、伞部40b等母材(更具体而言是铝合金)的热传导率低的热传导率，而且具有比母材的每单位体积的热容低的热容。因此，隔热膜44具有摇摆特性。

隔热膜44也可以由包含中空硅石等中空粒子的涂敷膜构成。该涂敷膜是通过将分散有中空粒子的硅系溶液(例如，聚硅氧烷、聚硅氮烷)涂布于隔热膜44的形成部位并进行加热处理而得到的多孔质膜。隔热膜44也可以由熔射膜构成。该熔射膜是通过氧化锆、氧化铝、二氧化钛这样的陶瓷的粉末或金属陶瓷、莫来石、堇青石、块滑石等复合陶瓷的粉末的熔射处理而得到的多孔质膜。

隔热膜44的膜厚根据作为目标的热物理性质(热传导率及每单位体积的热容)而被调整为10～200μm。此外，在本实施方式1中，由于隔热膜44由同一种类的膜材料构成，所以该目标热物理性质与隔热膜44的形成部位无关而均一。

3.实施方式1的特征

3.1发动机启动时的控制

在本实施方式1中，作为由图1所示的ecu30进行的发动机启动时的控制，进行促进催化剂22的活化的控制(以下，也称作“活化控制”)。在活化控制中，具体而言，在发动机启动时进行的向预热塞(未图示)的通电在发动机主体10的预热完成后也继续进行。根据活化控制，能够使催化剂22在短时间内活化。此外，活化控制在从发动机启动起经过了预定时间后结束。另外，在发动机主体10由火花点火式发动机构成的情况下，活化控制通过点火正时的延迟化、压缩上止点以后的追加的燃料喷射等进行。

3.2由隔热膜的形成部位引起的问题

若在燃烧室的壁面(在本实施方式1中是活塞28的顶面)形成具有摇摆特性的隔热膜(以下，也称作“摇摆膜”)，则能够期待由摇摆膜的低热传导率实现的隔热作用。因而，应该能够将在活化控制中在燃烧室产生的高温状态的燃烧气体导入催化剂。但是，在发动机启动时，多数情况下，从燃烧室到催化剂之间的排气系统的构成部件(更具体而言是排气门、排气口、排气歧管及排气管)的温度没有充分上升。并且，在该情况下，从燃烧室排出的燃烧气体(也就是排气)的热能会被排气系统的构成部件夺走。尤其是，在冷启动时，该热能的大部分会被排气系统的构成部件夺走。

图5是示出燃烧室的壁面上的摇摆膜的形成与否与发动机启动时的气体的温度的关系的坐标图。如图5的左方所示，在燃烧室的壁面形成了摇摆膜的情况下，与不形成摇摆膜的情况相比，燃烧室内的气体(也就是燃烧气体)的最大温度升高。因而，这些情况的温度差(也就是燃烧气体的最大温度差)变大。但是，在图5的右方，这些情况的温度差(也就是排气的最大温度差)变小。这是因为，仅在燃烧室的壁面形成有摇摆膜的话，从燃烧室排出的燃烧气体会被排气系统的构成部件冷却。

假设在排气系统的构成部件的表面全部形成一般的陶瓷系的隔热膜，则通过该隔热膜的隔热作用，能够提高向催化剂流入的排气的温度。但是，陶瓷系的隔热膜与摇摆膜相比热传导率高。因而，排气的热能容易被排气系统的构成部件夺走，难以在短时间内提高向催化剂流入的排气的温度。关于这一点，假设在排气系统的构成部件的表面全部形成摇摆膜，则能够期待摇摆膜的隔热作用。因而，能够使发动机刚启动后的排气的最大温度差接近燃烧气体的最大温度差。因此，能够在短时间内提高向催化剂流入的排气的温度。

图6是说明发动机启动后的经过时间与向催化剂流入的排气的温度的关系的图。如图6所示，在完全不形成摇摆膜的情况(双点划线)及仅在燃烧室的壁面形成了摇摆膜的情况(虚线)下，排气的温度在发动机启动时就不容易上升。另外，在燃烧室的壁面形成了摇摆膜而且在排气系统的构成部件的表面全部形成了陶瓷系的隔热膜的情况(单点划线)下，在排气的温度充分上升之前需要时间。关于这一点，在燃烧室的壁面形成了摇摆膜而且在排气系统的构成部件的表面全部形成了摇摆膜的情况(实线)下，能够使排气的温度在短时间内上升。

但是，若在排气系统的构成部件的表面全部形成摇摆膜，则即使在催化剂的预热完成之后，向催化剂流入的排气的温度高的状态也会继续。也就是说，热稳态时的排气的温度成为高的状态。在这样的情况下，从催化剂保护的观点来看，需要频繁进行降低排气的温度这样的控制。

3.3由隔热膜的形成部位实现的作用·效果

关于这一点，在本实施方式1中，在从燃烧室32到催化剂22之间的排气系统的构成部件的表面形成有隔热膜44。因而，在形成了隔热膜44的构成部件(也就是特定汽缸的伞部42b、特定汽缸的排气口38、连接于这些排气口38的分支管、排气管18及壳体20a)的附近，能够通过隔热膜44的隔热作用而将排气的温度保持为高的状态。因此，能够在短时间内完成活化控制。也就是说，能够缩短活化控制的执行时间。由此，能够缩短向预热塞的通电时间而抑制电力消耗。另外，在发动机主体10由火花点火式发动机构成的情况下，能够抑制燃料消耗。

另外，在本实施方式1中，在从燃烧室32到催化剂22之间的排气系统的构成部件的表面的一部分未形成隔热膜44。因而，在未形成隔热膜44的构成部件(也就是其他汽缸的伞部42b、其他汽缸的排气口38及连接于这些排气口38的分支管)的附近，能够降低排气的温度。因此，能够抑制在催化剂22的预热完成后向催化剂22流入的排气的温度高的状态继续。因此，能够抑制催化剂22的劣化的发展。也能够减少上述的催化剂保护用的控制的执行次数。

实施方式2

接着，参照图7对本发明的实施方式2进行说明。此外，内燃机的结构、隔热膜的形成部位及活化控制的内容与实施方式1相同，因此省略关于它们的说明。

1.实施方式2的特征

1.1隔热膜的结构

在实施方式1中，使摇摆膜的目标热物理性质与它们的形成部位无关而均一。在本实施方式2中，在形成于燃烧室的壁面的摇摆膜(以下，也称作“摇摆膜mc”)和形成于排气系统的构成部件的表面的摇摆膜(以下，也称作“摇摆膜me”)中，使热容c不同。更具体而言，使摇摆膜me的热容ce比摇摆膜mc的热容cc小。

热容c[kj/k]由使用密度ρ[kg/m³]、比热容cp[kj/(kg·k)]及体积v[m³]的下述式(1)来表示。

c＝(ρ×cp)×v…(1)

在本实施方式2中，通过改变密度ρ、比热容cp、体积v中的至少1个来使热容ce比热容cc小。具体而言，通过下述(1)、(2)的方法来使热容ce比热容cc小。

(1)由同一种类的膜材料构成摇摆膜me和摇摆膜mc的情况

(1a)使摇摆膜me的气孔率比摇摆膜mc的气孔率高

(1b)使摇摆膜me的膜厚比摇摆膜mc的膜厚小

(1c)将方法1a与方法1b组合

(2)由不同种类的膜材料构成摇摆膜me和摇摆膜mc的情况

(2a)使摇摆膜me的比热容比摇摆膜mc的比热容小

(2b)将方法2a与方法1a组合

(2c)将方法2a与方法1b组合

(2d)将方法2a、方法1a及方法1b组合

1.2由隔热膜的结构实现的作用·效果

图7是说明发动机启动后的经过时间与向催化剂流入的排气的温度的关系的图。与着眼于发动机刚启动后的排气的温度的图6不同，在图7中着眼于催化剂的预热完成后的排气的温度。如图7所示，在使摇摆膜mc的膜厚与摇摆膜me的膜厚相等的情况(单点划线)下，催化剂的预热完成后的排气的温度高的状态继续。因而，在该情况下，会容易超过标准。相对于此，在使摇摆膜me比摇摆膜mc薄的情况(实线)下，摇摆膜me的总体积比摇摆膜mc的总体积小。因而，能够将催化剂的预热完成后的排气的温度保持为标准以下。因此，能够避免上述的催化剂保护用的控制的执行。

实施方式3.

接着，对本发明的实施方式3进行说明。内燃机的结构、隔热膜的形成部位及活化控制的内容与实施方式1相同，因此省略关于它们的说明。

1.实施方式3的特征

1.1热稳态时的发动机控制

在本实施方式3中，作为由图1所示的ecu30进行的热稳态时的发动机控制，执行使特定汽缸中的燃料喷射继续并使其他汽缸中的燃料喷射休止的控制(以下，也称作“汽缸休止控制”)。汽缸休止控制例如在运转状态处于低负荷区域的情况或预定的怠速条件成立的情况下执行。预定的怠速条件例如是在车速为预定速度以下且加速器开度小于预定量时成立的运转条件。

2.由汽缸休止控制的执行实现的作用·效果

如已经说明那样，在其他汽缸的伞部42b、其他汽缸的排气口38及连接于这些排气口38的分支管未形成隔热膜44。因而，当执行汽缸休止控制时，不会从其他汽缸的燃烧室排出燃烧气体，仅会从特定汽缸的燃烧室排出燃烧气体且该燃烧气体向催化剂22流入。因此，在运转状态处于低负荷区域的情况或预定的怠速条件成立的情况下，能够将来自特定汽缸的燃烧室的排气的热能高效地向催化剂投入而保持催化剂的活化状态。

其他实施方式

上述的各实施方式的内燃机也可以如以下这样变形。

在上述实施方式1中，将1号汽缸#1及4号汽缸#4设为特定汽缸，将2号汽缸#2及3号汽缸#3设为其他汽缸。但是，特定汽缸与其他汽缸的组合不限于此。例如，也可以仅将1号汽缸#1设定为特定汽缸，将2号汽缸#2～4号汽缸#4设定为其他汽缸。还可以将1号汽缸#1及3号汽缸#3设定为特定汽缸，将2号汽缸#2及4号汽缸#4设定为其他汽缸。这样，只要将至少1个汽缸设定为特定汽缸，将其余汽缸设定为其他汽缸，则上述实施方式1的内燃机能够进行各种变形。

此外，在以上的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数字的情况下，除了特别明确说明的情况或在原理上明显确定为该数字的情况之外，本发明不限定于该提及的数字。另外，除了明确说明的情况或在原理上明显确定为此的情况之外，在该实施方式中说明的构造等并非是本发明所必需的。

标号说明

10发动机主体

16排气歧管

18排气管

20增压器

20a壳体

20b涡轮机

20c压缩机

22催化剂

24汽缸体

26汽缸盖

28活塞

30ecu

32燃烧室

34喷射器

38排气口

42排气门

42a轴部

42b伞部

44隔热膜