内燃发动机的热绝缘的制作方法
【专利说明】内燃发动机的热绝缘
[0001]本发明涉及一种热绝缘的内燃发动机，其中聚氨酯泡沫完全地或一定程度地围绕内燃发动机的一个或多个部件的外表面。本发明还涉及一种制造热绝缘的内燃发动机的方法，所述方法通过以下过程进行:对于发动机部件，使用模具围绕内燃发动机部件内待用泡沫围绕的部分，从而在发动机部件和模具之间产生空腔，向空腔内充入聚氨酯反应混合物，使聚氨酯反应混合物完成其反应，从而生成聚氨酯泡沫，然后移除模具。
[0002]内燃发动机、特别是机动车辆中的内燃发动机是考虑到环境温度以上的特定的运行温度而设计的。运转冷机状态下的发动机会导致增加发动机的磨损;此外，冷机状态下的发动机比在运行温度下的发动机使用明显更多的燃料，并释放更多的有害物质，并且冷机状态下的发动机在加热机动车辆方面的性能也是不足的。在频繁重复的短距离行驶期间，这些问题变得尤为明显。发动机在这些行程之间冷却，而且所行驶的距离通常不足以促使发动机达到运行温度。这些状况导致发动机的高度磨损和难以接受的燃料消耗。总体而言有利的是，一旦启动内燃发动机其便迅速达到运行温度，并且当暂时关闭时其将所产生的热量保持尽可能长的时间，以使随后的低于运行温度的运行阶段尽可能短。
[0003]这可以例如通过热绝缘的内燃发动机而实现。此类热绝缘是已知的并且记载在例如DE 199 35 335中。DE 199 35 335公开了由聚氨酯制成的用于内燃发动机的热绝缘体。在此文件中，绝缘可通过使硬质聚氨酯泡沫在发动机壳体上直接发泡来实施。这可通过用泡沫围绕发动机壳体和附加组件而实现。该实施方案的优点在于完全密封发动机壳体，这产生非常好的热绝缘效果以及特别地非常好的隔音效果。此外，该方法非常易于实施，这是因为所需要的仅仅是将液体发泡成分施用在发动机的外表面，而不需要封装物的单独成形和安装。然而，其缺点在于，发动机运行时需要除去该封装物，这通常伴随对发动机的破坏。此外，接近发动机的外表面以进行维修工作是有障碍的，并且故障部件如传感器的替换也是不易的。
[0004]对发动机进行粘接封装的另一种可能性可包括将绝缘材料制成一整块或多个部分，优选作为模制品，然后将其粘接粘合至发动机壳体。此方法也可以实现发动机壳体的完全密封，并具有上述优点。但是，完全封装仍然大大增加了维修驱动组件的困难。此外，随后粘接粘合至发动机外表面的绝缘部件需要相对大量的生产资源，这导致成本增加。
[0005]DE 199 35 335中公开的另一种可能性是作为自支撑单元(self-supportingunit)的封装物。在此文件中，可以制备由聚氨酯泡沫制成的模制品，且这些模制品可围绕发动机附着。此文件也可以将封装物设计成一个部分或多个部分。该实施方案相对于围绕驱动组件直接发泡的优势在于，在对发动机进行维护和维修作业的情况下，封装物易于拆卸，并且可以再使用该封装物。与发动机的直接发泡相比的缺点在于，封装物的制备和连接需要更多的资源，并且绝缘体占据了相当多的空间。此外，在发动机运转期间，封装物可能变得松动，由此所导致的泄漏问题可损害发动机的热绝缘和隔音效果。
[0006]因此，本发明的目的在于为内燃发动机提供易于维持的热绝缘体，其中绝缘体仅需要很小的安装空间。
[0007]本发明的目的通过热绝缘的内燃发动机而实现，其中聚氨酯泡沫完全地或一定程度地围绕内燃发动机的一个或多个部件的外表面，其中内燃发动机的其他部件完全地或一定程度地不被聚氨酯泡沫围绕。本发明的目的还通过一种制造热绝缘的内燃发动机的方法而实现，所述方法通过以下过程进行:对于发动机部件，使用模具围绕内燃发动机部件内待用泡沫围绕的部分，从而在发动机部件和模具之间产生空腔，向空腔内充入聚氨酯反应混合物，使聚氨酯反应混合物完成其反应，从而生成聚氨酯泡沫，然后移除模具。
[0008]例如在机动车辆中使用的常规内燃发动机包括带有缸膛(cylinderbore)和曲轴的曲轴箱以及气缸盖，所述汽缸盖形成内燃发动机燃烧室的上端。在所有现有的四冲程发动机(four-stroke engine)的情况下，气缸盖调节进口管和出口管以及用于气体交换过程的阀门控制系统，所述汽缸盖包括阀门、用于润滑阀门机构的油道、水冷发动机情况下的冷却液管、火花点火发动机情况下的火花塞以及柴油发动机情况下的注射管嘴。油槽连接曲轴箱的下侧。定时箱大多数情况下连接在发动机的前侧并且包括例如一一如果存在一一用于阀门机构和冷却水栗的驱动装置。此处，定时箱盖就曲轴箱而言密封定时箱。高压喷射式发动机具有喷射栗，此外所有发动机均具有多个通过螺纹连接至曲轴箱的组件，例如发电机、起动机以及例如空调系统的压缩机。此外，为了本发明的目的，内燃发动机可包括变速系统和用于吸入工作气体的吸入模块。为了本发明的目的，这些组件称为“内燃发动机的部件”。
[0009]优选的是，聚氨酯泡沫在各种情况下完全地或一定程度地围绕曲轴箱、油槽、气缸盖、变速箱和/或定时箱盖的外表面。还可以用聚氨酯泡沫完全地或一定程度地覆盖单个的连接组件，连接组件的实例为发动机支撑件和组件。本文中优选的是，聚氨酯泡沫以引起摩擦连接和/或联锁连接的方式围绕发动机部件，特别优选的是，聚氨酯泡沫例如借助聚氨酯的粘接作用而粘接在相关发动机部件的外表面。在另一优选的实施方案中，聚氨酯泡沫也可与发动机部件的外表面相距一定距离，例如相距0.1至10mm。还优选的是，在发动机上安装传感器如爆震传感器的位置处的聚氨酯泡沫中存在空间。
[0010]皮带轮、发电机、水栗和机油滤清器的远离发动机的一侧(外侧)一定程度地没有被聚氨酯泡沫围绕，因此容易进行例如维护作业和维修作业。本文中，在临近所述部件处的聚氨酯绝缘的设计使得可以拆卸所述部件而不损坏聚氨酯泡沫。优选地避免经由不包含在绝缘聚氨酯层中的部件的热损失，这是因为绝缘层(例如由高性能塑料制成的绝缘层)置于在不包含在聚氨酯层中的部件与发动机或变速器之间，或者是因为使接触面积最小化。
[0011]同样至少一定程度地没有被聚氨酯围绕的是可具有180°C以上的运行温度的发动机部件的外表面，所述发动机部件为例如排气系统的歧管法兰(man if ο 1 d flange)、催化设备或所存在的任意的涡轮增压器。目的是尽可能地避免运行期间这些部件过热。为了防止聚氨酯泡沫在这些高温部件环境中的可能的损坏，优选用耐高温绝缘材料将这些高温组件与聚氨酯泡沫绝缘，所述耐高温绝缘材料为例玻璃纤维毡和/或矿物绝缘材料如矿物纤维无纺织物。优选的是，在聚氨酯层与高温部件之间的邻近高温部件处，沿着耐高温绝缘材料或替代该耐高温绝缘材料，施加另外一层涂层，所述涂层由能够保护聚氨酯泡沫免受辐射热的耐高温刺激材料制成。特别优选的是，所述涂层是具有金属表面的箔，如铝箔。该辐射保护也可以施加在聚氨酯的表面。特别优选的是，不与任意聚氨酯绝缘体相对的高温部件的外表面不具有热绝缘性，以便可以耗散热量而使所述部件不会过热。
[0012]绝缘聚氨酯层的设计通常应最大程度地降低发动机的热耗散，但也应避免任何对安装空间的过度需求。因此，绝缘聚氨酯层的厚度通常为1至100mm、优选为5至50mm且特别优选为10至40mm。本文中，在将聚氨酯泡沫直接粘接到电动机部件上的情况下，不需要任何单独的、随后的粘接粘合，或不需要绝缘发动机部件之间的任何密封。
[0013]为了提供对侵蚀性液体如燃料、发动机油、制动液或防冻剂的防护，还可在聚氨酯泡沫的内层和/或外层的周围存在金属层，例如薄铝层。此外，该设计还会导致辐射热的额外反射。此外，其还可对外表面提供装饰性设计。
[0014]优选的是，本发明中所使用的聚氨酯泡沫极耐温度变化。其必须经受至少140°C、优选150°C且特别优选180°C的温度的持续照射10至20年的时间，而不受损害。
[0015]聚氨酯泡沫也可以包含至少一层用于隔绝固体传声(solid-borne sound)的层。本文中的实例为具有特定填料如重晶石的聚氨酯泡沫。尽量使该层为中间层或者位于远离发动机的一侧，这是因为它们大多不耐温度变化。本文中优选的是，用于隔绝固体传声的层的厚度为0.5至10mm。
[0016]本发明所使用的聚氨酯泡沫通过多异氰酸酯与具有至少两个对异氰酸酯基团呈反应性的氢原子的化合物的反应制备。优选使用的硬质聚氨酯泡沫一一其为耐温度变化的泡沫一一优选地通过使用下列起始组分制备:
[0017]多异氰酸酯，所使用的多异氰酸酯通常为脂族多异氰酸酯和/或芳族多异氰酸酯，优选芳族多异氰酸酯。本文中，最重要的工业材料为甲苯二异氰酸酯异构体，特别地为二苯基甲烷二异氰酸酯异构体。然而，优选使用二苯基甲烷二异氰酸酯和聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯的混合物一一称为粗MDI。可使用的其他多异氰酸酯为称作改性多异氰酸酯的多异氰酸酯，即通过例如结合氨基甲酸酯基团、脲基甲酸酯基团或异氰脲酸酯基团而改性的多异氰酸酯。耐温度变化的硬质聚氨酯泡沫中所使用的特别重要的材料为经异氰脲酸酯基团改性的多异氰酸酯；由其制备的硬质泡沫通常也称为多异氰脲酸酯泡沫(PIR泡沫)。
[0018]具有至少两个对异氰酸酯基团呈反应性的氢原子的化合物，所使用的通常为分子量大于400道尔顿至约20000道尔顿的