JP2013185200A - 断熱皮膜構造及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ジルコニア粒子27を含む酸化物層25を有する溶射皮膜21をピストン基材19表面に形成するとともに、酸化物層25に形成された気孔部29に、SiとOとを含むSiO系酸化物31を充填又は略充填する。
【選択図】図5
Description
実施形態1は、本発明に係る断熱皮膜構造を、図1に示すエンジンのピストンに採用したものである。
このエンジンは、直列4気筒2Lガソリンエンジンであり、図1中の符号3はシリンダブロックを、符号5はシリンダヘッドを、符号7は吸気ポート9を開閉する吸気バルブを、符号11は排気ポート13を開閉する排気バルブを、符号15は燃料噴射弁を、それぞれ示している。エンジンの燃焼室は、ピストン1の頂面、シリンダブロック3の内周面、シリンダヘッド5の下面、及び、吸排気バルブ7,11の傘部前面(燃焼室に臨む面)で形成される。ピストン1の頂面には、キャビティ17が形成されている。なお、図1では、点火プラグを図示省略している。
そこで、以下では、上記超高圧縮比ε=20〜50及び高空気過剰率λ=2.5〜6.0で運転されるエンジンにおける、図示熱効率を高める上で必要となる冷却損失低減のための断熱皮膜構造について説明する。図4は、ピストンの断熱皮膜構造を示す断面図である。このピストン1は、エンジンの燃焼室を形成する頂面に溶射皮膜21を備えており、かかる溶射皮膜21は、ピストン基材19の頂面全体に亘って形成されたアンダーコート23と、当該アンダーコート23を覆う酸化物層25と、を有している。
次に、図7に示すフローチャートに基づいて、実施形態1に係る断熱皮膜構造の製造方法について説明する。
本実施形態にかかる断熱皮膜構造による、断熱性および燃料の染み込み抑制の改善効果を確認するために、所定の評価条件の下で、実施例および比較例について図示熱効率(%)および未燃損失割合(%)をそれぞれ求め、これらの結果を対比した。
本実施形態によれば、溶射皮膜21は、熱伝導性の低いジルコニア粒子27を含む酸化物層25を有していることから、ピストン1の頂面の断熱性を向上させて、エンジンの熱効率を高めることができる。
本実施形態は、酸化物層25に意図的に気孔部29を残している点、及び、SiO系酸化物31に中空状粒子33が含まれている点が、上記実施形態1と異なるものである。以下、上記実施形態1と異なる点について説明する。
上記実施形態1では、酸化物層25に存在する気孔部29を、SiO系酸化物31によってほぼ全て塞ぐようにしたが、本実施形態の断熱皮膜構造では、熱伝導率の極めて低い空気を積極的に残すべく、図11に示すように、SiとOとを含むSiO系酸化物31が、酸化物層25に存在する気孔部29のうち、酸化物層25の表面から内部に向かって1/2以下の深さまでの気孔部29に含まれるようにしている。すなわち、この断熱皮膜構造では、酸化物層25の表面から内部に向かって1/2以下の深さまでの気孔部29には、SiO系酸化物31が含まれている一方、酸化物層25における少なくとも1/2の深さを超える部位に存在する気孔部29には、熱伝導性の低い空気が含まれており、断熱性がさらに高まるようになっている。
本実施形態にかかる断熱皮膜構造による、断熱性の改善効果を確認するために、上記実施形態1と全く同じ評価条件で、実施例および比較例について図示熱効率(%)をそれぞれ求め、これらの結果を対比した。
本実施形態によれば、緻密なSiO系酸化物31の中に、中空状粒子33により熱伝導性の低い空気が含まれることから、燃料等の染み込みを抑えつつ、断熱性をさらに高めることができる。
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
21 溶射皮膜
25 酸化物層
27 ジルコニア粒子(ZrO2含有粒子)
29 気孔部
31 SiO系酸化物
33 中空状粒子
S2 溶射工程
S3 塗布工程
Claims (6)
- 基材表面に形成される、溶射皮膜を備える断熱皮膜構造であって、
上記溶射皮膜は、上記基材に対して溶射されたZrO2含有粒子を含む酸化物層を有し、
上記酸化物層は、その表面から内部にかけて気孔部を有しており、
上記気孔部には、SiとOとを含むSiO系酸化物が含まれていることを特徴とする断熱皮膜構造。 - 請求項1記載の断熱皮膜構造において、
上記SiO系酸化物に、中空状粒子が含まれていることを特徴とする断熱皮膜構造。 - 請求項1又は2記載の断熱皮膜構造において、
上記SiO系酸化物は、上記気孔部のうち、上記酸化物層の表面から内部に向かって1/2以下の深さまでの気孔部に、含まれていることを特徴とする断熱皮膜構造。 - 基材表面に形成される、溶射皮膜を備える断熱皮膜構造の製造方法であって、
溶射原料としてのZrO2含有粒子を用意し、
上記ZrO2含有粒子を上記基材に対して溶射して、当該ZrO2含有粒子と気孔部とを含む酸化物層を形成する溶射工程と、
上記酸化物層の表面に、パーヒドロポリシラザンの溶液、又は、空気中の水分と反応して−Si−O−Si−O−を主鎖とする無機系ポリマーとなる、アルコキシシラン化合物を主成分とする溶液、を塗布して、上記気孔部に含浸させる塗布工程と、
を含むことを特徴とする断熱皮膜構造の製造方法。 - 請求項4記載の断熱皮膜構造の製造方法において、
上記パーヒドロポリシラザンの溶液、又は、上記アルコキシシラン化合物を主成分とする溶液の室温における粘度が、10〜10000mPa・sであることを特徴とする断熱皮膜構造の製造方法。 - 請求項5記載の断熱皮膜構造の製造方法において、
上記パーヒドロポリシラザンの溶液、又は、上記アルコキシシラン化合物を主成分とする溶液の室温における粘度が、500〜5000mPa・sであることを特徴とする断熱皮膜構造の製造方法。
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