JP6090282B2 - Method for forming a heat insulating layer on the inner peripheral surface of a cylindrical hole - Google Patents
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Description
本発明は、円筒孔の内周面に断熱層を形成する断熱層形成方法、断熱層形成構造、及び該断熱層形成構造を備えたエンジンに関するものである。 The present invention relates to a heat insulating layer forming method for forming a heat insulating layer on an inner peripheral surface of a cylindrical hole, a heat insulating layer forming structure, and an engine including the heat insulating layer forming structure.
エネルギーの供給を必要とする産業機器や民生機器では、エネルギー効率を高めるために、従来より各種の断熱材が使用され、また、断熱材の研究開発も行なわれている。例えば、自動車においては、エンジンの冷却損失を低減し、その熱効率を高めるために、燃焼室の壁面に設ける断熱層の研究開発が進められている。 In industrial equipment and consumer equipment that require energy supply, various types of heat insulating materials have been conventionally used in order to increase energy efficiency, and research and development of heat insulating materials have been conducted. For example, in an automobile, in order to reduce engine cooling loss and increase its thermal efficiency, research and development of a heat insulating layer provided on a wall surface of a combustion chamber is underway.
そこで、このような断熱層として、例えば特許文献1には、スプレー塗布法により形成された、中空粒子がシリコーン樹脂層中に分散している構造のものが記載されている。また、特許文献2には、中空粒子が細密充填状態でZrO2層内に配置されている構造が記載されている。
Therefore, as such a heat insulating layer, for example, Patent Document 1 describes a structure in which hollow particles formed by a spray coating method are dispersed in a silicone resin layer.
ところで、エンジンの冷却損失を低減するために断熱層を設ける箇所は、ピストン頂面、ピストンと対面するシリンダヘッド、吸排気バルブ、シリンダボア面等があるが、このうち、シリンダボア面への断熱層形成方法、及び断熱層構造については、前記両特許文献には具体的な記載がない。 By the way, in order to reduce the cooling loss of the engine, the place where the heat insulating layer is provided includes the piston top surface, the cylinder head facing the piston, the intake / exhaust valve, the cylinder bore surface, etc. Regarding the method and the heat insulating layer structure, there is no specific description in both patent documents.
この点、特許文献3には、シリンダライナにおいて、ピストン上死点位置のトップリングよりも燃焼室側の少なくとも一部分を円周方向全周にわたって内周から外周に連続する断熱材料の溶射部で形成した構造が記載されている。
In this regard,
一般に、断熱層の断熱性能を考慮すると、断熱層の厚さはできる限り均一であることが望ましい。しかし、例えば溶射等の従来の方法により、円筒孔の内周面のみに均一な厚さの断熱層を形成することは極めて困難である。従って、前記特許文献3に記載のものでは、シリンダライナの外周面に環状溝を形成し、溶射により断熱材料をこの環状溝内に充填した後、内周面を研削して内周面側に断熱層を露出させている。この方法によれば均一な断熱層を形成することが可能である。
In general, considering the heat insulating performance of the heat insulating layer, it is desirable that the thickness of the heat insulating layer be as uniform as possible. However, it is extremely difficult to form a heat insulating layer having a uniform thickness only on the inner peripheral surface of the cylindrical hole by a conventional method such as thermal spraying. Therefore, in the thing of the said
しかしながら、本方法では、シリンダライナ外周面と内周面の両面の研削が必要であり、労力を要すため現実的ではない。また、一般に、溶射部はポーラスであるため、シリンダブロックの熱変形に起因するクラックの発生や表面粗さの影響による燃焼ガス流れの乱れ等も問題となる。 However, this method requires grinding of both the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the cylinder liner, which is not practical because it requires labor. In general, since the sprayed portion is porous, the occurrence of cracks due to thermal deformation of the cylinder block, the disturbance of the combustion gas flow due to the influence of surface roughness, and the like are also problems.
そこで、特許文献1のような、中空粒子含有シリコーン系樹脂断熱層を円筒孔の内周面に形成することにより、シリンダブロックの熱変形を吸収することが有効であると考えられる。しかし、シリコーン系樹脂等の材料は溶射材と比べて硬度が低い。このため、断熱層を形成した後に、ピストンをシリンダブロック上部(シリンダヘッド側)から挿入すると、その挿入途中でピストンリングによってシリコーン樹脂断熱層表面に傷が発生することが懸念される。 Therefore, it is considered effective to absorb the thermal deformation of the cylinder block by forming a hollow particle-containing silicone-based resin heat insulating layer as in Patent Document 1 on the inner peripheral surface of the cylindrical hole. However, materials such as silicone resins have a lower hardness than thermal spray materials. For this reason, when the piston is inserted from the upper part of the cylinder block (on the cylinder head side) after the heat insulating layer is formed, there is a concern that the surface of the silicone resin heat insulating layer may be damaged by the piston ring during the insertion.
従って、本発明は、エンジンのシリンダブロックのシリンダボア面等、円筒孔の内周面に断熱層を設ける際に、簡便に断熱層を形成する方法、そのような断熱層が形成された構造、及びそのような構造を有するエンジンを提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a method for easily forming a heat insulating layer when a heat insulating layer is provided on the inner peripheral surface of a cylindrical hole, such as a cylinder bore surface of a cylinder block of an engine, a structure in which such a heat insulating layer is formed, and It is an object to provide an engine having such a structure.
前記課題を解決するために、本発明では、金属製の薄板上に中空粒子含有シリコーン系樹脂等の断熱材を略均一に塗布して塗膜を形成し、その塗膜側が内周面となるように前記薄板とともに円筒状に丸める加工を行い、この塗膜付薄板を熱処理後、円筒孔の内周面に設置することにより、円筒孔の内周面に断熱層を形成するようにした。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a coating film is formed by applying a heat insulating material such as a hollow particle-containing silicone resin substantially uniformly on a metal thin plate, and the coating film side becomes the inner peripheral surface. In this way, the thin plate was rounded into a cylindrical shape together with this thin plate, and the heat-treated thin plate was placed on the inner peripheral surface of the cylindrical hole to form a heat insulating layer on the inner peripheral surface of the cylindrical hole.
すなわち、ここに開示する断熱層形成方法は、エンジンのシリンダブロックのシリンダボア面に断熱層を形成する断熱層形成方法であって、前記シリンダボア面のピストンの上死点におけるトップリングの位置よりもシリンダヘッド側に段状に拡径した拡径部を形成する拡径工程と、金属薄板の表面に前記薄板よりも熱伝導性の低い断熱材を略均一の厚さに塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜が形成された塗膜付薄板を、該薄板の塗膜が形成されていない裏面が前記シリンダボア面の拡径部に接触可能となるように円筒状に成形する成形工程と、前記成形された塗膜付薄板を熱処理して前記塗膜を断熱層に変える熱処理工程と、ピストン挿入用の治具を前記シリンダボア面の前記拡径部に配置し、該治具を通じて前記シリンダボアに前記ピストンを挿入するピストン挿入工程と、前記ピストン挿入工程後に、前記拡径部に前記熱処理された断熱層付薄板を設置する設置工程とを備えたことを特徴とする。 That is, the heat insulating layer forming method disclosed herein is a heat insulating layer forming method in which a heat insulating layer is formed on the cylinder bore surface of a cylinder block of an engine, and the cylinder is positioned more than the position of the top ring at the top dead center of the piston on the cylinder bore surface. Forming a coating film by applying a step of expanding the diameter of the head to the head side and applying a heat insulation material with a lower thermal conductivity than the thin plate to the surface of the thin metal plate to a substantially uniform thickness. Forming a coating-coated thin plate on which the coating film is formed, and forming the cylindrical plate so that the back surface of the thin plate on which the coating film is not formed can come into contact with the enlarged portion of the cylinder bore surface A heat treatment step of heat-treating the formed thin plate with a coating film to convert the coating film into a heat-insulating layer, and a jig for inserting a piston in the diameter-expanded portion of the cylinder bore surface. The cylinder through the tool A piston inserting step of inserting the piston in A, after the piston insertion step, characterized in that a placing step of placing said heat-insulation layer provided sheet to the enlarged diameter portion.
本構成によれば、平坦な金属薄板上に断熱材の塗膜を形成するため、略均一の厚さを有する良好な膜質の塗膜を容易に形成することができる。そして、塗膜付薄板をシリンダボアのシリンダボア面に合わせて円筒状に加工し、塗膜を焼成して断熱層を形成し、この断熱層付薄板をシリンダボア内に設置するので、簡便にシリンダボア内に略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層を形成することができる。そして、拡径部を形成し、前記断熱層付薄板をこの拡径部に設置することにより、断熱層をより確実に固定することができる。また、所望の位置に拡径部を形成することにより、所望の位置に断熱層を形成することができる。また、シリンダブロックの下部は、オイルジェット装置等が配置されており、またコンロッドのメインジャーナル間隔がシリンダボアの径よりも狭いため、ピストンはシリンダブロックのシリンダヘッド側から挿入する以外に方法はない。しかし、上述のごとく、シリンダボアの内周面に断熱層を形成してからピストンを挿入すれば、溶射層よりも硬度の低い断熱層はピストンリングにより傷つく可能性がある。そこで、前記構成とすることにより、断熱層形成前にピストンを挿入することができ、ピストンリングが断熱層を傷つけることなく、ピストンを挿入することができる。また、断熱層付薄板はピストン上死点のトップリングの位置よりもシリンダヘッド側に設置されるため、ピストンの摺動時においてもピストンリングが断熱層表面に接触することがなく、断熱層の劣化を防止することができる。 According to this structure, since the coating film of a heat insulating material is formed on a flat metal thin plate, a coating film with a good film quality having a substantially uniform thickness can be easily formed. Then, processed into cylindrical thin plates with a coating film in accordance with the cylinder bore surface of the cylinder bore, by firing a coating film to form a heat insulating layer, so installing a thin plate with the heat insulating layer into the cylinder bore, conveniently into the cylinder bore It is possible to form a heat insulating layer with a good film quality having a substantially uniform thickness. And a heat insulation layer can be fixed more reliably by forming a diameter expansion part and installing the said thin plate with a heat insulation layer in this diameter expansion part. Moreover, a heat insulation layer can be formed in a desired position by forming an enlarged diameter part in a desired position. In addition, since an oil jet device or the like is disposed at the lower part of the cylinder block, and the main journal interval of the connecting rod is narrower than the diameter of the cylinder bore, there is no method other than inserting the piston from the cylinder head side of the cylinder block. However, as described above, if the heat insulating layer is formed on the inner peripheral surface of the cylinder bore and then the piston is inserted, the heat insulating layer having a lower hardness than the sprayed layer may be damaged by the piston ring. Therefore, with the above-described configuration, the piston can be inserted before the heat insulating layer is formed, and the piston can be inserted without the piston ring damaging the heat insulating layer. In addition, since the thin plate with a heat insulating layer is installed closer to the cylinder head than the top ring position of the top dead center of the piston, the piston ring does not contact the surface of the heat insulating layer even when the piston slides. Deterioration can be prevented.
ここで、前記塗膜を形成する方法としては、例えば、ドクターブレード法やスプレー塗布、刷毛塗り等の方法を使用することができ、特に好ましくは、ドクターブレード法を使用することができる。これにより、略均一の厚さの塗膜を効果的に形成することができる。なお、本発明において「略均一の厚さ」とは、塗膜焼成後の断熱層の表面粗さがRa10μm以下であることを意味する。 Here, as a method for forming the coating film, for example, a doctor blade method, a spray coating method, a brush coating method, or the like can be used, and a doctor blade method can be used particularly preferably. Thereby, the coating film of substantially uniform thickness can be formed effectively. In the present invention, the “substantially uniform thickness” means that the surface roughness of the heat insulating layer after baking the coating film is Ra 10 μm or less.
また、断熱材の塗膜は、多数の中空粒子と、該中空粒子間を埋めると共に前記中空粒子を前記薄板上に保持するバインダとを備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the coating film of a heat insulating material includes a large number of hollow particles and a binder that fills the space between the hollow particles and holds the hollow particles on the thin plate.
中空粒子としては、例えば、アルミナバブル、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、エアロゲルバルーン等のセラミック系中空粒子を採用することができる。 As the hollow particles, for example, ceramic hollow particles such as alumina bubbles, fly ash balloons, shirasu balloons, silica balloons, and airgel balloons can be employed.
バインダとしては、例えば、メチルシリコーンレジン、メチルフェニルシリコーンレジンに代表される、分岐度の高い3次元ポリマーからなるシリコーンレジンを用いることができる。シリコーンレジンの具体例としては、例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。 As the binder, for example, a silicone resin made of a three-dimensional polymer having a high degree of branching, represented by methyl silicone resin and methylphenyl silicone resin, can be used. Specific examples of the silicone resin include polyalkylphenylsiloxane.
熱伝導率の低いシリコーンレジン中に中空粒子を含むことで熱伝導性の低い空気が多く含まれることになり、前記塗膜はより低い熱伝導性を有するものとなる。 By including hollow particles in the silicone resin having a low thermal conductivity, a large amount of air having a low thermal conductivity is included, and the coating film has a lower thermal conductivity.
また、塗膜付薄板の成形工程では、薄板の両端は、例えば溶接、ロー付、接着剤等により接合され得る。 Moreover, in the forming process of the thin plate with a coating film, both ends of the thin plate can be joined by welding, brazing, adhesive, or the like.
本発明は、エンジンのシリンダブロックにおけるシリンダボアに加え、例えばシリンダボアに接合されるシリンダライナ、吸気管、排気管、過給機の出入り口管等の円筒孔の内周面にも適用することができる。 The present invention can be added to the cylinder bores in the cylinder block of the engine, for example a cylinder liner, the intake pipe to be joined to the cylinder bore, the exhaust pipe, is applied to the inner circumferential surface of the cylindrical bore of the entrance tube or the like of the turbocharger .
例えば、断熱層が形成された構造は、エンジンのシリンダブロックのシリンダボア面に断熱層が形成された断熱層形成構造であって、前記シリンダボア面のピストン上死点におけるトップリングの位置よりもシリンダヘッド側の部分に段状に拡径された拡径部が形成されており、前記断熱層は、金属薄板の表面に前記薄板よりも熱伝導性の低い断熱材を略均一の厚さに塗布してなる塗膜からなり、前記断熱層が形成された断熱層付薄板は、該薄板の裏面が前記シリンダボア面に形成された前記拡径部の内周面に接するように円筒状に成形されており、前記断熱層は、前記成形された断熱層付薄板が前記拡径部に嵌合されることにより、前記薄板を介して前記シリンダボア面上のピストン上死点におけるトップリングの位置よりもシリンダヘッド側に形成されており、前記断熱層付薄板の幅は、1.5cm以上3.0cm以下であり、前記断熱層付薄板の前記シリンダヘッド側の端面は、前記シリンダブロックのシリンダヘッド側の端面と面一になっており、前記断熱層付薄板の前記断熱層の表面は、前記シリンダボア面のうち前記拡径部以外のシリンダボア面と面一であり、前記断熱層付薄板は、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に介在するガスケットにより押圧固定されている構造とすることができる。 For example, the structure in which the heat insulating layer is formed is a heat insulating layer forming structure in which a heat insulating layer is formed on the cylinder bore surface of the cylinder block of the engine, and the cylinder head is positioned more than the position of the top ring at the piston top dead center of the cylinder bore surface. A diameter-enlarged portion having a stepped diameter is formed on the side portion, and the heat insulating layer is formed by applying a heat insulating material having a lower thermal conductivity than the thin plate on the surface of the metal thin plate to a substantially uniform thickness. The thin plate with a heat insulating layer formed of the coating film and formed with the heat insulating layer is formed into a cylindrical shape so that the back surface of the thin plate is in contact with the inner peripheral surface of the enlarged diameter portion formed on the cylinder bore surface. The heat insulating layer is formed by fitting the formed thin plate with the heat insulating layer into the diameter-expanded portion, so that the cylinder head is positioned more than the top ring position at the top dead center of the piston on the cylinder bore surface via the thin plate. And the end face on the cylinder head side of the cylinder block side of the cylinder block is the end face on the cylinder head side of the cylinder block. The surface of the heat insulation layer of the thin plate with a heat insulation layer is flush with a cylinder bore surface other than the enlarged diameter portion of the cylinder bore surface, and the thin plate with a heat insulation layer is the cylinder block. may have a structure that is pressed and fixed with a gasket interposed between said cylinder head.
このような構造では、断熱層は平坦な金属薄板上に形成されており、シリンダボアのシリンダボア面に合わせて円筒状に加工した断熱層付薄板をシリンダボア内に設置するだけであるので、略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層が形成されたシリンダボア面を簡便に得ることができる。また、断熱層がピストン上死点におけるトップリングの位置よりもシリンダヘッド側に形成されているから、燃焼室を構成するシリンダブロックからの熱引けを抑える、即ち冷却損失を低減できとともに、シリンダボア内をピストンが往復動しても、ピストンリングが断熱層上を摺動することがなく、断熱層を傷つけることがないため、断熱層の劣化を防ぐことができる。さらに、前記断熱層は、前記断熱層付薄板が前記拡径部に設置されることにより、当該拡径部に形成されている。そうして、断熱層をシリンダボアの内周面上により確実に固定することができる。そして、前記断熱層付薄板は、前記シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介在するガスケットにより押圧固定されているから、より確実に断熱層をシリンダボア内周面上に固定することができる。 In such a structure, the heat insulating layer is formed on a flat metal thin plate, and a thin plate with a heat insulating layer processed into a cylindrical shape in accordance with the cylinder bore surface of the cylinder bore is simply installed in the cylinder bore. A cylinder bore surface on which a heat insulating layer having a good film quality having a thickness is formed can be easily obtained. In addition, since the heat insulating layer is formed on the cylinder head side from the top ring position at the top dead center of the piston, it is possible to suppress heat loss from the cylinder block that constitutes the combustion chamber, that is, to reduce cooling loss and to reduce the inside of the cylinder bore. Even if the piston reciprocates, the piston ring does not slide on the heat insulating layer, and the heat insulating layer is not damaged, so that deterioration of the heat insulating layer can be prevented. Furthermore, the said heat insulation layer is formed in the said enlarged diameter part by installing the said thin plate with a heat insulation layer in the said enlarged diameter part. Thus, the heat insulating layer can be more securely fixed on the inner peripheral surface of the cylinder bore. And since the said thin plate with a heat insulation layer is press-fixed by the gasket interposed between the said cylinder block and a cylinder head, a heat insulation layer can be more reliably fixed on a cylinder bore internal peripheral surface.
例えば、シリンダボアの内周面上部に高い断熱性能と耐久性を備えた断熱層を有するエンジンをもたらすことができる。 For example, an engine having a heat insulation layer having high heat insulation performance and durability on the inner peripheral surface of the cylinder bore can be provided.
以上説明したように、本発明によれば、円筒状に成形された断熱層付薄板をシリンダボア内に設置するので、簡便にシリンダボア内に略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層を形成することができる。 As described above, according to the present invention, since installing a cylindrically shaped thermal insulation layer provided sheet into the cylinder bore, forms an insulating layer of good film quality with a substantially uniform thickness in conveniently within the cylinder bore can do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
[第1実施形態]
<エンジンについて>
図1は、本発明に係る断熱層形成構造を採用したエンジンの構造を示している。
[First Embodiment]
<About the engine>
FIG. 1 shows the structure of an engine employing a heat insulating layer forming structure according to the present invention.
図1に示すエンジンEにおいて、1はピストン、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はシリンダヘッド3の吸気ポート5を開閉する吸気バルブ、6は排気ポート7を開閉する排気バルブ、8は燃料噴射弁である。
In the engine E shown in FIG. 1, 1 is a piston, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is an intake valve for opening and closing an
エンジンEの燃焼室は、ピストン1の頂面、シリンダブロック2の内周面、シリンダヘッド3の下面、及び、吸排気バルブ4,6の傘部下面(燃焼室に臨む面)で形成される。
The combustion chamber of the engine E is formed by the top surface of the piston 1, the inner peripheral surface of the
ピストン1には、その頂面にキャビティ9が形成されている一方、その上端部の外周面にトップリング10が設置されており、ピストン1はシリンダブロック2のシリンダボア11内を往復動する。なお、点火プラグの図示は省略している。
A
<断熱層形成構造について>
本実施形態に係る断熱層形成構造は、断熱層13が、シリンダブロック2の内周面、すなわちシリンダボア11のボア面(シリンダボア面)において、ピストン1の上死点におけるトップリング10の位置よりもシリンダヘッド3側に形成された構造である。
<About heat insulation layer formation structure>
In the heat insulating layer forming structure according to the present embodiment, the
すなわち、図2に示すように、シリンダボア面のピストン1上死点におけるトップリング10の位置よりもシリンダヘッド3側の部分に、段状に拡径された拡径部14が形成されており、断熱層13は、当該断熱層13が形成された薄板12がこの拡径部14に設置されることにより、当該拡径部14に形成されている。
That is, as shown in FIG. 2, the stepped diameter-expanded
薄板12は、金属製であり、例えばアルミニウム、鋳鉄合金等を使用することができる。薄板12の厚さは0.30mm〜5.0mm、より好ましくは0.50mm〜3.0mm、特に好ましくは0.70mm〜1.5mmである。また、薄板12の幅は、拡径部14におけるシリンダボア11の軸方向の拡径加工量に対応していることが好ましく、具体的には例えば、シリンダボア11の端部から1.0cm〜3.5cm、好ましくは1.5cm〜3.0cm、特に好ましくは2.0cm〜2.5cmである。
The
断熱層13は、薄板12よりも熱伝導性の低い断熱材からなり、無機酸化物よりなる多数の中空粒子と、この中空粒子間を埋めて当該断熱層13の母材(マトリックス)を形成すると共に中空粒子を薄板12上に保持するシリコーン樹脂系のバインダとを備えてなる。
The
中空粒子としては、例えば、アルミナバブル、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、エアロゲルバルーン等のセラミック系中空粒子を採用することができる。 As the hollow particles, for example, ceramic hollow particles such as alumina bubbles, fly ash balloons, shirasu balloons, silica balloons, and airgel balloons can be employed.
バインダとしては、例えば、メチルシリコーンレジン、メチルフェニルシリコーンレジンに代表される、分岐度の高い3次元ポリマーからなるシリコーンレジンを用いることができる。シリコーンレジンの具体例としては、例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。 As the binder, for example, a silicone resin made of a three-dimensional polymer having a high degree of branching, represented by methyl silicone resin and methylphenyl silicone resin, can be used. Specific examples of the silicone resin include polyalkylphenylsiloxane.
また、断熱層13が形成された薄板12は、シリンダブロック2とシリンダヘッド3との間に介在するガスケット15により押圧固定されている。
The
<断熱層形成方法について>
本実施形態に係る断熱層形成構造は、図3に示す方法により形成することができる。
<About heat insulation layer formation method>
The heat insulation layer formation structure concerning this embodiment can be formed by the method shown in FIG.
(断熱層付薄板の形成)
まず、薄板12の表面に、薄板12よりも熱伝導性の低い断熱材13aを略均一の厚さに塗布して塗膜13bを形成する(A1)。
(Formation of thin plate with heat insulation layer)
First, a
薄板12と、断熱材13aを準備する。脱脂処理により、薄板12に付着している油脂や指紋等の汚れを除去する。また、中空粒子とバインダを攪拌・混合した断熱材13aを準備する。必要に応じて、増粘剤や希釈溶剤を添加して断熱材13aの粘度を調整する。薄板12と断熱材13a、特にバインダとの付着力を高めるべく、薄板12に粗面化処理を施すことが好ましい。粗面化処理としては、例えばサンドブラスト等のブラスト処理を行うことが好ましい。例えば、ブラスト処理は、エアーブラスト装置を使用し、研削材として粒度#30のアルミナを用い、圧力0.39MPa、時間45秒、距離100mmの処理条件で行うことができる。なお、これに限らず、薄板12がアルミニウム合金からなる場合、アルマイト処理によってピストン1の頂面に微小凹凸を形成するようにしてもよい。例えば、アルマイト処理は、シュウ酸浴を用い、浴温20℃、電流密度2A/dm2、時間20分の処理条件で行うことができる。
The
この塗膜形成工程A1において、塗膜を形成する方法としては、例えば、ドクターブレード法、スプレー塗布、刷毛塗り等を使用することができる。本実施形態においては、ドクターブレード法を使用する。 In the coating film forming step A1, as a method for forming a coating film, for example, a doctor blade method, spray coating, brush coating, or the like can be used. In this embodiment, a doctor blade method is used.
図4に示すように、ドクターブレード法によれば、薄板12をコンベアT上に配置し、その薄板12上に断熱材13aを載せる。そして、コンベアTを図4中の矢印方向に移動させる。このとき、薄板12上方に薄板12表面から所定距離だけ離間して配置されたブレードBにより断熱材13aが引き延ばされ、前記所定距離に相当する厚さの塗膜13bが薄板12表面上に形成される。また、必要に応じて、当該ドクターブレード法による塗布を繰り返し(重ね塗り)、所望の厚さとすることができる。これにより、薄板12上に略均一の厚さに塗膜13bを形成することができる。
As shown in FIG. 4, according to the doctor blade method, the
続いて、熱風乾燥、赤外線ヒータ等により、塗膜13bの予備乾燥を行う。なお、塗膜13bの厚さは、例えば40μm以上200μm以下となるようにする。
Subsequently, the
次に、塗膜13bが形成された塗膜付薄板12を、円筒状に成形する(A2)。
Next, the coated
このとき、図5に示すように、塗膜付薄板12は、塗膜付薄板12の裏面がシリンダボア面に形成された拡径部14の内周面に接触可能となるように円筒状に成形される。換言すると、成形された塗膜付薄板12の外径は、拡径部14の内径に一致することになる。
At this time, as shown in FIG. 5, the coated
また、図5に示すように、成形された塗膜付薄板12は接合部Wを有する。すなわち、塗膜付薄板12の両端は、例えば溶接、ロー付、接着剤等により接合されて、接合部Wを形成する。
Further, as shown in FIG. 5, the formed coated
そして、成形された塗膜付薄板12を熱処理して塗膜13bを焼成し、断熱層13を得る(A3)。
And the
成形された塗膜付薄板12に対し、熱処理として、例えば180℃前後の温度で数時間ないし数十時間の焼成処理を行う。これにより、バインダが硬化して、多数の中空粒子が密に充填され、それら粒子間がバインダで埋まった断熱層13が得られる。なお、塗膜焼成後の断熱層13の表面粗さがRa10μm以下であることが好ましい。
As the heat treatment, the formed
以上の工程A1〜A3により、断熱層13が形成され、拡径部14の内径に適合する外径を有した断熱層付薄板12を形成することができる。本方法によれば、平坦な薄板12上に断熱材の塗膜13bを形成するため、略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層13を容易に形成することができる。
Through the above steps A1 to A3, the
(シリンダボア面の拡径加工)
まず、図2に示すように、シリンダボア面における、ピストン1の上死点におけるトップリング10位置よりもシリンダヘッド3側の端部に、段状に拡径した拡径部14を形成する(図3、B1)。
(Cylinder bore surface diameter expansion processing)
First, as shown in FIG. 2, a diameter-expanded
この拡径部14は、シリンダボア面をボーリング加工することにより形成する。ボーリング加工により拡径部14を形成した後、仕上げのホーニング加工を行う。
The
ボア面の径方向の拡径加工量は、断熱層付薄板12の厚さに対応していることが好ましく、具体的には例えば、0.34mm〜5.1mm、より好ましくは0.54mm〜3.1mm、特に好ましくは0.74mm〜1.6mmである。特に好ましくは、断熱層付薄板12を設置したときに、断熱層13の表面が拡径部14以外の内周面と面一となるように拡径加工量を設定することである。
The diameter expansion processing amount in the radial direction of the bore surface preferably corresponds to the thickness of the
また、ボア面の軸方向の拡径加工量は、ピストン1上死点におけるトップリング10よりもシリンダヘッド側にのみ拡径部14を形成するため、シリンダボア11の端部から1.0cm〜3.5cm、好ましくは1.5cm〜3.0cm、特に好ましくは2.0cm〜2.5cmである。
Further, the diameter expansion processing amount in the axial direction of the bore surface is 1.0 cm to 3 from the end of the cylinder bore 11 because the
次に、図6に示すように、ピストン1挿入用の治具16をシリンダヘッド3側からシリンダボア11に設置し、この治具16を通じてピストン1をシリンダボア11内に挿入する(図3、B2)。なお、本実施形態において、治具16は拡径部14に嵌合するように形成されている。
Next, as shown in FIG. 6, the
このように、断熱層付薄板12を拡径部に挿入する前にピストン1をシリンダボア11に挿入することにより、ピストンリングが断熱層を傷つけることなく、ピストン1を挿入することができる。
Thus, by inserting the piston 1 into the cylinder bore 11 before inserting the
(断熱層付薄板の拡径部への挿入)
図2に示すように、拡径部14が形成され、ピストン1が挿入されたシリンダブロック2に対し、シリンダヘッド3側に設けられた拡径部14に、前記断熱層付薄板12を挿入する(図3、S1)。
(Insertion into the expanded part of the thin plate with heat insulation layer)
As shown in FIG. 2, the
拡径部14は段状に形成されているため、断熱層付薄板12は拡径部14に嵌合され、拡径部14よりもシリンダボア11内部に設置されることはなく、断熱層13をシリンダボア面上により確実に固定することができる。
Since the expanded
そして、図2に示すように、断熱層付薄板12は、シリンダブロック2とシリンダヘッド3との間に介在するガスケットにより押圧固定する(図3、S2)。これにより、より確実に断熱層をシリンダボア面上に固定することができる。
Then, as shown in FIG. 2, the
以上述べたように、本実施形態に係る断熱層形成方法によれば、塗膜付薄板12をシリンダボア面に合わせて円筒状に加工し、塗膜13bを焼成して断熱層13を形成し、この断熱層付薄板12をシリンダボア11内に形成された拡径部14に設置するので、簡便にシリンダボア11内に略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層13を形成することができる。また、断熱層13は、シリンダボア11内にピストン1が挿入された後に形成されるため、ピストン1挿入時に傷つけられることがない。また、断熱層13は、ピストン上死点のトップリングの位置よりもシリンダヘッド3側に形成されるため、ピストン1の摺動時においてもピストンリングが断熱層表面に接触することがなく、断熱層の劣化を防止することができる。
As described above, according to the heat insulating layer forming method according to the present embodiment, the coated
また、このような断熱層形成構造を備えたエンジンは、シリンダボア面上部に高い断熱性能と耐久性を有する断熱層が形成されたものとすることができる。 Moreover, the engine provided with such a heat insulation layer formation structure shall have the heat insulation layer which has high heat insulation performance and durability in the cylinder bore surface upper part.
[第2実施形態]
以下、本発明に係る第2実施形態について述べる。なお、第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment according to the present invention will be described below. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
前記第1実施形態は、シリンダブロック2のシリンダボア面に直接断熱層13を形成した構成であったが、シリンダボア11にシリンダライナを設置し、このシリンダライナの内周面に断熱層13を形成する構成とすることもできる。
In the first embodiment, the
この場合には、図3のB1において、シリンダライナの内周面に拡径加工を施して拡径部14を形成した後、このシリンダライナをシリンダボア11に接合してから、図3のB2に示す、ピストン1の挿入を行う。
In this case, in B1 of FIG. 3, the inner peripheral surface of the cylinder liner is subjected to a diameter expansion process to form the expanded
本発明は、簡便に円筒孔内に略均一の厚さを有する良好な膜質の断熱層を形成することができるので、極めて有用である。 The present invention is extremely useful because a heat insulating layer having a good film quality having a substantially uniform thickness can be easily formed in a cylindrical hole.
1 ピストン
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
10 トップリング
11 シリンダボア(円筒孔)
12 薄板
13 断熱層
13a 断熱材
13b 塗膜
14 拡径部
15 ガスケット
1
12
Claims (7)
前記シリンダボア面のピストンの上死点におけるトップリングの位置よりもシリンダヘッド側に段状に拡径した拡径部を形成する拡径工程と、
金属薄板の表面に前記薄板よりも熱伝導性の低い断熱材を略均一の厚さに塗布して塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜が形成された塗膜付薄板を、該薄板の塗膜が形成されていない裏面が前記シリンダボア面の拡径部に接触可能となるように円筒状に成形する成形工程と、
前記成形された塗膜付薄板を熱処理して前記塗膜を断熱層に変える熱処理工程と、
ピストン挿入用の治具を前記シリンダボア面の前記拡径部に配置し、該治具を通じて前記シリンダボアに前記ピストンを挿入するピストン挿入工程と、
前記ピストン挿入工程後に、前記拡径部に前記熱処理された断熱層付薄板を設置する設置工程とを備えたことを特徴とする断熱層形成方法。 A heat insulating layer forming method for forming a heat insulating layer on a cylinder bore surface of a cylinder block of an engine,
A diameter expansion step of forming a diameter-expanded portion having a diameter increased stepwise on the cylinder head side from the position of the top ring at the top dead center of the piston on the cylinder bore surface;
A coating film forming step of forming a coating film on the surface of the metal thin plate by applying a heat insulating material having a lower thermal conductivity than the thin plate to a substantially uniform thickness;
A forming step of forming a thin plate with a coating film on which the coating film has been formed, into a cylindrical shape so that a back surface of the thin plate on which the coating film is not formed can come into contact with the enlarged diameter portion of the cylinder bore surface;
A heat treatment step of heat-treating the molded thin plate with a coating to convert the coating into a heat insulating layer;
A piston insertion step of disposing a piston insertion jig in the enlarged diameter portion of the cylinder bore surface, and inserting the piston into the cylinder bore through the jig;
A heat insulation layer forming method comprising: an installation step of installing the heat-treated thin plate with a heat insulation layer in the enlarged diameter portion after the piston insertion step.
前記治具は、前記シリンダボア面の前記拡径部に嵌合されるように形成されており、
前記治具を前記拡径部に嵌合させたときに、前記治具の内周面と前記シリンダボア面の前記拡径部以外の内周面とは面一となる
ことを特徴とする断熱層形成方法。 In claim 1,
The jig is formed so as to be fitted to the enlarged diameter portion of the cylinder bore surface,
When the jig is fitted to the enlarged diameter portion, the inner peripheral surface of the jig and the inner peripheral surface of the cylinder bore surface other than the enlarged diameter portion are flush with each other. Forming method.
前記拡径工程は、前記シリンダボア面についてボーリング加工を行った後に仕上げのホーニング加工を行うことにより、前記拡径部を形成する工程である
ことを特徴とする断熱層形成方法。 In claim 1 or claim 2,
The diameter expansion step is a step of forming the diameter expansion portion by performing a finishing honing process after performing a boring process on the cylinder bore surface.
前記拡径工程で、前記拡径部における軸方向の拡径加工量は、前記シリンダボアの拡径方向に向かって漸次大きくなっている
ことを特徴とする断熱層形成方法。 In any one of Claim 1 thru | or 3,
In the diameter expansion step, the heat expansion layer forming method is characterized in that an axial diameter expansion amount in the diameter expansion portion is gradually increased toward a diameter expansion direction of the cylinder bore.
前記設置工程後に、前記拡径部に設置された前記断熱層付薄板を、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に介在するガスケットにより押圧固定する押圧固定工程を備えたことを特徴とする断熱層形成方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
A heat insulation comprising a pressing and fixing step of pressing and fixing the thin plate with a heat insulating layer installed in the enlarged diameter portion with a gasket interposed between the cylinder block and the cylinder head after the installation step. Layer formation method.
前記塗膜形成工程は、前記塗膜をドクターブレード法により形成することを特徴とする断熱層形成方法。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
In the coating film forming step, the coating film is formed by a doctor blade method.
前記塗膜は、多数の中空粒子と、該中空粒子間を埋めると共に前記中空粒子を前記薄板上に保持するバインダとを備えていることを特徴とする断熱層形成方法。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The said coating film is equipped with many hollow particles and the binder which hold | maintains the said hollow particle on the said thin plate while filling between these hollow particles, The heat insulation layer forming method characterized by the above-mentioned.
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