JP7084234B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第1のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第2のミクロ孔と、を有し、
前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、0nm以上30nm未満であり、
前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、
前記陽極酸化皮膜の膜厚は、15μm以上130μm以下であり、
前記陽極酸化皮膜の気孔率は、23%以上である、内燃機関。
(2)前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、7nm以上である、(1)に記載の内燃機関。
(3)前記ナノ孔が、前記陽極酸化皮膜の表面に開口していない、(1)に記載の内燃機関。
(4)前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、20nm以上である、(3)に記載の内燃機関。
(5)前記アルミニウム系壁面を形成するアルミニウム系材料が、Si及びCuから選択される少なくとも1種の金属を含み、該金属の含有量が5質量%以上である、(1)~(4)のいずれか1に記載の内燃機関。
(6)前記陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されていない、(1)~(5)のいずれか1に記載の内燃機関。
(7)前記陽極酸化皮膜が、前記燃焼室に露出している、(6)に記載の内燃機関。
(8)前記内燃機関がピストンを備え、前記陽極酸化皮膜が少なくともピストン頂面に形成されている、(1)~(7)のいずれか1に記載の内燃機関。
(9)前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜が、膜厚が15μm以上60μm以下である薄膜部を含む、(8)に記載の内燃機関。
(10)前記薄膜部が、前記ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに実質的に寄与する部分に配置されている、(9)に記載の内燃機関。
(11)前記薄膜部以外の前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜の膜厚が、60μm超100μm以下である、(10)に記載の内燃機関。
(12)前記ピストン頂面がキャビティ部を含み、該キャビティ部に前記薄膜部が配置されている、(9)に記載の内燃機関。
(13)前記ピストン頂面がバルブリセス部をさらに含み、前記キャビティ部に加えて前記バルブリセス部にも前記薄膜部が配置されている、(12)に記載の内燃機関。
(14)前記ピストン頂面がスキッシュ部をさらに含み、前記スキッシュ部における陽極酸化皮膜の膜厚が60μm超100μm以下である、(12)又は(13)に記載の内燃機関。
(15)前記ピストン頂面の中心を含む中央領域に前記薄膜部が配置され、前記中央領域の外側に位置する外側領域に配置された陽極酸化皮膜の膜厚が、60μm超100μm以下である、(9)に記載の内燃機関。
(16)前記中央領域の面積SCと前記外側領域の面積SOの比(SC:SO)が1:5~5:1である、(15)に記載の内燃機関。
気孔率=1-(皮膜のかさ密度/アルミナ密度)
実施例において図15に示すような構成を有する装置を用いて上記アルミニウム系母材A及びBに陽極酸化皮膜を形成した。具体的には、硫酸水溶液(電解液)中に母材Aを浸漬させ、母材Aを陽極とし、SUSを陰極として通電することにより実施した。この際、被処理面を除く母材表面をマスキングすることにより、被処理面と陰極の間で通電が起こるように構成した。また、電解液中の硫酸濃度は20質量%であり、電解液の温度(浴温)は5℃とした。通電は、直流電源を用いて、電流密度を0.5A/cm2で行った。成膜時間は40秒とした。また、吐出部からの電解液の流量を20L/minに設定した。通電終了後、各母材を電解液から取り出して蒸留水でよく洗浄し、圧縮空気を吹き付けて水分を除去した後、大気中で十分に乾燥させた。これにより、テストピースE1を作製した。
吐出部からの電解液の流量を25L/minに設定したこと以外は、実施例1と同様にしてテストピースE2を作製した。
吐出部からの電解液の流量を30L/minに設定したこと以外は、実施例1と同様にしてテストピースE3を作製した。
母材Aの代わりに母材Bを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてテストピースC1を作製した。
吐出部からの電解液の流量を25L/minに設定したこと以外は、比較例1と同様にしてテストピースC2を作製した。
吐出部からの電解液の流量を5L/minに設定したこと以外は、実施例1と同様にしてテストピースC3を作製した。
吐出部からの電解液の流量を15L/minに設定したこと以外は、実施例1と同様にしてテストピースC4を作製した。
得られたテストピースE1~E3及びC1~C4について、下記方法により陽極酸化皮膜の膜厚を測定したところ、いずれも15nmであった。陽極酸化皮膜の膜厚は、皮膜の断面をSEMで観察し、膜厚を5箇所で測定してその平均値を求めることにより測定した。
得られたテストピースE1~E3及びC1~C4について、下記方法により気孔率を測定した。陽極酸化皮膜の面積と膜厚から皮膜の体積を求め、また、皮膜の重量を皮膜除去前後の重量差から求め、皮膜のかさ密度を算出する。得られた皮膜のかさ密度とアルミナ密度(3.9g/cm3)を用いて、以下の式により気孔率を算出する。
気孔率=1-(皮膜のかさ密度/アルミナ密度)
結果を表2に示す。
得られたテストピースE1~E3及びC1~C4について、下記方法により、ナノ孔の表面開口径を測定した。陽極酸化皮膜の表面をSEMにより撮影してSEM画像を得た。得られたSEM画像からナノ孔の円相当直径を画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社製)を用いて求めた。
得られたテストピースE1~E3及びC1~C4について、下記方法により、ナノ孔の内部開口径を測定した。クロスセクションポリッシャー等を用いて陽極酸化皮膜を削り、露出した表面をSEMにより撮影してSEM画像を得た。得られた画像からナノ孔の円相当直径を画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社製)を用いて求めた。
得られたテストピースE1~E3及びC1~C4について、下記方法により陽極酸化皮膜のスイング特性を評価した。
J 冷却水ジャケット
SB シリンダブロック
SH シリンダヘッド
KP 吸気ポート
HP 排気ポート
NS 燃焼室
KV 吸気バルブ
HV 排気バルブ
PS ピストン
SB’ シリンダボア面
SH’ シリンダヘッド底面
PS’ ピストン頂面
KV’ バルブ頂面
HV’ バルブ頂面
10 陽極酸化皮膜
1 陽極酸化皮膜
1a 第1のミクロ孔(表面亀裂)
1b 第2のミクロ孔(内部欠陥)
1c ナノ孔
100 内燃機関
112 シリンダブロック
114 シリンダヘッド
120 ピストン
116 筒内天井部
112a シリンダブロックの内壁
130 燃焼室
140 吸気ポート
150 排気ポート
142 吸気バルブ
152 排気バルブ
160 点火栓
170 キャビティ
180a 吸気バルブリセス部
180b 排気バルブリセス部
190 スキッシュ部
201 成膜サンプル
201a 成膜面
202 陰極
203 電解液
204 吐出部
Claims (16)
- 燃焼室に臨むアルミニウム系壁面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されている内燃機関であって、
前記陽極酸化皮膜は、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって前記陽極酸化皮膜の略厚み方向に延びる複数のナノ孔と、該陽極酸化皮膜の表面から内部に向かって延びる第1のミクロ孔と、該陽極酸化皮膜の内部に存在する第2のミクロ孔と、を有し、
前記ナノ孔の前記陽極酸化皮膜の表面における表面開口径は、0nm以上30nm未満であり、
前記ナノ孔の内部における内部開口径は、前記表面開口径よりも大きく、
前記陽極酸化皮膜の膜厚は、15μm以上130μm以下であり、
前記陽極酸化皮膜の気孔率は、23%以上である、内燃機関。 - 前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、7nm以上である、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記ナノ孔が、前記陽極酸化皮膜の表面に開口していない、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記ナノ孔の表面開口径と前記内部開口径との差が、20nm以上である、請求項3に記載の内燃機関。
- 前記アルミニウム系壁面を形成するアルミニウム系材料が、Si及びCuから選択される少なくとも1種の金属を含み、該金属の含有量が5質量%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 前記陽極酸化皮膜の上に封止物が配置されていない、請求項1~5のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 前記陽極酸化皮膜が、前記燃焼室に露出している、請求項6に記載の内燃機関。
- 前記内燃機関がピストンを備え、前記陽極酸化皮膜が少なくともピストン頂面に形成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜が、膜厚が15μm以上60μm以下である薄膜部を含む、請求項8に記載の内燃機関。
- 前記薄膜部が、前記ピストン頂面のうちタンブル流を形成するのに寄与する部分に配置されている、請求項9に記載の内燃機関。
- 前記薄膜部以外の前記ピストン頂面に形成された陽極酸化皮膜の膜厚が、60μm超100μm以下である、請求項10に記載の内燃機関。
- 前記ピストン頂面がキャビティ部を含み、該キャビティ部に前記薄膜部が配置されている、請求項9に記載の内燃機関。
- 前記ピストン頂面がバルブリセス部をさらに含み、前記キャビティ部に加えて前記バルブリセス部にも前記薄膜部が配置されている、請求項12に記載の内燃機関。
- 前記ピストン頂面がスキッシュ部をさらに含み、前記スキッシュ部における陽極酸化皮膜の膜厚が60μm超100μm以下である、請求項12又は13に記載の内燃機関。
- 前記ピストン頂面の中心を含む中央領域に前記薄膜部が配置され、前記中央領域の外側に位置する外側領域に配置された陽極酸化皮膜の膜厚が、60μm超100μm以下である、請求項9に記載の内燃機関。
- 前記中央領域の面積SCと前記外側領域の面積SOの比(SC:SO)が1:5~5:1である、請求項15に記載の内燃機関。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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