JPH0435620B2 - - Google Patents
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- JPH0435620B2 JPH0435620B2 JP60109346A JP10934685A JPH0435620B2 JP H0435620 B2 JPH0435620 B2 JP H0435620B2 JP 60109346 A JP60109346 A JP 60109346A JP 10934685 A JP10934685 A JP 10934685A JP H0435620 B2 JPH0435620 B2 JP H0435620B2
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- ceramic
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
- F02F3/14—Pistons having surface coverings on piston heads within combustion chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2253/10—Syntactic
-
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は熱機関における燃焼室の断熱壁構造に
関するものである。
関するものである。
［従来の技術］
内燃機関の燃焼室を断熱化するために、従来の
技術では、燃焼室の壁部にセラミツクス粉末を直
接溶射するか、予め焼成してなる緻密な組織をも
つセラミツクス断熱壁を適当な手段により結合し
ているにすぎない。全体が緻密なセラミツクス断
熱壁の断熱度は、金属壁の10〜35％程度であり、
断熱度だけについて見れば、ステンレス鋼壁と比
べても顕著な効果はない。
技術では、燃焼室の壁部にセラミツクス粉末を直
接溶射するか、予め焼成してなる緻密な組織をも
つセラミツクス断熱壁を適当な手段により結合し
ているにすぎない。全体が緻密なセラミツクス断
熱壁の断熱度は、金属壁の10〜35％程度であり、
断熱度だけについて見れば、ステンレス鋼壁と比
べても顕著な効果はない。
断熱壁の断熱度を高めるには、気孔率を高める
のが効果的である。気孔率の高いセラミツクス断
熱壁の製造方法として、例えば発砲ウレタンにセ
ラミツクス粉末と水の混合物を吸い込ませて乾燥
した後に、焼成することにより発砲ウレタンを焼
失させ、多孔質で所定形状の発砲セラミツクスを
得ることが知られている。上述の方法によれば、
気孔率が95％程度でかなり高い強度を有する、ス
ポンジ状の発砲セラミツクスを製造できる。厚さ
１mmの発砲セラミツクスは、厚さ10〜25mm（形状
により異なる）の緻密なセラミツクスに相当する
断熱度を有する。
のが効果的である。気孔率の高いセラミツクス断
熱壁の製造方法として、例えば発砲ウレタンにセ
ラミツクス粉末と水の混合物を吸い込ませて乾燥
した後に、焼成することにより発砲ウレタンを焼
失させ、多孔質で所定形状の発砲セラミツクスを
得ることが知られている。上述の方法によれば、
気孔率が95％程度でかなり高い強度を有する、ス
ポンジ状の発砲セラミツクスを製造できる。厚さ
１mmの発砲セラミツクスは、厚さ10〜25mm（形状
により異なる）の緻密なセラミツクスに相当する
断熱度を有する。
しかし、上述の方法で得られる発砲セラミツク
スは、独立気孔のものではないので、内燃機関の
燃焼室などの壁部へ接合しても燃焼ガスが母材へ
吹き抜け、断熱効果は殆ど期待できない。
スは、独立気孔のものではないので、内燃機関の
燃焼室などの壁部へ接合しても燃焼ガスが母材へ
吹き抜け、断熱効果は殆ど期待できない。
そこで、特開昭58−15742号公報には、金属壁
に金属溶射層を形成し、金属溶射層の表面に金属
粉末とセラミツクス粉末からなる多孔質溶射層を
形成し、多孔質溶射層の表面に緻密なセラミツク
ス粉末溶射層を形成したものが開示されている
が、母材に３層の溶射層を形成することは工程が
複雑であり、組織構造が均一で寸法精度の高いも
のを得るのは難しい。
に金属溶射層を形成し、金属溶射層の表面に金属
粉末とセラミツクス粉末からなる多孔質溶射層を
形成し、多孔質溶射層の表面に緻密なセラミツク
ス粉末溶射層を形成したものが開示されている
が、母材に３層の溶射層を形成することは工程が
複雑であり、組織構造が均一で寸法精度の高いも
のを得るのは難しい。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の目的は上述の問題に鑑み、発砲セラミ
ツクスの気孔を薄いセラミツクス層により閉鎖し
て断熱度を高めたものであり、製造が簡単で、ど
のような形状でも寸法精度の高いものが得られ
る、断熱壁構造を提供することにある。
ツクスの気孔を薄いセラミツクス層により閉鎖し
て断熱度を高めたものであり、製造が簡単で、ど
のような形状でも寸法精度の高いものが得られ
る、断熱壁構造を提供することにある。
［問題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明の構成は燃
焼室の壁部に予め成形した発砲セラミツクスを接
着剤により接着し、表面に、セラミツクス粉末溶
射層を形成し、セラミツクス粉末溶射層の表面に
セラミツクスコーテイング材を塗布・焼成してな
るセラミツクスコーテイング層を形成したもので
ある。
焼室の壁部に予め成形した発砲セラミツクスを接
着剤により接着し、表面に、セラミツクス粉末溶
射層を形成し、セラミツクス粉末溶射層の表面に
セラミツクスコーテイング材を塗布・焼成してな
るセラミツクスコーテイング層を形成したもので
ある。
［作用］
燃焼室の壁部に予め成形した発砲セラミツクス
を接着剤により結合し、発砲セラミツクスの表面
にセラミツクス粉末を溶射して気孔を閉鎖する。
次いで、セラミツクス粉末溶射層の表面にセラミ
ツクスコーテイング材を塗布してセラミツクスコ
ーテイング層を形成する。セラミツクスコーテイ
ング材は気孔の内部へ浸透しないようにコーテイ
ングする。平滑で薄いセラミツクスコーテイング
層によりセラミツクス粉末溶射層の気孔が覆わ
れ、断熱度が高く熱容量が小さい断熱壁が形成さ
れる。寸法精度はセラミツクスコーテイング材の
塗布量により確保される。
を接着剤により結合し、発砲セラミツクスの表面
にセラミツクス粉末を溶射して気孔を閉鎖する。
次いで、セラミツクス粉末溶射層の表面にセラミ
ツクスコーテイング材を塗布してセラミツクスコ
ーテイング層を形成する。セラミツクスコーテイ
ング材は気孔の内部へ浸透しないようにコーテイ
ングする。平滑で薄いセラミツクスコーテイング
層によりセラミツクス粉末溶射層の気孔が覆わ
れ、断熱度が高く熱容量が小さい断熱壁が形成さ
れる。寸法精度はセラミツクスコーテイング材の
塗布量により確保される。
［発明の実施例］
第２図はデイーゼル機関のピストン２の断熱壁
構造の実施例を示す。ピストン２は上面３の中央
にくぼみ４を設けられ、噴射された燃料はくぼみ
４の内部で着火される。燃焼ガスに曝される壁面
すなわち上面３とくぼみ４の表面に、本発明によ
るセラミツクスからなる断熱壁１２が結合され、
ピストン２の本体部への伝熱が抑えられる。
構造の実施例を示す。ピストン２は上面３の中央
にくぼみ４を設けられ、噴射された燃料はくぼみ
４の内部で着火される。燃焼ガスに曝される壁面
すなわち上面３とくぼみ４の表面に、本発明によ
るセラミツクスからなる断熱壁１２が結合され、
ピストン２の本体部への伝熱が抑えられる。
第１図に示すように、断熱壁１２は普通の金属
製のピストン２の壁面に接着剤１６により結合さ
れる予め成形された発砲セラミツクス１３と、発
砲セラミツクス１３の表面にセラミツクス粉末を
溶射して形成されるセラミツクス粉末溶射層１４
と、セラミツクス粉末溶射層１４の表面にセラミ
ツクスコーテイング材を塗布して形成されるセラ
ミツクスコーテイング層１５とから構成される。
製のピストン２の壁面に接着剤１６により結合さ
れる予め成形された発砲セラミツクス１３と、発
砲セラミツクス１３の表面にセラミツクス粉末を
溶射して形成されるセラミツクス粉末溶射層１４
と、セラミツクス粉末溶射層１４の表面にセラミ
ツクスコーテイング材を塗布して形成されるセラ
ミツクスコーテイング層１５とから構成される。
発砲セラミツクス１３は、例えばウレタンなど
の発砲樹脂を予めピストン２の上面３とくぼみ４
に対応した形状に成形し、発砲樹脂の気孔の内部
へセラミツクス粉末と水との混合物を浸潤させ、
乾燥後に焼成して発砲樹脂を焼失させてなる。
の発砲樹脂を予めピストン２の上面３とくぼみ４
に対応した形状に成形し、発砲樹脂の気孔の内部
へセラミツクス粉末と水との混合物を浸潤させ、
乾燥後に焼成して発砲樹脂を焼失させてなる。
第３図に示すように、発砲セラミツクス１３は
連続した気孔を備えているので、燃焼ガスが壁部
の母材へ吹き抜けるのを防止するために、発砲セ
ラミツクス１３の表面１３ａに、セラミツクスコ
ーテイング材を直接塗布すると、第５図に示すよ
うに、セラミツクスコーテイング材が気孔１７の
内部へ吸収され、セラミツクスコーテイング層１
５の厚さが不均一になる。つまり、セラミツクス
コーテイング材の浸入の度合によりセラミツクス
コーテイング層１５の表面に凹凸が生じ、表面精
度の高いものが得られない。
連続した気孔を備えているので、燃焼ガスが壁部
の母材へ吹き抜けるのを防止するために、発砲セ
ラミツクス１３の表面１３ａに、セラミツクスコ
ーテイング材を直接塗布すると、第５図に示すよ
うに、セラミツクスコーテイング材が気孔１７の
内部へ吸収され、セラミツクスコーテイング層１
５の厚さが不均一になる。つまり、セラミツクス
コーテイング材の浸入の度合によりセラミツクス
コーテイング層１５の表面に凹凸が生じ、表面精
度の高いものが得られない。
また、発砲セラミツクス自体も寸法（厚さ）精
度の高いものを得ることは難しい。例えば、内燃
機関用ピストンの場合は、ピストンピン中心とピ
ストン冠面との軸方向寸法公差は±30〜50μm程
度に規定されているが、発砲セラミツクスの精度
は±0.2mm程度が限界である。
度の高いものを得ることは難しい。例えば、内燃
機関用ピストンの場合は、ピストンピン中心とピ
ストン冠面との軸方向寸法公差は±30〜50μm程
度に規定されているが、発砲セラミツクスの精度
は±0.2mm程度が限界である。
本発明では、まず断熱壁（例えばピストン２の
上面３とくぼみ４の表面）に倣つて成形した発砲
セラミツクス１３を、ピストン２に接着剤１６に
より結合したうえで寸法ｈを確認する。第４図に
示すように、発砲セラミツクス１３の表面１３ａ
に、セラミツクス粉末を溶射してセラミツクス粉
末溶射層１４を形成する。発砲セラミツクス１３
の気孔１７（第５図参照）の表面はセラミツクス
粉末溶射層１４によりほぼ閉鎖される。気孔１７
の大きさに応じてセラミツクス粉末の粒度を選択
すれば、最小限の層厚で気孔１７を閉鎖できる。
発砲セラミツクス１３の寸法は、セラミツクス粉
末の溶射量を加減して調整する。セラミツクス粉
末溶射層１４の表面１４ａにセラミツクスコーテ
イング材を塗布すれば、セラミツクスコーテイン
グ材が発砲セラミツクス１３の気孔１７の内部へ
浸入することはなく、第１図に示すように、セラ
ミツクス粉末溶射層１４の表面１４ａに、均一な
セラミツクスコーテイング層１５が形成される。
上面３とくぼみ４の表面）に倣つて成形した発砲
セラミツクス１３を、ピストン２に接着剤１６に
より結合したうえで寸法ｈを確認する。第４図に
示すように、発砲セラミツクス１３の表面１３ａ
に、セラミツクス粉末を溶射してセラミツクス粉
末溶射層１４を形成する。発砲セラミツクス１３
の気孔１７（第５図参照）の表面はセラミツクス
粉末溶射層１４によりほぼ閉鎖される。気孔１７
の大きさに応じてセラミツクス粉末の粒度を選択
すれば、最小限の層厚で気孔１７を閉鎖できる。
発砲セラミツクス１３の寸法は、セラミツクス粉
末の溶射量を加減して調整する。セラミツクス粉
末溶射層１４の表面１４ａにセラミツクスコーテ
イング材を塗布すれば、セラミツクスコーテイン
グ材が発砲セラミツクス１３の気孔１７の内部へ
浸入することはなく、第１図に示すように、セラ
ミツクス粉末溶射層１４の表面１４ａに、均一な
セラミツクスコーテイング層１５が形成される。
セラミツクスコーテイング層１５の厚さは±
5μm程度の精度に仕上げることができる。ピスト
ン２のピストンピンの中心Ｏとセラミツクスコー
テイング層１５の表面１５ａとの寸法ｈ（第２図）
は、セラミツクスコーテイング材の塗布量により
加減し、寸法精度を規定の公差（一般に±15〜
50μm）に仕上げることができ、表面１５ａは何
ら機械加工を施す必要がない。
5μm程度の精度に仕上げることができる。ピスト
ン２のピストンピンの中心Ｏとセラミツクスコー
テイング層１５の表面１５ａとの寸法ｈ（第２図）
は、セラミツクスコーテイング材の塗布量により
加減し、寸法精度を規定の公差（一般に±15〜
50μm）に仕上げることができ、表面１５ａは何
ら機械加工を施す必要がない。
使用するセラミツクスはジルコニアなどが適当
であり、セラミツクスコーテイング層１５は、耐
熱温度1000℃以上のセラミツクス系塗料（シリ
カ、ジルコニアなど）がよい。セラミツクスコー
テイング層１５の厚さは15〜50μm程度である。
発砲セラミツクス１３の厚さは約２mmであり、気
孔率は70％以上である。
であり、セラミツクスコーテイング層１５は、耐
熱温度1000℃以上のセラミツクス系塗料（シリ
カ、ジルコニアなど）がよい。セラミツクスコー
テイング層１５の厚さは15〜50μm程度である。
発砲セラミツクス１３の厚さは約２mmであり、気
孔率は70％以上である。
上述の構成による断熱壁は、発砲セラミツクス
１３の気孔１７がセラミツクス粉末溶射層１４に
より閉鎖され、セラミツクス粉末溶射層１４の表
面１４ａがセラミツクスコーテイング層１５によ
り覆われるので、均一な層圧と平滑な表面が得ら
れ、断熱壁の断熱度が高く、熱容量が小さい。
１３の気孔１７がセラミツクス粉末溶射層１４に
より閉鎖され、セラミツクス粉末溶射層１４の表
面１４ａがセラミツクスコーテイング層１５によ
り覆われるので、均一な層圧と平滑な表面が得ら
れ、断熱壁の断熱度が高く、熱容量が小さい。
本発明による断熱壁をピストン２の冠面に備え
れば、燃焼ガスに曝されるピストン２の上面３と
くぼみ４は、気孔率の高い発砲セラミツクス１３
により覆われ、発砲セラミツクス１３はセラミツ
クス粉末溶射層１４と緻密なセラミツクスコーテ
イング層１５により覆われるので、燃焼ガスが発
砲セラミツクス１３の気孔１７へ吹き抜けること
はなく、気孔１７の存在によりセラミツクスコー
テイング層１５からピストンの本体部への伝熱量
が抑えられる。
れば、燃焼ガスに曝されるピストン２の上面３と
くぼみ４は、気孔率の高い発砲セラミツクス１３
により覆われ、発砲セラミツクス１３はセラミツ
クス粉末溶射層１４と緻密なセラミツクスコーテ
イング層１５により覆われるので、燃焼ガスが発
砲セラミツクス１３の気孔１７へ吹き抜けること
はなく、気孔１７の存在によりセラミツクスコー
テイング層１５からピストンの本体部への伝熱量
が抑えられる。
発砲セラミツクス１３は気孔１７を有し、緻密
なセラミツクス材に比べて熱容量が非常に小さい
ので、排気行程の終了と同時にピストン２の燃焼
ガスに曝される壁面（セラミツクスコーテイング
層１５）の温度が低下し、続く吸気行程でシリン
ダの内部へ吸入される吸気の温度上昇が抑えら
れ、吸気効率が向上する。
なセラミツクス材に比べて熱容量が非常に小さい
ので、排気行程の終了と同時にピストン２の燃焼
ガスに曝される壁面（セラミツクスコーテイング
層１５）の温度が低下し、続く吸気行程でシリン
ダの内部へ吸入される吸気の温度上昇が抑えら
れ、吸気効率が向上する。
発砲セラミツクスの断熱効果により、燃焼室か
らの熱放散が抑えられ、排気を高温の状態で過給
機へ供給し、熱エネルギを過給機で回収できる。
同時に、発砲セラミツクスの断熱効果により燃焼
室壁部の母材の温度を下げ、耐久性を向上でき
る。
らの熱放散が抑えられ、排気を高温の状態で過給
機へ供給し、熱エネルギを過給機で回収できる。
同時に、発砲セラミツクスの断熱効果により燃焼
室壁部の母材の温度を下げ、耐久性を向上でき
る。
［発明の効果］
本発明による断熱壁は下層の発砲セラミツクス
が多孔質であり、発砲セラミツクスの気孔がセラ
ミツクス粉末溶射層とセラミツクスコーテイング
層により閉鎖されるので、断熱効果が高く、燃焼
ガスが発砲セラミツクスの気孔へ吹き抜けること
がない。
が多孔質であり、発砲セラミツクスの気孔がセラ
ミツクス粉末溶射層とセラミツクスコーテイング
層により閉鎖されるので、断熱効果が高く、燃焼
ガスが発砲セラミツクスの気孔へ吹き抜けること
がない。
断熱壁の寸法（層厚）は、セラミツクス材のコ
ーテイング量により調整でき、寸法精度の高いも
のが容易に得られる。
ーテイング量により調整でき、寸法精度の高いも
のが容易に得られる。
断熱壁を３層構造とするのに、溶射工程が１つ
であるほか、他の工程が簡単であるから、製造が
容易で能率的であり、コストを節減できる。
であるほか、他の工程が簡単であるから、製造が
容易で能率的であり、コストを節減できる。
第１図は本発明に係る燃焼室の断熱壁構造を示
す断面図、第２図は同断熱壁構造を備えたピスト
ンの正面断面図、第３，４図は同要部拡大図、第
５図は発砲セラミツクスに直接セラミツクスコー
テイングを形成した場合の断熱壁構造を示す断面
図である。 １２……断熱壁、１３……発砲セラミツクス、
１４……セラミツクス粉末溶射層、１５……セラ
ミツクスコーテイング層、１６……接着剤、１７
……気孔。
す断面図、第２図は同断熱壁構造を備えたピスト
ンの正面断面図、第３，４図は同要部拡大図、第
５図は発砲セラミツクスに直接セラミツクスコー
テイングを形成した場合の断熱壁構造を示す断面
図である。 １２……断熱壁、１３……発砲セラミツクス、
１４……セラミツクス粉末溶射層、１５……セラ
ミツクスコーテイング層、１６……接着剤、１７
……気孔。
Claims (1)
- １ 燃焼室の壁部に予め成形した発砲セラミツク
スを接着剤により接着し、表面に、セラミツクス
粉末溶射層を形成し、セラミツクス粉末溶射層の
表面にセラミツクスコーテイング材を塗布・焼成
してなるセラミツクスコーテイング層を形成した
とを特徴とする、燃焼室の断熱壁構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60109346A JPS61268850A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 燃焼室の断熱壁構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60109346A JPS61268850A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 燃焼室の断熱壁構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61268850A JPS61268850A (ja) | 1986-11-28 |
| JPH0435620B2 true JPH0435620B2 (ja) | 1992-06-11 |
Family
ID=14507894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60109346A Granted JPS61268850A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 燃焼室の断熱壁構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61268850A (ja) |
Families Citing this family (10)
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| US6294261B1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-09-25 | General Electric Company | Method for smoothing the surface of a protective coating |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5815742A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 触火面を有するエンジン用部品 |
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-
1985
- 1985-05-23 JP JP60109346A patent/JPS61268850A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5815742A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-29 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 触火面を有するエンジン用部品 |
| JPS643795U (ja) * | 1987-06-25 | 1989-01-11 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61268850A (ja) | 1986-11-28 |
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