JPS6149119A - 内燃機関の燃焼室壁面構造 - Google Patents

内燃機関の燃焼室壁面構造

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JPS6149119A
JPS6149119A JP59170771A JP17077184A JPS6149119A JP S6149119 A JPS6149119 A JP S6149119A JP 59170771 A JP59170771 A JP 59170771A JP 17077184 A JP17077184 A JP 17077184A JP S6149119 A JPS6149119 A JP S6149119A
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JP
Japan
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catalyst
layer
combustion chamber
coating layer
coating
Prior art date
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Pending
Application number
JP59170771A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuhiko Yoneshige
米重 哲彦
Ryoji Nakajima
良二 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPS6149119A publication Critical patent/JPS6149119A/ja
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • F02B19/165The shape or construction of the pre-combustion chambers is specially adapted to be formed, at least in part, of ceramic material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、内燃機関の燃焼室を構成するピストン、シ
リングヘッド、吸排気弁等の一部に酸化触媒の触媒床と
なるセラミクス被覆層を形成した燃焼室壁面構造に関す
る。
(従来の技術) ディーゼル機関の排気対策として、燃焼過程で発生する
煤や未@燃料を燃焼室内で浄化するようにしたものが提
案されている(例えば、特開昭59−41624号、実
開昭58−186126号公報等参照)。
これは、第2図に示したように、機関燃焼室1を構成す
るピストン2のクラウン部や、シリングへノド3の底面
及び副室4の壁面等に酸化触媒の被覆層5を形成したも
ので、燃焼時に生じた不完全燃焼物が触媒被覆層5との
接触により酸化するようになっている。
触媒被覆層5は、金属部分への熱伝達−二より反応温度
及び転化効率が低下しないように、第3図のように金属
製部品(ピストン2)の表面に形成された断熱触媒床(
担体)としてのセラミクス、例えばZrO2、A I 
:Oz、Ce O2等の溶射被覆/i!16の表面に真
空蒸着あるいは高周波スパッタリングにより被着されて
いる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このようにして形成された従来の燃焼室
壁面補遺によると、触媒材料をセラミクス被覆層6の表
層部分に十分に分散させることが困難であることに原因
して煤等の反応物と接触する表面積が早期に減少し、触
媒としての初期性能を長期間にわたって維持できないと
いう耐久性上の問題点が生じた。特に、ディーゼルへ関
では低速〜中速高負荷運転時に多量の煤を発生するため
1、触媒被覆層5が劣化するとその表面に付着した煤が
十分に酸化しきれなくな、って触媒反応面に煤の層が形
成され、この結果酸素供給が不十分になってさらに転化
効率が悪化する。
この発明はこのような従来の問題点を解消することを目
的としてなされたものである。
(問題、くをII千決するための手段)この発明では、
機関燃焼室をも可成する金属壁面に断熱触媒床となるセ
ラミクスの被1/[Uを設け、かつ前記被覆層の少なく
とも表層部を、Z r Or粉末な溶射被覆したZr0
Jt?で形成するとともに、300 ℃以下の分11%
温度を有する貴金属化合物、好ましくは硝酸酸性ノニト
ロノアミノ白金、硝酸酸性硝酸パラノウムまたは硝I1
2酸性η°1@ロノツムからなる群より選択した1以上
のft金属化合物の溶液を前記被覆層に含浸させ乾燥後
過熱分解して触媒被着部を形成した。
(作用) 上記触媒41!:着部は、触媒金属材料がZ r O2
層の多孔質組繊によく分散しているため大きな表面積を
有する。従って長期間にわたって高い活性を推持する。
なお、上記前′に層化合物7g液はいずれも300°C
以下の低温で分解するため、加工対水であるアルミ合金
等からなる礪関栖成部品が加熱分解過程で熱的損傷を受
けるおそれがない。
以下、この発明の実施例についで説明する。
(実施例) 第1図にこの発明を渦流室式ディーゼル機関に適用した
実施例を示す。
図において、10はシリング、11は主燃焼室、12は
アルミ合金製のピストン、13はシリングへノド、14
は渦流室、15は主燃焼室11と渦流室14とを連通す
る噴孔、16はインノエクタ、17はグロープラグであ
る。18はZrO+/8射層及び触媒液ya部を有する
被覆層で、図示したようにピストン12、シリングへノ
ド13、渦流室14等の、機関燃焼室を構成する各壁面
上に形成することができる。
この断熱触媒床となる被[/[518の形成過程なス明
すると、例えばまずピストンクラウン部工2Aの被r!
L対亀面を洗浄脱脂したのちサンドブラストにより適度
な表面粗度を付与する。これは被覆材料との結合力をよ
り強化するのに有効な処理である。
次に、上記被覆対象面にN1とAlの混合粉末を溶射し
てNi  AlMを、さらにその上からZrO。
粉末を溶射してZrO□層を形成する。推貴厚はN+ 
 Al/17730−200p、Zr02層40−60
0−である。
NiとA1の混合物からなる溶射被覆はアルミ合金等の
金属とセラミクス材料、特にZrO2の双方に対してよ
< ha染み、それぞれの結合強度を高める作用がある
ので、燃焼室壁を構成する金属面上でのZrO□層の耐
久性向上に寄与する。被覆対象がアルミ合金の場合、N
iとAlの混合比率(fflffl比)はN195%、
Al  5層程度が適当である。
なお、上記被覆層を構成する各層の厚さを大きくするほ
ど断熱効果が大きくなり、従ってその表面から被着する
触媒の転化効率をより高めることができる等の利息を生
じるが、この場合各層の厚さをある程度以上にすると各
H!1表裏の温度差及び内部応力の増加により耐久性が
損なわれる恐れがあるので、Ni−Al層とZrO□屑
との間にNi、Al、Z r O2の混合粉末の溶射層
(厚さ30〜200岬)を設けるのがより預ましい、囚
みに、この被覆層18は、断熱性を確保するためには少
なくと6100−程度の厚さを付与するのが輩ましく、
剥離を防止するためには最大でもII径程度適当である
そして、上記ZrO□層に300°C以下の分解温度を
有する貴金属化合物、好ましくは硝酸酸性ジニトロノア
ミノ白金、硝酸酸性硝酸バラノウム、または硝酸酸性硝
酸ロジウムの水溶液を2−浸させ、乾燥後加熱分解して
触媒被着部を形成する。前記金属化合物の水溶液は多孔
質のZrO2層に浸透するため触媒被着部の表面積は極
めて大きくなる。
ただし、乾燥過程で水分が蒸発するにしたがって忍貿で
ある金属化合物がZ r O2層の表面側に移動するた
め、触媒の分布密度としては燃焼ガスと接触しやすい表
層部はど大になる。
この上う1こしてピストンクラウン部12A等に形成し
た被覆層18及びP&媒は、燃焼時に噴孔15を介して
渦流室14から主燃焼室11へと噴出する燃焼が人中の
煤粒子や未燃燃料に接触してこれらを酸化するにのとき
、上述しrこように触媒の表面積が極めて大きく、Z 
r O2層の深層部にまで触媒が付着しているので効率
のよい酸化作用が得られ、その排気浄化効果は長3男問
にわたって持続する。
この発明を適用したときのスモーク低減率についての試
験結果を第1表に、同じく触媒表面積の測定結果を第2
表に示す。
スモーク低減率の試験は、4気筒2000ccの副室(
渦流室)式ディーゼル機関のピストンクラウン部にのみ
触媒付き被覆層を形成して行い、出力5 mkH/ 2
400 rpmの運転条件で発生したスモークの量を測
定しこれを触媒付き被覆層を持たない同型機関と比較し
た。
試験に使用したピストンの仕様は以下の通りであり、各
ピストンは機関に組み込む萌にバーナー火炎吹付は法(
触媒付き被覆# 1.: 、fスバーナーの火炎と冷気
とを1分間のサイクルで交互に吹き付ける。)による1
00時間の耐久処理を施した。
ピストンA(実施例1) クラウン部表面をクロロホルム及びアセトンで脱脂し、
サンドブラストを施した後、N i:A 1=95:5
(重量比、以下同様)の混合粉末、N i:A 1:z
 ro 2= 33 :2 :e 5の混合粉末、Z 
r O2粉末を順次プラズマ溶ATシて触媒床となる被
覆層を形成した。 各部の溶射厚は、Ni  A1層5
0向、Ni  Al  Zr02層50p、Zr0z/
[400ρである。
触媒としては、白金分0 、02 gr7 cc を含
む硝酸酸性)ニトロンアミ/白金水溶15ccを上記被
覆層に0.5ccずつ10回に分けて含浸及び乾燥させ
た後、電気炉にて250℃で1時間加熱して白金0.1
 grを仮着させた。
ピストンB(実施例2) 実施例1における硝酸酸性ノニトロノアミ/白金水溶液
に替えて硝酸酸性g1酸パラノウム水溶液を使用し、そ
の他は実施例1と同様にしてバラノウム0 、1 gr
を被着させた。
ピストンC(実施例3) 実施例1における硝酸酸性ノニトロノアミ/白會水f6
液に替えて硝酸酸性硝酸ロジウム水溶液を使用し、その
他は実施例1と同様にしてロジウム0 、1 grを被
着させた。
ピストンH(実施例4) 実施例1における硝l!2酸性ノニトロノアミ7白金木
洛液5ccに替えて、同水溶fi2.5cc と実施例
2の硝酸酸性硝酸バラノウム水溶f(I2.5ccとを
使用し、その他は実施例1と同様にして白金0゜05g
r、パラノウム0.053rを被着させた。
ピストンD(比較例1) 実施例1と同様の被覆層に真空無力法により0゜1gr
の白金を被着させた。
ピストンE(比較例2) 実施例1における硝酸酸性ジニトロノアミ/白含水18
 WL I:移えて塩化白金酸水溶液を使用し、その他
は実施例1と同様にして白金0 、1 grを被着させ
た。
ピストンF(比較例3) 実施例1における硝酸酸性ノニトロジアミノ白金水溶戒
に替えて塩酸酸性塩化バラノウム水溶渡を使用し、その
他は実施例1と同様にしてバラノウム0.1grを被着
させた。
ピストンG(比較例4) 実施例1における硝酸酸性ノニトロノアミノ白金水溶該
に替えて塩酸酸性塩化ロノウム水溶液を使用し、その他
は実施例1と同様にしてロノウム0 、1 grを被着
させた。
シリンダへノド(実施例5/表外) シリングヘッドの燃焼室壁部分に実施例1と同様にして
被覆層を形成し、気筒当たり白金0 、1. grを被
着させた。
バルブセット(′A施例6/表外) 耐熱合金製吸気弁並びに排気弁の燃焼室側表面に実施例
1と同様にして白金を被着させた。硝酸酸性ノニトロノ
アミ7白金水溶状はバルブ七ノド当たり1 cc(白金
0.02gr)を使用。
表に示したように、この発明によるスモーク低減率はピ
ストンクラウン部に適用したのみで、かつ耐久処理後の
状態で最大50%に達した。なお、表外であるがピスト
ンと同様にバーナー火炎吹付は法による100時間の耐
久処理を施した実施例5.6のシリングヘッド、バルブ
セントをピストンAと組み合わせて同一運転条件で試験
を行った結果、スモーク低減率は75%という優れた性
能が得られた。
これは、既述したようにこの発明による触媒被着部の有
効表面積が極めて大きく、また劣化を起こしにくいから
である。
触媒被着部の表面積は具体的には第2表に示した通りで
ある。この表面積の測定は耐久処理済みのピストンA、
D、Eの被rlWIを剥がして、それぞれの被覆層につ
きco吸着法により行った。
ピストンDは真空蒸着により触媒を被着させたものであ
り、蒸着では充分な表面積が得られないことが明らかで
ある。またピストンEについては被II層に含浸させた
塩化白金酸の分解温度が極めて高いため触媒被着部の形
成が不充分であることを示しており、これはピストンF
、Gについても同様である。囚みに、試験に供した負金
属化合物の分解温度を第3表に示す。
く第1表〉 く第2表〉 〈第3表〉 (発明の効果) この発明によれば、ZrO□層を基本とする触媒床に比
較的低温で分解する触媒材料の化合物溶液を含浸させ、
これを乾燥及び加熱分解して良好な分散性を確保した有
効表面積の大きい触媒被711部を設けたので触媒の耐
久性を高めることができ、従って、内a愚関の燃焼過程
で生じる煤等の有害生成物及び未燃燃料成分を長Jす1
間にわたって確実に低減でさるという効果が得られる。
図面17) 1.’l ”l’な説明 4°;1図ζよごの発+!11 /) a M箇所の一
例を示すための実施例の縦断面図、Pt52図は従来例
の縦断面しI、第3図はその要部拡大図である。
11・・・主燃焼室、12・・・ピストン、13・・・
シリングへノド、14・・・渦流室、18・・・セラミ
クスの被m層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、機関燃焼室を構成する金属壁面に断熱触媒床となる
    セラミクスの被覆層を設け、かつ前記被覆層の少なくと
    も表層部を、ZrO_2粉末を溶射被覆したZrO_2
    層で形成するとともに、300℃以下の分解温度を有す
    る貴金属化合物の溶液を前記被覆層に含浸させ乾燥後過
    熱分解して触媒被着部を形成したことを特徴とする内燃
    機関の燃焼室壁面構造。 2、被覆層の金属壁面部分はNiとAlの混合粉末を溶
    射して形成したNi−Al層であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の燃焼室壁面構造
    。 3、ZrO_2層は、NiとAlとZrO_2の混合粉
    末を溶射被覆して形成した中間層とZrO_2粉末を溶
    射被覆して形成した表層部とよりなることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の燃焼室壁面構
    造。
JP59170771A 1984-08-16 1984-08-16 内燃機関の燃焼室壁面構造 Pending JPS6149119A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104100374A (zh) * 2013-04-11 2014-10-15 冯崇谦 无火焰燃烧清洁型内燃机

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CN104100374A (zh) * 2013-04-11 2014-10-15 冯崇谦 无火焰燃烧清洁型内燃机

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