WO2013125704A1 - エンジン燃焼室構造、および流路の内壁構造 - Google Patents

エンジン燃焼室構造、および流路の内壁構造 Download PDF

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insulating layer
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heat
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崇弘 冨田
幹也 市村
重治 橋本
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日本碍子株式会社
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    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/048—Heat transfer

Definitions

  • the present invention relates to an engine combustion chamber structure that improves the thermal efficiency of an engine and improves fuel consumption.
  • the present invention relates to an engine combustion chamber structure that pays attention to heat transfer by radiation from a fuel combustion flame to an inner wall constituting the engine combustion chamber.
  • it is related with the inner-wall structure of the flow path through which the engine intake gas or exhaust gas distribute
  • Patent Document 1 discloses an internal combustion engine in which thermal efficiency is improved by improving the followability of the combustion chamber wall surface temperature to the cylinder gas temperature.
  • a heat insulating thin film formed on a wall surface facing a combustion chamber of a base material forming a combustion chamber includes a first heat insulating material and a second heat insulating material.
  • the second heat insulating material has a thermal conductivity equal to or lower than that of the base material.
  • the first heat insulating material has a lower thermal conductivity and a heat capacity per unit volume than the base material, and further has a lower heat conductivity and a heat capacity per unit volume than the second heat insulating material.
  • the first heat insulating material having a low thermal conductivity and a low heat capacity per unit volume By mixing the first heat insulating material having a low thermal conductivity and a low heat capacity per unit volume into the second heat insulating material having a high heat resistance and high strength, the first heat insulating material has a high temperature and a high pressure in the combustion chamber. Protection from combustion gases.
  • Patent Document 2 discloses an internal combustion engine including a structural member with improved heat insulation performance.
  • a heat insulating material is disposed adjacent to the inner wall of the exhaust passage, and high-temperature working gas (exhaust gas) flows along a flow path formed by the heat insulating material.
  • the heat insulating material is formed by laminating each particle of MSS (spherical mesoporous silica) particles having an average particle diameter of 0.1 to 3 ⁇ m in a dense state with a bonding material interposed therebetween.
  • MSS spherical mesoporous silica
  • Innumerable mesopores having an average pore diameter of 1 to 10 nm are formed in the MSS particles.
  • Patent Document 3 discloses a coating film having a high surface hardness and capable of preventing scratches.
  • the coating film is formed by dispersing hollow particles made of silica shells in a binder.
  • the wear resistance of the hollow particles made of silica shell and the high hardness can improve the wear resistance of the substrate on which the coating film is formed.
  • flame retardance can be improved by the heat insulation of the hollow particle which consists of silica shells.
  • a heat insulating thin film (mainly a metal oxide such as ceramics) made of a material other than metal is formed on a metal base material (inner wall surface of the engine combustion chamber).
  • a metal base material inner wall surface of the engine combustion chamber.
  • Patent Document 2 In the internal combustion engine of Patent Document 2, as in Patent Document 1, during actual use, separation due to thermal stress at the interface between the two occurs, deterioration of the interface due to mutual reaction, and separation due to it. In addition, the thermal properties of the heat insulating film may be deteriorated by the mutual reaction. Moreover, since the spherical porous material of Patent Document 2 is complicated in manufacturing method and the raw material is not low in cost, the heat insulating material using the spherical porous material may be expensive.
  • the coating film of Patent Document 3 can make the surface of the base material incombustible due to its heat insulation property, but when used for a long time while being exposed to a heat cycle such as an engine combustion chamber, the coating film has durability. It is insufficient.
  • An object of the present invention is to provide an engine combustion chamber structure that improves the thermal efficiency of an engine and improves fuel consumption, and an inner wall structure of a flow path through which engine intake gas or exhaust gas flows.
  • the present inventors can solve the above-mentioned problems by forming a heat insulating layer having a pore diameter and a porosity within a predetermined range, a surface dense layer having a porosity within a predetermined range, and the like on the engine component member. I found out. That is, according to the present invention, the following engine combustion chamber structure and the inner wall structure of the flow path through which the intake gas or exhaust gas of the engine flows are provided.
  • Engine combustion having pores with a pore diameter of 10 to 500 nm, a porosity of 10 to 99%, the surface dense layer containing ceramics and / or glass, and a porosity of 5% or less Chamber structure.
  • the heat insulating layer is a composite material including ceramics and / or glass as a matrix and hollow particles and / or porous particles as a filler, or a porous body made of a single material.
  • the engine combustion chamber structure according to [1].
  • Heat insulation including a heat insulating layer formed on an inner wall of a flow path through which engine intake gas or exhaust gas flows, and a surface dense layer formed on a surface of the heat insulating layer among members constituting an automobile
  • the heat insulating layer includes ceramics and / or glass, has a pore diameter of 10 to 500 nm, has a porosity of 10 to 99%
  • the surface dense layer includes ceramics and / or An inner wall structure of a flow path containing glass and having a porosity of 5% or less.
  • the heat insulating layer is a composite material including ceramics and / or glass as a matrix and hollow particles and / or porous particles as a filler, or a porous body made of a single material.
  • the heat insulating layer has a thickness between the inner wall of the flow path through which the engine intake gas or exhaust gas flows and the heat insulating layer and / or between the heat insulating layer and the surface dense layer.
  • the engine combustion chamber having a structure in which a heat insulating layer with a pore diameter and a porosity within a predetermined range, a surface dense layer with a porosity within a predetermined range, etc. has improved heat insulating performance, Fuel consumption is improved.
  • the surface dense layer is a dense layer having a porosity of 5% or less, it is possible to reflect radiation and suppress the absorption of fuel and the adhesion of burning residue. Further, by disposing a heat insulating layer that is more porous than the surface dense layer below the surface dense layer, heat transfer to the engine component can be suppressed. Therefore, the durability of the engine constituent members constituting the engine combustion chamber is also improved.
  • the heat insulation effect can be improved by providing a heat insulation member including two layers of a surface dense layer and a heat insulation layer in the flow path through which the intake gas or exhaust gas of the engine flows.
  • Embodiment 1 of the heat insulation member containing a surface dense layer, a heat insulation layer, and a buffer bonding layer. It is a schematic diagram which shows Embodiment 2 of the heat insulation member containing a surface dense layer, a heat insulation layer, and a buffer bonding layer. It is a schematic diagram which shows Embodiment 3 of the heat insulation member containing a surface dense layer, a heat insulation layer, and a buffer bonding layer. It is a mimetic diagram showing one embodiment of an engine.
  • the engine combustion chamber structure and heat insulating member 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1C and FIG.
  • the engine combustion chamber structure of the present invention includes a heat insulating layer 3 formed on the surface of the engine component 21 that constitutes the engine combustion chamber, and a surface dense layer 2 formed on the surface of the heat insulating layer 3. 1 is provided.
  • the heat insulating layer 3 includes ceramics and / or glass, has pores of 10 to 500 nm and has a porosity of 10 to 99%, and the surface dense layer 2 includes ceramics and / or glass and has pores. The rate is 5% or less.
  • a buffer bonding layer 4 having a thickness smaller than that of the heat insulating layer 3 may be included between the engine constituent member 21 and the heat insulating layer 3 and / or between the heat insulating layer 3 and the surface dense layer 2.
  • the heat insulating member 1 including the heat insulating layer 3 and the surface dense layer 2 can improve the heat insulating performance of the engine combustion chamber 20.
  • radiation can be reflected by the surface dense layer 2, and heat can be emitted from the surface dense layer 2 during exhaust.
  • the heat insulating layer 3 can suppress heat transfer from the surface dense layer 2 to the engine constituent member 21. For this reason, at the time of fuel combustion, the temperature of the inner wall of the engine constituent member 21 (the wall surface constituting the engine combustion chamber 20) easily rises following the gas temperature of the engine combustion chamber 20.
  • each layer will be specifically described.
  • the heat insulating layer 3 is a layer containing ceramics and / or glass, has pores with a pore diameter of 10 to 500 nm, and has a porosity of 10 to 99%. Further, the porosity is larger than the porosity of the surface dense layer 2.
  • the heat insulating layer 3 is preferably a composite material including ceramics and / or glass as the matrix 3m and hollow particles 3a and / or porous particles 3b as fillers (see FIGS. 1A to 1C). Or it is preferable that the heat insulation layer 3 is a porous body which consists of a single material.
  • the heat insulating layer 3 When the heat insulating layer 3 is made of a composite material, it includes hollow particles 3a and / or porous particles 3b having pores having a pore diameter of 10 to 500 nm, and a ceramic and / or glass matrix 3m that binds the particles. It is preferable. 1A and 1C are embodiments using hollow particles 3a, and FIG. 1B is an embodiment using porous particles 3b.
  • the hollow particle 3a is a particle having one closed pore inside the particle, and examples thereof include hollow glass beads, hollow ceramic beads, fly ash balloons, and hollow silica.
  • the porous particle 3b is a particle whose inside is a porous particle, that is, a particle containing pores other than the hollow particles, and examples thereof include mesoporous silica, mesoporous titania, mesoporous zirconia, and shirasu balloon.
  • the matrix is a component that exists around and between the hollow particles and porous particles, and is a component that binds between these particles.
  • the matrix 3m includes ceramics and / or glass.
  • the material that becomes the matrix 3m include silica, alumina, zirconia, titania, silicon nitride, silicon oxynitride, Examples thereof include silicon carbide, silicon oxycarbide, and glass. These are preferably amorphous from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the matrix 3m made of ceramics of the heat insulating layer 3 is desirably an aggregate of fine particles having a particle size of 500 nm or less.
  • the thermal conductivity can be lowered by forming the heat insulating layer 3 with nano-order pores, nano-order particles or crystal grains.
  • the thermal conductivity can be lowered even if the porosity is low, so the rate of strength reduction even if the thermal conductivity is low Can be reduced.
  • the porosity of the entire heat insulating layer 3 is 10 to 99%, and the porosity of the hollow particles 3a and / or the porous particles 3b is 30 to 99%.
  • the porosity of ceramics and / or glass as the matrix 3m is preferably 0 to 70%.
  • the heat insulating layer 3 is made of hollow particles or porous particles, such as an inorganic adhesive (inorganic binder) or an inorganic polymer or oxide sol, such as cement, bentonite, aluminum phosphate, silica sol, alumina sol, boehmite sol, zirconia sol, Composition dispersed in titania sol, water glass (sodium silicate), tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, polysilazane, polycarbosilane, polyvinylsilane, polymethylsilane, polysiloxane, polysilsesquioxane, geopolymer, etc. Can be applied on the engine component 21 to which the buffer bonding layer 4 is applied and heat-treated.
  • an inorganic adhesive inorganic binder
  • an inorganic polymer or oxide sol such as cement, bentonite, aluminum phosphate, silica sol, alumina sol, boehmite sol, zir
  • the heat insulation layer 3 When the heat insulation layer 3 is made of a composite material, it may be a composite material containing the hollow particles 3a and / or the porous particles 3b as fillers together with the material to be the matrix 3m described above. Furthermore, as a filler, in addition to the hollow particles and porous particles, a composite material in which fibrous particles, needle-like particles, plate-like particles and solid particles (spherical or massive) are dispersed may be used.
  • the porous body includes an integral porous ceramic sintered body (integrated sintered body including porous ceramics), and a porous glass solid. Can be mentioned.
  • the porosity of the porous body is preferably 10 to 99%, and the pore diameter is preferably 500 nm or less.
  • the heat insulating layer 3 can obtain a heat insulating effect. Thickness is required. However, problems such as abnormal combustion may occur if the newly sucked air at the time of inhalation takes away the heat accumulated in the heat insulating layer 3 and the gas temperature becomes high. Therefore, it is preferable that the heat insulating layer 3 has a small heat capacity while having a thickness sufficient to obtain a heat insulating effect. Therefore, it is not preferable that the thickness is too thick.
  • the thickness of the heat insulating layer 3 is suitably in the range of 1 ⁇ m to 2 mm. By setting the thickness of the heat insulating layer 3 within this range, it is possible to suppress the occurrence of problems such as abnormal combustion while ensuring a sufficient heat insulating effect.
  • the heat insulation layer 3 preferably has a heat capacity of 1500 kJ / (m 3 ⁇ K) or less, and more preferably 1000 kJ / (m 3 ⁇ K) or less. Due to the low heat capacity, the gas temperature in the engine combustion chamber 20 is likely to be lowered after the fuel is exhausted. Thereby, problems such as abnormal combustion can be suppressed.
  • the heat insulating layer 3 preferably has a thermal conductivity of 3 W / (m ⁇ K) or less, more preferably 1 W / (m ⁇ K) or less, and most preferably 0.5 W / (m ⁇ K) or less. Due to the low thermal conductivity, heat transfer from the surface dense layer 2 to the engine component 21 can be suppressed.
  • the surface dense layer 2 is a layer containing ceramics denser than the heat insulating layer 3 formed on the surface of the heat insulating layer 3 having a porous structure.
  • the surface dense layer 2 has a porosity of 5% or less, preferably 0.01 to 4%, more preferably 0.01 to 3%. Such a dense layer is difficult to absorb fuel, soot, and burnt residue.
  • the material of the surface dense layer 2 is preferably similar to that of the heat insulating layer 3, and more preferably the same composition and a porosity of 5% or less.
  • the surface dense layer 2 can be formed of ceramics, and examples thereof include alumina, silica, mullite, silicon nitride, silicon carbide, titania, zirconia, zinc oxide, and glass.
  • the surface dense layer 2 is made of a material that suppresses radiant heat transfer from the combustion flame, which is a heat source, during combustion of the fuel. Moreover, it is preferable that the surface dense layer 2 is easy to radiate its own heat when the fuel is exhausted.
  • the surface dense layer 2 having a porosity of 5% or less can suppress radiant heat transfer to the inner wall constituting the engine combustion chamber from immediately after combustion to the first stage of combustion. Further, in the exhaust process from the late combustion stage, when the temperature becomes low, heat is radiated from the surface dense layer 2 to the exhaust gas, so that the intake gas introduced next can be prevented from becoming high temperature.
  • the surface dense layer 2 preferably has a reflectance greater than 0.5 at a wavelength of 2 ⁇ m. By having such a reflectance, heat conduction to the heat insulating layer 3 can be suppressed.
  • the surface dense layer 2 preferably has an emissivity of greater than 0.5 at a wavelength of 2.5 ⁇ m. Moreover, by having such an emissivity, the heated surface dense layer 2 can be easily cooled.
  • the surface dense layer 2 is preferably as thin as possible, but a thickness in the range of 10 nm to 100 ⁇ m is appropriate. By setting the thickness within this range, conduction of heat to the heat insulating layer 3 can be suppressed.
  • the heat capacity of the surface dense layer 2 is not more than 3000kJ / (m 3 ⁇ K) , more preferably 2000kJ / (m 3 ⁇ K) or less. Due to the low heat capacity (thin film, small volume), the temperature of the inner wall of the engine component 21 can easily follow the gas temperature in the engine combustion chamber 20. The temperature difference between the gas temperature and the heat insulating member 1 (surface dense layer 2) is reduced, and cooling loss can be reduced.
  • the surface dense layer 2 preferably has a thermal conductivity of 3 W / (m ⁇ K) or less. By setting the thermal conductivity within this range, heat conduction to the heat insulating layer 3 can be suppressed.
  • the buffer bonding layer 4 is a layer that is thinner than the heat insulating layer 3 between the engine component 21 and the heat insulating layer 3 and / or between the heat insulating layer 3 and the surface dense layer 2.
  • the buffer bonding layer 4 can eliminate mismatch of thermal expansion between both layers in contact with the buffer bonding layer 4 and suppress peeling due to thermal stress.
  • the buffer bonding layer 4 is preferably a material having an adhesive function or a material that can be formed as a thin film.
  • the buffer bonding layer 4 include an inorganic adhesive (inorganic binder), a colloidal solution, an oxide sol, a preceramic polymer (inorganic polymer), a brazing material, and a layer made of a plating film.
  • the buffer bonding layer 4 may be a layer in which a material similar to the heat insulating layer 3 is combined with these materials.
  • the heat insulation layer 3 produced separately can also be obtained by joining to the engine structural member 21 grade
  • the engine combustion chamber structure preferably includes the buffer bonding layer 4 at the interface (first interface) between the heat insulating layer 3 and the engine component 21 having 10 to 500 nm pores and a porosity of 10 to 99%. .
  • the buffer bonding layer 4 is included at the interface (second interface) between the heat insulating layer 3 and the dense layer having a porosity of 5% or less on the outermost surface.
  • the buffer bonding layer 4 may be included in both the first interface and the second interface.
  • 1A and 1B show an embodiment in which a buffer bonding layer 4 (first buffer bonding layer 4a) is formed at a first interface.
  • FIG. 1C shows an embodiment in which the buffer bonding layer 4 (second buffer bonding layer 4b) is formed at the second interface.
  • the buffer bonding layer 4 preferably has a larger thermal expansion coefficient than any one of the other two adjacent layers, and a smaller thermal expansion coefficient than the other.
  • the buffer bonding layer 4 preferably has a Young's modulus smaller than the other two adjacent layers. If comprised in this way, peeling by a thermal stress can be suppressed.
  • the buffer bonding layer 4 preferably has a large thermal resistance.
  • the thermal resistance is preferably 10 ⁇ 6 m 2 K / W or more. Further, it is preferably 10 ⁇ 6 to 10 m 2 K / W, more preferably 10 ⁇ 5 to 10 m 2 K / W, and further preferably 10 ⁇ 4 to 10 m 2 K / W.
  • the buffer bonding layer 4 has a material composition that suppresses the mutual reaction between the layers in contact with each other. This improves the oxidation resistance and the reaction resistance, and improves the durability of the heat insulating member. .
  • the heat insulating member 1 is provided on the surface (inner wall) of the engine constituent member 21 constituting the engine combustion chamber 20. Specifically, the upper surface 14s of the piston 14, the intake valve 16, the valve heads 16s and 17s of the exhaust valve 17, the bottom surface 13s of the cylinder head 13, and the like can be given.
  • FIG. 2 is an embodiment showing an engine.
  • the engine 10 includes a cylinder block 11 in which a cylinder 12 is formed, and a cylinder head 13 attached so as to cover the upper surface of the cylinder block 11.
  • a piston 14 is provided in the cylinder 12 of the cylinder block 11 so as to be slidable in the vertical direction.
  • a spark plug 15 is attached to the cylinder head 13.
  • an intake valve 16 and an exhaust valve 17 are attached.
  • the intake valve 16 is configured to open and close an intake passage 18 formed in the cylinder head 13
  • the exhaust valve 17 is configured to open and close an exhaust passage 19.
  • the heat insulating member 1 is provided on the upper surface 14 s of the piston 14. Similarly, the heat insulating member 1 is provided on the valve heads 16 s and 17 s of the intake valve 16, the exhaust valve 17, and the bottom surface 13 s of the cylinder head 13. These surfaces are surfaces that form the engine combustion chamber 20, and by providing the heat insulating member 1 on these surfaces, the heat insulating performance can be improved.
  • Fuel is supplied to the engine combustion chamber 20 surrounded by the cylinder 12, the cylinder head 13, and the piston 14 by opening the intake valve 16, and is burned by being ignited by the spark plug 15. By this combustion, the piston 14 is pushed down. The exhaust gas generated by the combustion is exhausted by opening the exhaust valve 17.
  • the gas flow path heat insulating member 1 can be provided other than the surface (inner wall) of the engine constituent member 21 constituting the engine combustion chamber 20.
  • the heat insulating member 1 can be provided on the inner wall of the flow path through which the intake gas or exhaust gas of the engine 10 circulates among the members constituting the automobile.
  • the heat insulating layer 3 includes ceramics and / or glass, has pores with a pore diameter of 10 to 500 nm, and The porosity is 10 to 99%, the surface dense layer 2 contains ceramics and / or glass, and the porosity is 5% or less.
  • the heat insulating layer 3 is preferably a composite material including ceramics and / or glass as a matrix and hollow particles and / or porous particles as a filler (see FIGS. 1A to 1C). Or it is preferable that it is a porous body which consists of a single material.
  • the heat insulating layer 3 When the heat insulating layer 3 is made of a composite material, it preferably contains hollow particles and / or porous particles having pores with a pore diameter of 10 to 500 nm, and the porosity of the hollow particles and / or porous particles is 30 to It is preferably 99%, and the porosity of the matrix of the heat insulating layer 3 is preferably 0 to 70%.
  • the porosity of the porous body is preferably 10 to 99%, and the pore diameter is preferably 500 nm or less.
  • the heat insulating layer 3 preferably has a thickness of 1 ⁇ m to 2 mm, a heat capacity of 1500 kJ / (m 3 ⁇ K) or less, and a thermal conductivity of 3 W / (m ⁇ K) or less.
  • the surface dense layer 2 preferably has a reflectance at a wavelength of 2 ⁇ m of greater than 0.5, and a wavelength of 2.5 ⁇ m.
  • the emissivity at is preferably greater than 0.5.
  • the dense surface layer 2 preferably has a thickness of 10 nm to 100 ⁇ m.
  • the buffer bonding layer 4 preferably has a larger coefficient of thermal expansion than any one of the other two adjacent layers, a smaller coefficient of thermal expansion than the other, and a smaller Young's modulus than the other two adjacent layers.
  • the buffer bonding layer 4 preferably has a thermal resistance of 10 ⁇ 6 m 2 K / W or more.
  • Examples of the flow path through which intake gas or exhaust gas of an engine 10 such as an automobile to which the heat insulating member 1 is applied include an intake pipe, an intake manifold, an exhaust manifold, an exhaust pipe, a catalytic converter, and a muffler.
  • the heat-insulating member 1 When the heat-insulating member 1 is provided in the intake-side flow path (intake pipe, intake manifold), heat from the outside of the flow path is not transferred to the air (intake gas) in the flow path, and flows into the engine 10. It can suppress that the temperature of air becomes high. As a result, knocking is less likely to occur, resulting in improved fuel consumption.
  • the heat insulating member 1 When the heat insulating member 1 is provided in the flow path (exhaust manifold, exhaust pipe, catalytic converter) on the exhaust side, the temperature of the exhaust gas can be suppressed from being lowered and the catalyst can be warmed up early. Purification performance is improved.
  • the turbocharger when the turbocharger is attached, exhaust energy increases, so that it is possible to suppress a reduction in exhaust energy, and as a result, fuel efficiency is improved.
  • a material for forming the buffer bonding layer 4a is applied (for example, in the case of an inorganic adhesive, a colloidal solution, a preceramic polymer, or a brazing material) or formed by plating, and the heat insulating layer 3 is formed thereon.
  • the heat insulating layer 3 can use a porous film forming method such as an EB-PVD method, a thermal spraying method, a CVD method, or a heat treatment after wet coating.
  • a porous film forming method in which heat treatment is performed after particles are deposited by electrophoretic deposition, advection accumulation, or the like may be used.
  • a porous thin plate may be separately prepared and attached to the base material with a bonding material.
  • a paste obtained by adding filler particles (preferably hollow) or a pore former to the binder and kneading may be applied and cured, or the heat insulating layer 3 may be formed by heat treatment.
  • composition in which hollow particles or porous particles are dispersed in an inorganic adhesive (inorganic binder), an inorganic polymer, an oxide sol, water glass, or the like is placed on the engine component 21 to which the buffer bonding layer 4 is applied.
  • the heat insulating layer 3 may be formed by coating and heat treatment.
  • the second buffer bonding layer 4b is provided between the heat insulating layer 3 and the surface dense layer 2, the second buffer bonding layer 4b is formed on the heat insulating layer 3 in the same manner as the first buffer bonding layer 4a.
  • the dense surface layer 2 is formed thereon.
  • the dense surface layer 2 is formed by forming the heat insulating layer 3 (or forming the second buffer bonding layer 4b), sputtering method, PVD method, EB-PVD method, CVD method, AD method, thermal spraying, plasma spraying. It can be formed by a method, a cold spray method, plating, heat treatment after wet coating, or the like. Alternatively, a dense thin plate may be separately prepared as the surface dense layer 2 and attached to the base material together with the heat insulating layer 3 or the like.
  • Example 1 First, an alumina sol was applied on an Al (aluminum) alloy substrate serving as an engine component 21, and after drying, an alumina film was formed by heat treatment at 500 ° C., and this was used as the buffer bonding layer 4. .
  • a composition containing silica sol, water glass, silica particles (solid particles), silica hollow particles, a surfactant, a plasticizer, and water is prepared, applied onto the buffer bonding layer 4, dried, and then 500 A porous siliceous film was formed by heat treatment at 0 ° C. to obtain a heat insulating layer 3.
  • composition containing silica sol, water glass, plasticizer, and water is prepared, applied onto the heat insulating layer 3, and after drying, a dense siliceous film is formed by heat treatment at 500 ° C. A dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Example 1 contained 200 nm pores, the porosity was 71%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was approximately 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm, and the porosity was 2%.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a buffer bonding layer 4 was formed on an Al alloy substrate.
  • a composition containing silica sol, water glass, silica particles (solid particles), porous silica particles, surfactant, plasticizer, and water is prepared, applied onto the buffer bonding layer 4, and dried.
  • a porous siliceous film was formed by heat treatment at 500 ° C. to obtain a heat insulating layer 3.
  • composition containing silica sol, water glass, plasticizer, and water is prepared, applied onto the heat insulating layer 3, and after drying, a dense siliceous film is formed by heat treatment at 500 ° C. A dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Example 2 contained 20 nm pores, the porosity was 68%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm, and the porosity was 2%.
  • Example 3 In the same manner as in Example 1, a buffer bonding layer 4 was formed on an Al alloy substrate.
  • a composition containing a silicone resin, an aluminum chelate, a silane coupling agent, silica particles (solid particles), silica hollow particles, and isopropyl alcohol is prepared, applied onto the buffer bonding layer 4, dried, and 300 A porous siliceous film was formed by heat treatment at 0 ° C. to obtain a heat insulating layer 3.
  • composition containing a silicone resin, an aluminum chelate, a silane coupling agent, and isopropyl alcohol is prepared, applied onto the heat insulating layer 3, dried, and then heat treated at 300 ° C. to form a dense siliceous film.
  • the surface dense layer 2 was formed.
  • the heat insulating layer 3 of Example 3 contained 200 nm pores, the porosity was 70%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm, and the porosity was 2%.
  • Example 4 In the same manner as in Example 1, a buffer bonding layer 4 was formed on an Al alloy substrate.
  • a composition containing perhydropolysilazane, amine-based catalyst, silica particles (solid particles), porous silica particles, and xylene is prepared, applied on the buffer bonding layer 4, dried, and then heat treated at 250 ° C.
  • a porous siliceous film was formed as the heat insulation layer 3.
  • composition containing perhydropolysilazane, an amine catalyst, and xylene is prepared, applied on the heat insulating layer 3, dried, and then heat-treated at 300 ° C. to form a dense siliceous film.
  • a dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Example 4 contained 20 nm pores, the porosity was 67%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 100 nm, and the porosity was 2%.
  • Example 5 A composition containing perhydropolysilazane, amine-based catalyst, silica particles (solid particles), porous silica particles, and xylene was prepared, applied directly onto an Al alloy substrate, dried, and then heat treated at 250 ° C. A porous siliceous film was formed as the heat insulation layer 3.
  • composition containing perhydropolysilazane, an amine catalyst, and xylene is prepared, applied on the heat insulating layer 3, dried, and then heat-treated at 300 ° C. to form a dense siliceous film.
  • a dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Example 5 contained 20 nm pores, the porosity was 69%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 100 nm, and the porosity was 2%.
  • ⁇ Comparative example 2> In the same manner as in Example 1, a buffer bonding layer 4 was formed on an Al alloy substrate.
  • a composition containing silica sol, water glass, silica particles (solid particles), a surfactant, a plasticizer, and water is prepared, applied onto the buffer bonding layer 4, dried, and then subjected to a heat treatment at 500 ° C.
  • a siliceous film was formed as the heat insulation layer 3.
  • composition containing silica sol, water glass, plasticizer, and water is prepared, applied onto the heat insulating layer 3, and after drying, a dense siliceous film is formed by heat treatment at 500 ° C. A dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Comparative Example 2 contained almost no pores, the porosity was 5%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm, and the porosity was 2%.
  • composition containing silica sol, water glass, silica particles (solid particles), foamed resin (a plastic balloon having a particle size of about 50 ⁇ m), a surfactant, a plasticizer, and water is prepared.
  • a porous siliceous film was formed by heat treatment at 500 ° C. after coating, and the heat insulating layer 3 was obtained.
  • composition containing silica sol, water glass, plasticizer, and water is prepared, applied onto the heat insulating layer 3, and after drying, a dense siliceous film is formed by heat treatment at 500 ° C. A dense layer 2 was obtained.
  • the heat insulating layer 3 of Comparative Example 3 contained 50 ⁇ m pores, the porosity was 70%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was approximately 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm, and the porosity was 2%.
  • a composition containing silica sol, water glass, silica particles (solid particles), silica hollow particles, a surfactant, a plasticizer, and water is prepared, applied onto the buffer bonding layer 4, dried, and then 500 A porous siliceous film was formed by heat treatment at 0 ° C. to obtain a heat insulating layer 3.
  • composition containing silica sol, water glass, latex particles (average particle size 50 nm), plasticizer, and water is prepared, applied on the heat insulating layer 3, dried, and then heat treated at 500 ° C.
  • a siliceous film was formed as the surface dense layer 2.
  • the heat insulating layer 3 of Comparative Example 4 contained 200 nm pores, the porosity was 69%, and the thickness of the heat insulating layer 3 was about 100 ⁇ m. Moreover, the thickness of the surface dense layer 2 was about 200 nm and the porosity was 21%.
  • the heat insulating performance of the aluminum alloy plate having the multilayer structure heat insulating member 1 (surface dense layer 2, heat insulating layer 3, buffer bonding layer 4) on the surface was evaluated as follows. Measure the heat flow of the aluminum alloy plate for comparison (no heat insulation member) in the same way, measure the heat flow transferred to the opposite side of the aluminum alloy plate by bringing the fire of the gas burner closer to the heat insulation member 1 side of the aluminum alloy plate. These were compared.
  • a heat flow meter was installed on the side of the aluminum alloy plate (Examples 1 to 5) having the heat insulating member 1 having a multilayer structure where the heat insulating member 1 was not provided.
  • a heat flow meter was installed on an aluminum alloy plate (Comparative Example 1) on which the heat insulating member 1 for comparison was not formed, the heat insulating layer 3 or the like not satisfying predetermined conditions (Comparative Examples 2 to 3).
  • the heat insulating member 1 was arranged at an equal distance from the flame of one gas burner so as to come to the flame side of the gas burner, and the heat flow rate through each was measured.
  • the heat flow rates of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were compared.
  • the heat flow rate of Comparative Example 1 is 100
  • the heat flow rate of Example 1 is 90
  • the heat flow rate of Example 2 is 86
  • the heat flow rate of Example 3 is 88
  • the heat flow rate of Example 4 is 85
  • the Example The heat flow rate of 5 was 86.
  • the heat flow rate of Comparative Example 2 is 96
  • the heat flow rate is larger than that of Example 1. It can be seen that the heat insulation performance is improved by the silica particles being hollow as in Example 1.
  • the heat flow rate of Comparative Example 3 is 93, and the heat flow rate is larger than that of Examples 1 and 2, and even with a porous heat insulation layer, the heat insulation performance is improved as the pore diameter is smaller. Recognize.
  • the heat flow rate of Comparative Example 4 is 93, and it can be seen that the heat insulation performance decreases when the porosity of the surface dense layer 2 is high. Furthermore, about Example 4 and Example 5, it turned out that durability is improving since Example 4 has the buffer joining layer 4 by repeating making the fire of a gas burner approach or keep away.
  • the engine combustion chamber structure of the present invention can be applied to engines such as automobiles.
  • the heat insulating member having this structure can also be applied to the inner wall of the flow path through which the intake gas or exhaust gas of the engine flows.
  • 1 heat insulating member
  • 2 surface dense layer
  • 3 heat insulating layer
  • 3a hollow particles
  • 3b porous particles
  • 3m matrix
  • 4 buffer bonding layer
  • 4a first buffer bonding layer
  • 4b second buffer Bonding layer
  • 10 engine
  • 11 cylinder block
  • 12 cylinder
  • 13 cylinder head
  • 13s bottom surface
  • 14 piston
  • 14s top surface
  • 15 spark plug
  • 16 intake valve
  • 16s valve head
  • 17 Exhaust valve
  • 17s valve head
  • 18 intake passage
  • 19 exhaust passage
  • 20 engine combustion chamber
  • 21 engine component.

Landscapes

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Abstract

　エンジンの熱効率を向上させて、燃費を向上させるエンジン燃焼室構造、およびエンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁構造を提供する。エンジン燃焼室構造は、エンジン構成部材（２１）のエンジン燃焼室を構成する表面上に形成された断熱層（３）と、断熱層（３）の表面に形成された表面緻密層（２）とを含む断熱部材（１）を備える。そして、断熱層（３）は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、表面緻密層（２）は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下である。

Description

エンジン燃焼室構造、および流路の内壁構造
　本発明は、エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上させるエンジン燃焼室構造に関する。特に、燃料の燃焼炎からエンジン燃焼室を構成する内壁への輻射による伝熱に注目したエンジン燃焼室構造に関する。また、自動車を構成する部材のうち、エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁構造に関する。
　エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上させることが望まれている。特許文献１には、燃焼室壁面温度のシリンダ内ガス温度への追従性を向上させることにより、熱効率を向上させた内燃機関が開示されている。特許文献１の内燃機関では、燃焼室を形成する母材の、燃焼室内に臨む壁面上に形成された断熱用薄膜が、第１の断熱材と第２の断熱材とを含む。第２の断熱材は、母材以下の熱伝導率を有する。第１の断熱材は、母材よりも低い熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を有し、さらに、第２の断熱材よりも低い熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量を有する。熱伝導率及び単位体積あたりの熱容量の低い第１の断熱材を、耐熱性及び強度の高い第２の断熱材の内部に混入することにより、第１の断熱材を燃焼室内の高温及び高圧の燃焼ガスから保護することができる。
　特許文献２には、断熱性能を向上させた構造部材を備える内燃機関が開示されている。特許文献２の内燃機関では、排気通路の内壁に隣接して断熱材が配置され、高温の作動ガス（排気ガス）が、断熱材が形成する流路に沿って流れるように構成されている。断熱材は、平均粒径が０．１～３μｍのＭＳＳ（球状メソポーラスシリカ）粒子の各粒子同士が接合材を介して密集した状態で積層されて形成されている。ＭＳＳ粒子には、平均孔径１～１０ｎｍのメソ孔が無数に形成されている。
　特許文献３には、表面硬度が高く傷付きを防止できるコーティング膜が開示されている。コーティング膜は、シリカ殻からなる中空粒子をバインダーに分散してなる。シリカ殻からなる中空粒子の耐摩耗性及び高硬度によって、コーティング膜が形成された基材の耐摩耗性を向上させることができる。また、シリカ殻からなる中空粒子の断熱性によって難燃性を向上させることができる。
国際公開第２００９／０２０２０６号 特開２０１１－５２６３０号公報 特開２００８－２００９２２号公報
　特許文献１の内燃機関では、金属製の母材（エンジン燃焼室の内壁面）の上に、金属以外の材質の断熱用薄膜（主としてセラミックスなどの金属酸化物）が形成されているが、実使用時には、両者の界面における熱応力に起因した剥離が生じたり、相互反応による界面の劣化およびそれに起因した剥離が生じたりする。また、相互反応により断熱膜の熱的性質が劣化する恐れがある。
　特許文献２の内燃機関では、特許文献１と同様に、実使用時には、両者の界面における熱応力に起因した剥離が生じたり、相互反応による界面の劣化およびそれに起因した剥離が生じたりする。また、相互反応により断熱膜の熱的性質が劣化する恐れがある。また、特許文献２の球状多孔質材は製法が煩雑であるとともに、原材料も低コストとはいえないため、これを用いる断熱材はコストが高くなる恐れがある。
　特許文献３のコーティング膜は、その断熱性によって基材表面を難燃性にすることができるが、エンジン燃焼室のような熱サイクルにさらされながら長時間使用される場合には、耐久性が不十分である。
　本発明の課題は、エンジンの熱効率を向上させて、燃費を向上させるエンジン燃焼室構造、およびエンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁構造を提供することにある。
　本発明者らは、エンジン構成部材上に、気孔径や気孔率を所定の範囲とした断熱層、気孔率を所定の範囲とした表面緻密層等を形成することにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のエンジン燃焼室構造、およびエンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁構造が提供される。
［１］　エンジン構成部材のエンジン燃焼室を構成する表面上に形成された断熱層と、前記断熱層の表面に形成された表面緻密層と、を備え、前記断熱層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、前記表面緻密層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下であるエンジン燃焼室構造。
［２］　前記断熱層が、マトリックスとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子および／または多孔質粒子と、を含む複合材料であるか、あるいは、単一材料からなる多孔質体である前記［１］に記載のエンジン燃焼室構造。
［３］　前記断熱層が前記複合材料からなる場合に、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有する中空粒子および／または多孔質粒子を含む前記［２］に記載のエンジン燃焼室構造。
［４］　前記中空粒子および／または前記多孔質粒子の気孔率が３０～９９％であり、前記断熱層の前記マトリックスの気孔率が０～７０％である前記［３］に記載のエンジン燃焼室構造。
［５］　前記断熱層が前記単一材料からなる前記多孔質体である場合に、前記多孔質体の気孔率が１０～９９％であり、気孔径は、５００ｎｍ以下である前記［２］に記載のエンジン燃焼室構造。
［６］　前記断熱層は、厚さが１μｍ～２ｍｍである前記［１］～［５］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［７］　前記断熱層は、熱容量が１５００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である前記［１］～［６］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［８］　前記断熱層は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である前記［１］～［７］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［９］　前記表面緻密層は、波長２μｍにおける反射率が、０．５より大きい前記［１］～［８］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［１０］　前記表面緻密層は、波長２．５μｍにおける輻射率が、０．５より大きい前記［１］～［９］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［１１］　前記表面緻密層は、厚さが１０ｎｍ～１００μｍである前記［１］～［１０］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［１２］　前記エンジン構成部材と前記断熱層との間、および／または前記断熱層と前記表面緻密層との間に、厚さが前記断熱層よりも薄い緩衝接合層を備える前記［１］～［１１］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［１３］　前記緩衝接合層は、隣接する他の２層のいずれか一方より熱膨張係数が大きく、他方より熱膨張係数が小さい前記［１２］に記載のエンジン燃焼室構造。
［１４］　前記緩衝接合層は、隣接する他の２層よりヤング率が小さい前記［１２］または［１３］に記載のエンジン燃焼室構造。
［１５］　前記緩衝接合層は、熱抵抗が１０－６ｍ２Ｋ／Ｗ以上である前記［１２］～［１４］のいずれかに記載のエンジン燃焼室構造。
［１６］　自動車を構成する部材のうち、エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁に形成された断熱層と、前記断熱層の表面に形成された表面緻密層と、を含む断熱部材を備え、前記断熱層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、前記表面緻密層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下である流路の内壁構造。
［１７］　前記断熱層が、マトリックスとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子および／または多孔質粒子と、を含む複合材料であるか、あるいは、単一材料からなる多孔質体である前記［１６］に記載の流路の内壁構造。
［１８］　前記エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の前記内壁と前記断熱層との間に、および／または前記断熱層と前記表面緻密層との間に、厚さが前記断熱層よりも薄い緩衝接合層を備える前記［１６］または［１７］に記載の流路の内壁構造。
　エンジン構成部材の表面上に、気孔径や気孔率を所定の範囲とした断熱層、気孔率を所定の範囲とした表面緻密層等を形成した構造のエンジン燃焼室は、断熱性能が向上し、燃費が向上する。
　表面緻密層が気孔率５％以下の緻密な層であることにより、輻射を反射するとともに、燃料の吸収や燃えカスの付着を抑制することができる。また、表面緻密層の下に表面緻密層よりも多孔質な断熱層を配置することにより、エンジン構成部材への伝熱を抑制することができる。したがって、エンジン燃焼室を構成するエンジン構成部材の耐久性も向上する。
　また、エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路に、表面緻密層と断熱層との２層を含む断熱部材を備えることにより、断熱効果を向上させることができる。
表面緻密層、断熱層、緩衝接合層を含む断熱部材の実施形態１を示す模式図である。 表面緻密層、断熱層、緩衝接合層を含む断熱部材の実施形態２を示す模式図である。 表面緻密層、断熱層、緩衝接合層を含む断熱部材の実施形態３を示す模式図である。 エンジンの一実施形態を示す模式図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
　図１Ａ～図１Ｃ、及び図２を用いて本発明のエンジン燃焼室構造、及び断熱部材１を説明する。本発明のエンジン燃焼室構造は、エンジン構成部材２１のエンジン燃焼室を構成する表面上に形成された断熱層３と、断熱層３の表面に形成された表面緻密層２と、を含む断熱部材１を備える。そして、断熱層３は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、表面緻密層２は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下である。エンジン構成部材２１と断熱層３との間、および／または断熱層３と表面緻密層２との間に、厚さが断熱層３よりも薄い緩衝接合層４を含む構成とすることもできる。
　断熱層３と、表面緻密層２とを含む断熱部材１により、エンジン燃焼室２０の断熱性能を向上させることができる。エンジン燃焼室２０内における燃料の燃焼時には、表面緻密層２により輻射を反射し、排気時には、表面緻密層２から熱を放射することができる。また、断熱層３は、表面緻密層２から、エンジン構成部材２１への伝熱を抑制することができる。このため、燃料の燃焼時には、エンジン構成部材２１の内壁（エンジン燃焼室２０を構成する壁面）の温度が、エンジン燃焼室２０のガス温度に追従して上昇しやすくなる。以下、具体的にそれぞれの層について説明する。
（断熱層）
　断熱層３は、セラミックスおよび／またはガラスを含む層であり、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％である。また、表面緻密層２の気孔率よりも気孔率が大きい。断熱層３は、マトリックス３ｍとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子３ａおよび／または多孔質粒子３ｂとを含む複合材料であることが好ましい（図１Ａ～図１Ｃ参照）。あるいは、断熱層３は、単一材料からなる多孔質体であることが好ましい。
　断熱層３が複合材料からなる場合は、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有する中空粒子３ａおよび／または多孔質粒子３ｂを含むとともに、この粒子を結合するセラミックスおよび／またはガラスのマトリックス３ｍを含むことが好ましい。図１Ａ、及び図１Ｃは、中空粒子３ａを用いた実施形態、図１Ｂは、多孔質粒子３ｂを用いた実施形態である。中空粒子３ａとは、粒子の内部に１つの閉気孔が存在する粒子であり、例えば、中空ガラスビーズ、中空セラミックビーズ、フライアッシュバルーン、中空シリカなどが挙げられる。また、多孔質粒子３ｂとは、粒子の内部が多孔質の粒子、すなわち、前記中空粒子以外の気孔を含む粒子であり、例えば、メソポーラスシリカ、メソポーラスチタニア、メソポーラスジルコニア、シラスバルーンなどが挙げられる。マトリックスとは、中空粒子や多孔質粒子の周囲やこれらの粒子間に存在する成分であり、これらの粒子間を結合する成分である。
　断熱層３が複合材料からなる場合は、マトリックス３ｍとしてセラミックスおよび／またはガラスを含むが、マトリックス３ｍとなる材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化けい素、酸窒化けい素、炭化けい素、酸炭化けい素、ガラス等を挙げることができる。これらは熱伝導率の観点から非晶質であることが好ましい。断熱層３のセラミックスからなるマトリックス３ｍは、粒径が５００ｎｍ以下の微粒子の集合体であることが望ましい。
　ナノオーダーの気孔や、ナノオーダーの粒子または結晶粒で断熱層３を構成することにより、熱伝導率を低くすることができる。すなわち、より大きな気孔や粒子または結晶粒で構成された断熱層と比較して、気孔率が低くても熱伝導率を低くすることができるため、低熱伝導率であっても強度が低下する割合を小さくすることができる。
　さらに、断熱層３が複合材料からなる場合は、断熱層３全体の気孔率が１０～９９％であるとともに、中空粒子３ａおよび／または多孔質粒子３ｂの気孔率が３０～９９％であり、マトリックス３ｍとしてのセラミックスおよび／またはガラスの気孔率が０～７０％であることが好ましい。
　断熱層３は、中空粒子もしくは多孔質粒子を、無機接着剤（無機バインダー）あるいは無機高分子や酸化物ゾルなど、例えば、セメント、ベントナイト、リン酸アルミニウム、シリカゾル、アルミナゾル、ベーマイトゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾル、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、オルトケイ酸テトラメチル、オルトケイ酸テトラエチル、ポリシラザン、ポリカルボシラン、ポリビニルシラン、ポリメチルシラン、ポリシロキサン、ポリシルセスキオキサン、ジオポリマーなどに分散させた組成物を、緩衝接合層４を塗布したエンジン構成部材２１の上に塗布し、熱処理して形成させることができる。
　断熱層３が、複合材料からなる場合には、上記に記載のマトリックス３ｍとなる材料とともに、フィラーとして、中空粒子３ａ及び／または多孔質粒子３ｂが含まれる複合材料であってもよい。さらに、フィラーとして、前記中空粒子や多孔質粒子に加えて、繊維状粒子、針状粒子、板状粒子や中実粒子（球状や塊状など）が分散した複合材料であってもよい。
　断熱層３が単一材料からなる多孔質体である場合は、多孔質体としては、一体的な多孔質なセラミックス焼結体（多孔質セラミックスを含む一体焼結体）、多孔質ガラス固体が挙げられる。断熱層３が多孔質体の場合、多孔質体の気孔率は、１０～９９％であり、気孔径は５００ｎｍ以下であることが好ましい。
　エンジン１０（図２参照）の吸気→燃焼→膨張→排気のサイクルにおいて、燃焼時にエンジン燃焼室２０の断熱性を確保する必要があり、そのため、断熱層３は、断熱効果を得ることができる程度の厚さが必要である。しかし、吸気時に新たに吸入した空気が、断熱層３にたまった熱を奪ってガス温度が高くなると、異常燃焼などの問題が生じることがある。そこで、断熱層３は、断熱効果を得ることができる程度の厚さを有しつつ熱容量が小さいことが好ましい。そのため、厚さは厚すぎると好ましくない。そのため、断熱層３の厚さは、１μｍ～２ｍｍの範囲が適当である。断熱層３の厚さをこの範囲とすることにより、断熱効果を十分なものとしつつ、異常燃焼などの問題の発生を抑制することができる。
　断熱層３は、熱容量が１５００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることが好ましく、１０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることがさらに好ましい。低熱容量であることにより、燃料の排気後、エンジン燃焼室２０内のガス温度を低下させやすい。これにより、異常燃焼などの問題を抑制することができる。
　断熱層３は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がさらに好ましく、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が最も好ましい。低熱伝導率であることにより、表面緻密層２からエンジン構成部材２１への伝熱を抑制することができる。
（表面緻密層）
　表面緻密層２は、多孔質な構造の断熱層３の表面に形成された断熱層３よりも緻密なセラミックスを含む層である。表面緻密層２は、気孔率が５％以下であり、０．０１～４％であることが好ましく、０．０１～３％であることがより好ましい。このような緻密層は、燃料の吸収やスス、燃えカスが付着しにくい。
　表面緻密層２の材質は断熱層３と類似のものが好ましく、同一組成で気孔率が５％以下であるものがさらに好ましい。表面緻密層２は、セラミックスで形成することができ、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、窒化けい素、炭化けい素、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、ガラスなどが挙げられる。
　表面緻密層２は、燃料の燃焼時には、熱源である燃焼炎からの輻射伝熱を抑制する材料で構成される。また、表面緻密層２は、燃料の排気時には、自身の熱を放射しやすいものであることが好ましい。これには、ウイーンの変位則（λｍＴ＝２８９８［μｍ・Ｋ］：ここで、λｍは最大放射強度を示す波長、Ｔは温度を示す。）から予想される波長領域での反射率、輻射率を制御することが望ましい。すなわち、反射率は２μｍより小さい波長において大きいことが好ましく、輻射率は２μｍより大きい波長において大きいことが好ましい。
　気孔率が５％以下の表面緻密層２により、燃焼直後から燃焼前期にかけてはエンジン燃焼室を構成する内壁への輻射伝熱を抑制することができる。また、燃焼後期から排気工程では、低温になると表面緻密層２から排気ガスへと熱を放射することで、次に導入される吸気ガスが高温になることを防止することができる。
　表面緻密層２は、波長２μｍにおける反射率が、０．５より大きいことが好ましい。このような反射率を有することにより、断熱層３への熱の伝導を抑制することができる。
　表面緻密層２は、波長２．５μｍにおける輻射率が、０．５より大きいことが好ましい。また、このような輻射率を有することにより、熱せられた表面緻密層２を冷めやすくすることができる。
　表面緻密層２は、薄いほど好ましいが、厚さが１０ｎｍ～１００μｍの範囲が適当である。厚さをこの範囲とすることにより、断熱層３への熱の伝導を抑制することができる。
　表面緻密層２の熱容量は３０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることが好ましく、２０００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下であることがより好ましい。低熱容量（薄膜、小体積）であることにより、エンジン構成部材２１の内壁の温度がエンジン燃焼室２０内のガス温度に追随しやすくなる。ガス温度と断熱部材１（表面緻密層２）との温度差が小さくなり、冷却損失を低減することができる。
　表面緻密層２は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。熱伝導率をこの範囲とすることにより、断熱層３への熱の伝導を抑制することができる。
（緩衝接合層）
　緩衝接合層４は、エンジン構成部材２１と断熱層３との間、および／または断熱層３と表面緻密層２との間に、厚さが断熱層３よりも薄い層である。緩衝接合層４により、これに接する両層の熱膨張のミスマッチを解消し、熱応力による剥離を抑制することができる。
　緩衝接合層４には接着機能を有するもの、あるいは、薄膜として形成させることが可能な材料が好ましい。緩衝接合層４としては、例えば、無機接着剤（無機バインダー）、コロイド溶液、酸化物ゾル、プレセラミックポリマー（無機高分子）、ろう材、めっき膜からなる層などが挙げられる。あるいは、緩衝接合層４としては、これらの材料に断熱層３と類似の物質を複合化させた層であってもよい。また、別途作製した断熱層３を、上記の材料によりエンジン構成部材２１等に接合して得ることもできる。
　エンジン燃焼室構造は、１０～５００ｎｍの気孔を有し、気孔率が１０～９９％である断熱層３とエンジン構成部材２１との界面（第一界面）に緩衝接合層４を含むことが好ましい。または、断熱層３と、最表面の気孔率が５％以下の緻密層との界面（第二界面）に、緩衝接合層４を含むことが好ましい。あるいは、第一界面と第二界面の両方に緩衝接合層４を含んでもよい。図１Ａおよび図１Ｂは、第一界面に緩衝接合層４（第一緩衝接合層４ａ）が形成された実施形態を示す。また、図１Ｃは、第二界面に緩衝接合層４（第二緩衝接合層４ｂ）が形成された実施形態を示す。
　緩衝接合層４は、隣接する他の２層のいずれか一方より熱膨張係数が大きく、他方より熱膨張係数が小さいことが好ましい。また、緩衝接合層４は、隣接する他の２層よりヤング率が小さいことが好ましい。このように構成すると、熱応力による剥離を抑制することができる。
　緩衝接合層４は、熱抵抗が大きいことが好ましく、具体的には、熱抵抗が１０－６ｍ２Ｋ／Ｗ以上であることが好ましい。さらに、１０－６～１０ｍ２Ｋ／Ｗであることが好ましく、１０－５～１０ｍ２Ｋ／Ｗであることがより好ましく、１０－４～１０ｍ２Ｋ／Ｗであることがさらに好ましい。このような緩衝接合層４を形成することにより、断熱効果をさらに十分なものとすることができる。
　さらに、緩衝接合層４は、それぞれ接する層の相互の反応を抑制するような材料組成とすることが好ましく、これにより、耐酸化性や耐反応性が向上し、断熱部材の耐久性が向上する。
（断熱部材の配置）
１．エンジン燃焼室
　次に、断熱部材１の配置について説明する。断熱部材１は、エンジン燃焼室２０を構成するエンジン構成部材２１の表面（内壁）に備えられる。具体的には、ピストン１４の上面１４ｓ、吸気バルブ１６、排気バルブ１７のバルブヘッド１６ｓ，１７ｓ、シリンダヘッド１３の底面１３ｓ等が挙げられる。
　図２は、エンジンを示す一実施形態である。エンジン１０は、シリンダ１２が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面を覆って取り付けられたシリンダヘッド１３とを有して構成されている。シリンダブロック１１のシリンダ１２内には、ピストン１４が上下方向に摺動可能に備えられている。
　シリンダヘッド１３には、点火プラグ１５が取り付けられている。また、吸気バルブ１６、排気バルブ１７が取り付けられており、吸気バルブ１６は、シリンダヘッド１３に形成された吸気通路１８を、排気バルブ１７は、排気通路１９を開閉するように構成されている。
　図２に示すように、ピストン１４の上面１４ｓに、断熱部材１が備えられている。また、吸気バルブ１６、排気バルブ１７のバルブヘッド１６ｓ，１７ｓ、シリンダヘッド１３の底面１３ｓにも同様に、断熱部材１が備えられている。これらの面は、エンジン燃焼室２０を形成する面であり、これらの面に、断熱部材１を備えることにより、断熱性能を向上させることができる。
　シリンダ１２、シリンダヘッド１３、ピストン１４によって囲まれたエンジン燃焼室２０に、吸気バルブ１６の開弁により燃料が供給され、点火プラグ１５によって点火されることにより、燃焼される。この燃焼により、ピストン１４が押し下げられる。燃焼により発生した排気ガスは、排気バルブ１７が開弁されることにより排気される。
２．ガスの流路
　断熱部材１は、エンジン燃焼室２０を構成するエンジン構成部材２１の表面（内壁）以外にも備えることができる。例えば、自動車を構成する部材のうち、エンジン１０の吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁に、この断熱部材１を備えることができる。
　吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁に、この断熱部材１を備えた場合も、断熱層３は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、表面緻密層２は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下である。
　断熱層３は、マトリックスとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子および／または多孔質粒子と、を含む複合材料であることが好ましい（図１Ａ～図１Ｃ参照）。あるいは、単一材料からなる多孔質体であることが好ましい。
　断熱層３が複合材料からなる場合には、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有する中空粒子および／または多孔質粒子を含むことが好ましく、中空粒子および／または多孔質粒子の気孔率が３０～９９％であり、断熱層３のマトリックスの気孔率が０～７０％であることが好ましい。
　断熱層３が単一材料からなる多孔質体である場合には、多孔質体の気孔率が１０～９９％であり、気孔径は、５００ｎｍ以下であることが好ましい。断熱層３は、厚さが１μｍ～２ｍｍ、熱容量が１５００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
　吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁に、この断熱部材１を備えた場合も、表面緻密層２は、波長２μｍにおける反射率が、０．５より大きいことが好ましく、波長２．５μｍにおける輻射率が、０．５より大きいことが好ましい。また、表面緻密層２は、厚さが１０ｎｍ～１００μｍであることが好ましい。
　エンジン１０の吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁と断熱層３との間に、および／または断熱層３と表面緻密層２との間に、厚さが断熱層３よりも薄い緩衝接合層４を備えることが好ましい。緩衝接合層４は、隣接する他の２層のいずれか一方より熱膨張係数が大きく、他方より熱膨張係数が小さいことが好ましく、隣接する他の２層よりヤング率が小さいことが好ましい。また、緩衝接合層４は、熱抵抗が１０－６ｍ２Ｋ／Ｗ以上であることが好ましい。
　断熱部材１を適用する、自動車等のエンジン１０の吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路としては、例えば、吸気管、インテークマニホールド、エキゾーストマニホールド、排気管、触媒コンバーター、マフラーなどが挙げられる。
　吸気側の流路（吸気管、インテークマニホールド）に断熱部材１を備えた場合、流路の外部からの熱を流路内の空気（吸気ガス）に伝えないことで、エンジン１０内に流入する空気の温度が高くなることを抑えることができる。これにより、ノッキングが起こりにくくなり、結果として燃費向上に繋がる。排気側の流路（エキゾーストマニホールド、排気管、触媒コンバーター）に断熱部材１を備えた場合、排気ガスの温度が低くなることを抑え、触媒を早期に暖機することができるため、排気ガスの浄化性能が向上する。また、ターボチャージャーを装着する場合には、排気エネルギーが増大するため、排気エネルギーを低下させることを抑えられるため、結果として燃費向上に繋がる。
（製造方法）
　次に、断熱部材１の製造方法について説明する。
　エンジン燃焼室２０を構成する内壁（または、流路の内壁）と断熱層３との間に、第一緩衝接合層４ａを有するように構成する場合は、エンジン構成部材２１の上に、第一緩衝接合層４ａとなる材料を塗布（例えば、無機接着剤、コロイド溶液、プレセラミックポリマー、ろう材の場合）、あるいは、めっき製膜して形成し、その上に断熱層３を形成する。
　断熱層３は、多孔質膜を形成する上では、特に、ＥＢ－ＰＶＤ法、溶射法、ＣＶＤ法、湿式コーティング後の熱処理などの多孔質膜の形成法を用いることができる。または、電気泳動堆積、移流集積などにより粒子を堆積させた後に熱処理をする多孔質膜の形成法を用いてもよい。あるいは、多孔質な薄板を別途作製して、接合材により下地材に貼り付けてもよい。さらに、結合材にフィラー粒子（中空が好ましい）や造孔材を加えて混練したペーストを塗布し、硬化させる、あるいは、熱処理して断熱層３としてもよい。また、中空粒子もしくは多孔質粒子を無機接着剤（無機バインダー）あるいは無機高分子、酸化物ゾル、水ガラスなどに分散させた組成物を、緩衝接合層４を塗布したエンジン構成部材２１の上に塗布し、熱処理して断熱層３を形成してもよい。
　断熱層３と表面緻密層２との間に、第二緩衝接合層４ｂを有するように構成する場合は、断熱層３上に、第二緩衝接合層４ｂを第一緩衝接合層４ａと同様にして形成し、その上に表面緻密層２を形成する。
　表面緻密層２は、断熱層３を形成した上に（または第二緩衝接合層４ｂを形成した上に）、スパッタ法、ＰＶＤ法、ＥＢ－ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＡＤ法、溶射、プラズマスプレー法、コールドスプレー法、めっき、湿式コーティング後の熱処理などで形成することができる。または、表面緻密層２として緻密な薄板を別途作製し、断熱層３等とともに下地材に貼り付けてもよい。
　以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
　まず、エンジン構成部材２１の代わりとなる、Ａｌ（アルミニウム）合金の基材上にアルミナゾルを塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理によりアルミナ質の膜を形成し、これを緩衝接合層４とした。
　次に、シリカゾル、水ガラス、シリカ粒子（中実粒子）、シリカ中空粒子、界面活性剤、可塑剤、水を含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリカゾル、水ガラス、可塑剤、水を含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　実施例１の断熱層３は、２００ｎｍの気孔を含み、気孔率は７１％、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さは、およそ２００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜実施例２＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、シリカゾル、水ガラス、シリカ粒子（中実粒子）、多孔質シリカ粒子、界面活性剤、可塑剤、水を含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリカゾル、水ガラス、可塑剤、水を含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　実施例２の断熱層３は、２０ｎｍの気孔を含み、気孔率は６８％、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さは、およそ２００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜実施例３＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、シリコーン樹脂、アルミキレート、シランカップリング剤、シリカ粒子（中実粒子）、シリカ中空粒子、イソプロピルアルコールを含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、３００℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリコーン樹脂、アルミキレート、シランカップリング剤、イソプロピルアルコールを含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、３００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　実施例３の断熱層３は、２００ｎｍの気孔を含み、気孔率は７０％、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍあった。また、表面緻密層２の厚さはおよそ２００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜実施例４＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、パーヒドロポリシラザン、アミン系触媒、シリカ粒子（中実粒子）、多孔質シリカ粒子、キシレンを含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、２５０℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、パーヒドロポリシラザン、アミン系触媒、キシレンを含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、３００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　実施例４の断熱層３は２０ｎｍの気孔を含み、気孔率は６７％、断熱層３の厚さはおよそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さはおよそ１００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜実施例５＞
　パーヒドロポリシラザン、アミン系触媒、シリカ粒子（中実粒子）、多孔質シリカ粒子、キシレンを含む組成物を調製し、Ａｌ合金の基材上に直接塗布し、乾燥後、２５０℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、パーヒドロポリシラザン、アミン系触媒、キシレンを含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、３００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　実施例５の断熱層３は２０ｎｍの気孔を含み、気孔率は６９％で、断熱層３の厚さはおよそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さはおよそ１００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜比較例１＞
　エンジン構成部材２１の代わりとなる、Ａｌ（アルミニウム）合金の基材上に、緩衝接合層４、断熱層３、表面緻密層２を形成せずに、表面がＡｌ合金のままであるものを比較例１として用意した。
＜比較例２＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、シリカゾル、水ガラス、シリカ粒子（中実粒子）、界面活性剤、可塑剤、水を含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、シリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリカゾル、水ガラス、可塑剤、水を含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　比較例２の断熱層３は気孔をほとんど含まず、気孔率は５％で、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さは、およそ２００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜比較例３＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、シリカゾル、水ガラス、シリカ粒子（中実粒子）、発泡樹脂（粒径約５０μｍのプラスチックバルーン）、界面活性剤、可塑剤、水を含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリカゾル、水ガラス、可塑剤、水を含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　比較例３の断熱層３は５０μｍの気孔を含み、気孔率は７０％で、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さは、およそ２００ｎｍ、気孔率は２％であった。
＜比較例４＞
　実施例１と同様に、Ａｌ合金の基材上に緩衝接合層４を形成した。
　次に、シリカゾル、水ガラス、シリカ粒子（中実粒子）、シリカ中空粒子、界面活性剤、可塑剤、水を含む組成物を調製し、緩衝接合層４の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、多孔質なシリカ質の膜を形成し、断熱層３とした。
　最後に、シリカゾル、水ガラス、ラテックス粒子（平均粒径５０ｎｍ）、可塑剤、水を含む組成物を調製し、断熱層３の上に塗布し、乾燥後、５００℃の熱処理により、緻密質なシリカ質の膜を形成し、表面緻密層２とした。
　比較例４の断熱層３は２００ｎｍの気孔を含み、気孔率は６９％で、断熱層３の厚さは、およそ１００μｍであった。また、表面緻密層２の厚さは、およそ２００ｎｍ、気孔率２１％であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（評価方法）
　多層構造の断熱部材１（表面緻密層２、断熱層３、緩衝接合層４）を表面に有するアルミニウム合金板における断熱性能を次のようにして評価した。ガスバーナーの火をアルミニウム合金板の断熱部材１側に近づけて、アルミニウム合金板の反対側に伝わる熱流量を測定し、同様にして比較用アルミニウム合金板（断熱部材なし）の熱流量を測定し、これらを比較した。
　具体的には、多層構造の断熱部材１を有するアルミニウム合金板（実施例１～５）の断熱部材１がない側に熱流計を設置した。同様に、比較用の断熱部材１が形成されていないアルミニウム合金板（比較例１）や断熱層３等が所定の条件を満たさないもの（比較例２～３）に熱流計を設置した。１つのガスバーナーの炎から等距離のところに、断熱部材１がガスバーナーの炎側にくるように配置し、それぞれを貫流する熱流量を計測した。
　実施例１～５と比較例１～３の熱流量を比較した。比較例１の熱流量を１００としたとき、実施例１の熱流量は９０、実施例２の熱流量は８６、実施例３の熱流量は８８、実施例４の熱流量は８５、実施例５の熱流量は８６であった。また、比較例２の熱流量は９６であり、実施例１と比較して熱流量が大きく、実施例１のようにシリカ粒子が中空であることで断熱性能が改善されることがわかる。また、比較例３の熱流量は９３であり、実施例１や２と比較して熱流量が大きく、多孔質な断熱層であってもその気孔径が小さいほど断熱性能が改善されることがわかる。比較例４の熱流量は９３であり、表面緻密層２の気孔率が高いと断熱性能が低下することがわかる。さらに、実施例４と実施例５について、ガスバーナーの火を近づけたり遠ざけることを繰り返すことにより、実施例４は、緩衝接合層４を有するため耐久性が向上していることが分かった。
　本発明のエンジン燃焼室構造は、自動車等のエンジンに適用することができる。また、エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁にもこの構造の断熱部材を適用することができる。
１：断熱部材、２：表面緻密層、３：断熱層、３ａ：中空粒子、３ｂ：多孔質粒子、３ｍ：マトリックス、４：緩衝接合層、４ａ：第一緩衝接合層、４ｂ：第二緩衝接合層、１０：エンジン、１１：シリンダブロック、１２：シリンダ、１３：シリンダヘッド、１３ｓ：底面、１４：ピストン、１４ｓ：上面、１５：点火プラグ、１６：吸気バルブ、１６ｓ：バルブヘッド、１７：排気バルブ、１７ｓ：バルブヘッド、１８：吸気通路、１９：排気通路、２０：エンジン燃焼室、２１：エンジン構成部材。

Claims (18)

  1. 　エンジン構成部材のエンジン燃焼室を構成する表面上に形成された断熱層と、
    　前記断熱層の表面に形成された表面緻密層と、
    を備え、
    　前記断熱層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、
    　前記表面緻密層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下であるエンジン燃焼室構造。
  2. 　前記断熱層が、マトリックスとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子および／または多孔質粒子と、を含む複合材料であるか、あるいは、単一材料からなる多孔質体である請求項１に記載のエンジン燃焼室構造。
  3. 　前記断熱層が前記複合材料からなる場合に、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有する中空粒子および／または多孔質粒子を含む請求項２に記載のエンジン燃焼室構造。
  4. 　前記中空粒子および／または前記多孔質粒子の気孔率が３０～９９％であり、前記断熱層の前記マトリックスの気孔率が０～７０％である請求項３に記載のエンジン燃焼室構造。
  5. 　前記断熱層が前記単一材料からなる前記多孔質体である場合に、前記多孔質体の気孔率が１０～９９％であり、気孔径は、５００ｎｍ以下である請求項２に記載のエンジン燃焼室構造。
  6. 　前記断熱層は、厚さが１μｍ～２ｍｍである請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  7. 　前記断熱層は、熱容量が１５００ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）以下である請求項１～６のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  8. 　前記断熱層は、熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１～７のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  9. 　前記表面緻密層は、波長２μｍにおける反射率が、０．５より大きい請求項１～８のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  10. 　前記表面緻密層は、波長２．５μｍにおける輻射率が、０．５より大きい請求項１～９のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  11. 　前記表面緻密層は、厚さが１０ｎｍ～１００μｍである請求項１～１０のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  12. 　前記エンジン構成部材と前記断熱層との間、および／または前記断熱層と前記表面緻密層との間に、厚さが前記断熱層よりも薄い緩衝接合層を備える請求項１～１１のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  13. 　前記緩衝接合層は、隣接する他の２層のいずれか一方より熱膨張係数が大きく、他方より熱膨張係数が小さい請求項１２に記載のエンジン燃焼室構造。
  14. 　前記緩衝接合層は、隣接する他の２層よりヤング率が小さい請求項１２または１３に記載のエンジン燃焼室構造。
  15. 　前記緩衝接合層は、熱抵抗が１０－６ｍ２Ｋ／Ｗ以上である請求項１２～１４のいずれか１項に記載のエンジン燃焼室構造。
  16. 　自動車を構成する部材のうち、エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の内壁に形成された断熱層と、
    　前記断熱層の表面に形成された表面緻密層と、を含む断熱部材を備え、
    　前記断熱層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔径が１０～５００ｎｍの気孔を有し、かつ気孔率が１０～９９％であり、
    　前記表面緻密層は、セラミックスおよび／またはガラスを含み、気孔率が５％以下である流路の内壁構造。
  17. 　前記断熱層が、マトリックスとしてのセラミックスおよび／またはガラスと、フィラーとしての中空粒子および／または多孔質粒子と、を含む複合材料であるか、あるいは、単一材料からなる多孔質体である請求項１６に記載の流路の内壁構造。
  18. 　前記エンジンの吸気ガスまたは排気ガスが流通する流路の前記内壁と前記断熱層との間に、および／または前記断熱層と前記表面緻密層との間に、厚さが前記断熱層よりも薄い緩衝接合層を備える請求項１６または１７に記載の流路の内壁構造。
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