JP2015224362A - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015224362A JP2015224362A JP2014109373A JP2014109373A JP2015224362A JP 2015224362 A JP2015224362 A JP 2015224362A JP 2014109373 A JP2014109373 A JP 2014109373A JP 2014109373 A JP2014109373 A JP 2014109373A JP 2015224362 A JP2015224362 A JP 2015224362A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sealing material
- material layer
- internal combustion
- combustion engine
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
【課題】燃焼ガス温度と燃焼室壁面温度との温度差を縮小させ冷却損失を低減できる内燃機関の提供。
【解決手段】アルミニウムを母材とする燃焼室の構成部品の表面に形成されたアルマイト皮膜30と、アルマイト皮膜を覆う封孔材の層32とを含む断熱構造を有する内燃機関であって、封孔材の層32は、封孔材よりも高い輻射率の材料を含有することを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】アルミニウムを母材とする燃焼室の構成部品の表面に形成されたアルマイト皮膜30と、アルマイト皮膜を覆う封孔材の層32とを含む断熱構造を有する内燃機関であって、封孔材の層32は、封孔材よりも高い輻射率の材料を含有することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
この発明は、内燃機関に関し、より詳細には、燃焼室の壁面に断熱膜が形成された内燃機関に関する。
従来、内燃機関の燃焼室の壁面を構成する部材に断熱膜を形成する技術が知られている。例えば、特許文献1には、アルミニウムやその合金を母材とするピストンの頂面にアルマイト皮膜を形成する技術が開示されている。この技術では、まず、ピストンの頂面に陽極酸化処理が施され、多孔質のアルマイト皮膜が形成される。次に、形成したアルマイト皮膜の表面に封孔材が塗布される。
特許文献1に記載の封孔材が塗布されたアルマイト皮膜が形成されたピストンを備える内燃機関の燃焼室では、燃焼室壁面温度がガス温度に追従することによって冷却損失を低減することができる。しかしながら、この構成では燃焼室壁面温度の上昇が鈍く、燃焼ガス温度と燃焼室壁面温度との温度差の縮小効果が不十分である。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼ガス温度と燃焼室壁面温度との温度差を縮小させ冷却損失を低減することができる内燃機関を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
アルミニウムを母材とする燃焼室の構成部品の表面に形成されたアルマイト皮膜と、前記アルマイト皮膜を覆う封孔材の層とを含む断熱構造を有する内燃機関であって、
前記封孔材の層は、前記封孔材よりも高い輻射率の材料を含有することを特徴とする。
アルミニウムを母材とする燃焼室の構成部品の表面に形成されたアルマイト皮膜と、前記アルマイト皮膜を覆う封孔材の層とを含む断熱構造を有する内燃機関であって、
前記封孔材の層は、前記封孔材よりも高い輻射率の材料を含有することを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、前記封孔材の層は、前記アルマイト皮膜を覆う第1の封孔材の層と、前記第1の封孔材の層を覆う前記材料が含有されている第2の封孔材の層との2層構造になっていることを特徴とする。
また、第3の発明は、第1の発明において、前記封孔材の層は、前記アルマイト皮膜側に向かうほど前記材料の含有率が低くなることを特徴とする。
本発明によれば、輻射率の高い材料を封孔材の層に含有させることで、エンジンの燃焼時に生じる火炎からの輻射熱で壁面温度が上昇しやすくなる。この結果、燃焼ガス温度と壁面温度との差が縮小し、冷却損失を低減することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の燃焼室の構成部品を説明するための概略構成図である。図1に示すシステムは、エンジン10を備える。エンジン10の燃焼室14は、シリンダブロック20とシリンダヘッド22とピストン12とによって構成されている。燃焼室14には、吸気バルブ16と排気バルブ18とが設けられている。
図1は、本発明の実施の形態1の燃焼室の構成部品を説明するための概略構成図である。図1に示すシステムは、エンジン10を備える。エンジン10の燃焼室14は、シリンダブロック20とシリンダヘッド22とピストン12とによって構成されている。燃焼室14には、吸気バルブ16と排気バルブ18とが設けられている。
実施の形態1では、図1で説明した燃焼室14の構成部品の表面に断熱構造が形成される。以下、断熱構造について図2を参照して説明する。なお、実施の形態1では、具体例として、ピストン12の頂面に形成された断熱構造について説明する。
図2は、実施の形態1における断熱構造について説明するための図である。図2に示すように、ピストン12の表面には断熱構造が形成されている。断熱構造は、アルマイト皮膜30と封孔材の層32とから構成されている。図2に示すように、アルマイト皮膜30の表面に封孔材が塗布されている。
アルマイト皮膜30は、ピストン12の母材であるアルミニウム合金を陽極酸化処理することにより形成される多孔質皮膜である。アルマイト皮膜30はアルミニウム又はアルミニウム合金と比べて低熱伝達率、低熱容量の物性を有し、ピストンの断熱性向上に優位である。
封孔材の層32に使用される封孔材としては、塗布硬化後、シリカ等の耐熱性のある材質が主成分として作用する材料(好ましくはポリシラザン又は、ポリシロキサン)が用いられる。この封孔材はアルマイト皮膜30の空孔に一部含浸するとともに、アルマイト皮膜30に燃焼ガス及び燃料が侵入しない空間を形成する。封孔材がアルマイト皮膜30に一部含浸することによって断熱構造の信頼性が向上され、さらに燃焼ガス及び燃料がアルマイト皮膜30の空間に侵入しない空間を形成することにより断熱性を向上させている。この断熱構造がピストン12の頂面に形成されることで、低熱容量かつ低熱伝導の断熱性を備えたピストン12が得られる。
実施の形態1では、封孔材の層32に輻射率の高い材料が含まれている。封孔材の層32に輻射率の高い材料を含有させることで、輻射によるエネルギーを利用して燃焼室壁面温度を燃焼ガス温度に追従させることができるようにする。なお、実施の形態1で用いる輻射率の高い材料は、少なくとも封孔材よりも輻射率が高い材料である。以下、実施の形態1で用いられる輻射率の高い材料について説明する。
実施の形態1で用いられる輻射率の高い材料として、カーボン粉末、セラミック粉末、酸化鉄粉末などがある。セラミック粉末は、輻射率を上げるため、黒色顔料の入ったコーティングが施されていてもよい。酸化鉄粉末は、四酸化三鉄(Fe3O4)が用いられる。輻射率の高い材料は、封孔材の機能を維持できる範囲で封孔材の層32に混合される。
以下、封孔材の層32に輻射率の高い材料を含有させることで得られる効果について、図3を参照して説明する。
図3は、実施の形態1において、燃焼ガス温度と燃焼室壁面温度との燃焼サイクルにおける変化を表した図である。Xは、輻射率の高い材料を含有しない封孔材の層を有する断熱膜の燃焼室壁面温度を示している。Yは、輻射率の高い材料を含有させた封孔材の層を有する断熱膜の燃焼室壁面温度を示している。Zは、燃焼ガス温度を示している。
図3のXとZが示すように、燃焼ガス温度と輻射率の高い材料を含有しない封孔材の層を有する断熱膜の燃焼室壁面温度との間には温度差が生じる。この温度差により燃焼ガスが冷やされて、冷却損失が発生する。一方、図3のYとZが示すように、燃焼ガス温度と輻射率の高い材料を含有させた封孔材の層を有する断熱膜の燃焼室壁面温度との温度差は、図3のXとZが示す温度差よりも小さい。これは、輻射率の高い材料を封孔材の層に含有させることで、エンジン10の燃焼時に生じる火炎からの輻射熱で壁面温度が上昇しやすくなるためである。
図3において説明したように、封孔材の層32に輻射率の高い材料を含有させることで、燃焼ガス温度と壁面温度との差が縮小し、ピストン12の断熱性を維持しつつ冷却損失を低減することができる。
以下、実施の形態1の断熱構造の変形例について、図4及び図5を参照して説明する。
図4は、アルマイト皮膜が2層の封孔材の層32によって覆われている断熱構造を表した図である。図4に示す断熱構造は、アルマイト皮膜30の表面が輻射率の高い材料を含有しない第1の封孔材の層32aによって覆われ、さらに第1の封孔材の層32aの表面が輻射率の高い材料を含有した第2の封孔材の層32bによって覆われている。このように、封孔材の層32は、第1の封孔材の層32aと第2の封孔材の層32bとから構成される。
図5は、封孔材の層32において輻射率の高い材料の含有率に差が生じている断熱構造を表した図である。図5に示す断熱構造は、アルマイト皮膜30の表面が封孔材で覆われ、その封孔材が硬化する前に輻射率の高い材料が吹き付けられる。この吹き付けを行うことで、アルマイト皮膜30側に向かうほど封孔材の層32における輻射率の高い材料の含有率が低くなる。
図4及び図5に示すように、輻射率の高い材料は、封孔材の層中に均一に分散していなくてもよい。
実施の形態1では、断熱構造がピストン12の頂面に形成されることを前提に説明したがこれに限るものではない。例えば、吸気バルブ16、排気バルブ18、シリンダブロック(シリンダライナ)20、シリンダヘッド22などの燃焼室を構成する面に断熱構造が形成されていてもよい。
10 エンジン
12 ピストン
14 燃焼室
30 アルマイト皮膜
32 封孔材の層
12 ピストン
14 燃焼室
30 アルマイト皮膜
32 封孔材の層
Claims (3)
- アルミニウムを母材とする燃焼室の構成部品の表面に形成されたアルマイト皮膜と、前記アルマイト皮膜を覆う封孔材の層とを含む断熱構造を有する内燃機関であって、
前記封孔材の層は、前記封孔材よりも高い輻射率の材料を含有することを特徴とする内燃機関。 - 前記封孔材の層は、前記アルマイト皮膜を覆う第1の封孔材の層と、前記第1の封孔材の層を覆う前記材料が含有されている第2の封孔材の層との2層構造になっていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
- 前記封孔材の層は、前記アルマイト皮膜側に向かうほど前記材料の含有率が低くなることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014109373A JP2015224362A (ja) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014109373A JP2015224362A (ja) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 内燃機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015224362A true JP2015224362A (ja) | 2015-12-14 |
Family
ID=54841369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014109373A Pending JP2015224362A (ja) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015224362A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3228852A1 (en) | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
WO2018037616A1 (ja) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関のピストン、および内燃機関のピストンの製造方法 |
US11155721B2 (en) | 2017-07-06 | 2021-10-26 | General Electric Company | Articles for high temperature service and related method |
-
2014
- 2014-05-27 JP JP2014109373A patent/JP2015224362A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3228852A1 (en) | 2016-04-08 | 2017-10-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
WO2018037616A1 (ja) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関のピストン、および内燃機関のピストンの製造方法 |
US11155721B2 (en) | 2017-07-06 | 2021-10-26 | General Electric Company | Articles for high temperature service and related method |
US11851581B2 (en) | 2017-07-06 | 2023-12-26 | General Electric Company | Articles for high temperature service and related method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6178303B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP5910343B2 (ja) | エンジン燃焼室部材の断熱構造体及びその製造方法 | |
JP2014040820A (ja) | エンジン燃焼室に臨む部材の断熱構造体及びその製造方法 | |
JP6046665B2 (ja) | 断熱膜の形成方法および断熱膜 | |
JP2013185200A (ja) | 断熱皮膜構造及びその製造方法 | |
JP2015224362A (ja) | 内燃機関 | |
CN106164454B (zh) | 用于内燃机的活塞 | |
KR20170127903A (ko) | 인서트 주조용 실린더 라이너 및 그 제조 방법 | |
JP6269297B2 (ja) | ピストン頂面皮膜方法 | |
JP5998696B2 (ja) | エンジン燃焼室の断熱構造 | |
JP2019124187A (ja) | 圧縮自着火式内燃機関 | |
JP2013185201A (ja) | 断熱皮膜構造及びその製造方法 | |
Krishnamani et al. | Thermal analysis of ceramic coated aluminum alloy piston using finite element method | |
JP6024392B2 (ja) | エンジン燃焼室部材の断熱構造体及びその製造方法 | |
US10352269B2 (en) | Method of producing piston for engine | |
JP7063246B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP2014088863A (ja) | 内燃機関 | |
JP2018145957A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
JP6287726B2 (ja) | 断熱層 | |
JP2014034917A (ja) | エンジンのピストン構造 | |
CN106837585A (zh) | 气缸体 | |
JP6446973B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP2017001235A (ja) | 断熱構造体 | |
JP2012047110A (ja) | 内燃機関 | |
JP2016029200A (ja) | 断熱膜の形成方法 |