JP6451581B2 - Engine combustion chamber insulation structure - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン燃焼室の断熱構造に関するものである。   The present invention relates to a heat insulating structure for an engine combustion chamber.

従来、エンジン部品のような高温ガスに晒される金属製品では、高温ガスからの熱伝達、すなわち冷却損失を抑制するために、その金属製母材の表面に断熱層を形成することが行われている。その一例として、エンジンの燃焼室を区画するピストン本体の頂面に、ジルコニア等の無機酸化物や、中空粒子を含有する有機系材料からなる断熱層を形成することが知られている。   Conventionally, in a metal product exposed to a high temperature gas such as an engine part, in order to suppress heat transfer from the high temperature gas, that is, cooling loss, a heat insulating layer is formed on the surface of the metal base material. Yes. As an example, it is known to form a heat insulating layer made of an organic material containing inorganic oxides such as zirconia and hollow particles on the top surface of a piston body that partitions a combustion chamber of an engine.

ところで、燃焼室を区画するピストン本体の頂面とシリンダヘッドの下面との間隙部にスキッシュエリアが形成されることがある。このようなピストン本体の頂面のうち、スキッシュエリアを形成する面（スキッシュエリア面）に断熱層が設けられている場合、当該断熱層の温度は高温となり、延いてはスキッシュエリア面自体が高温となる。このため、燃焼工程において、スキッシュエリアに高温高圧のエンドガス（点火プラグから遠い場所にある未燃焼の混合気）が流れ込んだ際に、高温のスキッシュエリア面により、エンドガスからスキッシュエリア面への放熱が妨げられて、ノッキングが発生し得る。そして、スキッシュエリア面に形成された断熱層にクラックが生じ、断熱層の損傷・剥離が引き起こされ、断熱性能が失われる。   By the way, a squish area may be formed in the gap between the top surface of the piston body that defines the combustion chamber and the lower surface of the cylinder head. When a heat insulating layer is provided on the surface forming the squish area (squish area surface) of the top surface of the piston body, the temperature of the heat insulating layer is high, and the squish area surface itself is high. It becomes. For this reason, in the combustion process, when high-temperature and high-pressure end gas (unburned gas mixture far from the spark plug) flows into the squish area, heat is dissipated from the end gas to the squish area by the high-temperature squish area. Blocked and knocking can occur. And a crack arises in the heat insulation layer formed in the squish area surface, damage and peeling of a heat insulation layer are caused, and heat insulation performance is lost.

そこで、ピストン本体の頂面のうち、スキッシュエリア面上には断熱層を形成せず、それ以外の部分にのみ断熱層を形成した内燃機関が記載されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, an internal combustion engine is described in which a heat insulating layer is not formed on the squish area surface of the top surface of the piston main body, and a heat insulating layer is formed only in other portions (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１の内燃機関によれば、スキッシュエリア面上には断熱層を形成していないので、エンドガスからのスキッシュエリア面への放熱が促進され、ノッキングの発生が抑制される。   According to the internal combustion engine of Patent Document 1, since the heat insulating layer is not formed on the squish area surface, heat radiation from the end gas to the squish area surface is promoted, and the occurrence of knocking is suppressed.

特開２０１１−１６９２３２号公報JP 2011-169232 A

しかしながら、特許文献１の構成では、スキッシュエリアにおけるノッキング発生を抑制できるものの、冷却損失の低減という観点からは、スキッシュエリア面も含めたピストン本体の頂面全体に断熱層を形成することが望ましい。   However, although the configuration of Patent Document 1 can suppress the occurrence of knocking in the squish area, it is desirable to form a heat insulating layer on the entire top surface of the piston body including the squish area surface from the viewpoint of reducing the cooling loss.

そこで、本発明では、スキッシュエリア面に断熱層を形成しつつ、ノッキングの発生によって当該断熱層に大きなクラックが生じるのを防止し、断熱層の損傷・剥離を抑えることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to prevent a large crack from being generated in the heat insulating layer due to the occurrence of knocking while forming a heat insulating layer on the squish area surface, and to suppress damage and peeling of the heat insulating layer.

上記の目的を達成するために、本発明では、ピストン本体の頂面におけるスキッシュエリア面の断熱層を無機酸化物を含む層とするとともに、スキッシュエリア面以外の頂面の断熱層を中空粒子とバインダとを含む層とした。   In order to achieve the above object, in the present invention, the heat insulating layer on the squish area surface on the top surface of the piston body is a layer containing an inorganic oxide, and the heat insulating layer on the top surface other than the squish area surface is a hollow particle. It was set as the layer containing a binder.

すなわち、ここに開示するエンジン燃焼室の断熱構造は、エンジンの燃焼室を区画するピストン本体の頂面に断熱層が設けられたものであって、上記ピストン本体の頂面は、上記燃焼室のスキッシュエリアを形成するスキッシュエリア面を備えており、上記スキッシュエリア面に形成された断熱層は、無機酸化物としてのＺｒＯ ２ を含み、上記ピストン本体の頂面における上記スキッシュエリア面以外の頂面に形成された断熱層は、多数の中空粒子と、該中空粒子を上記ピストン本体の頂面に保持するとともに上記中空粒子間を埋めて上記断熱層の母材を形成するバインダとを含み、上記スキッシュエリア面に形成された断熱層の厚さは、１５μｍ以上１５０μｍ以下であるとともに、上記スキッシュエリア面以外の頂面に形成された断熱層の厚さの半分以下であることを特徴とする。 In other words, the heat insulation structure of the engine combustion chamber disclosed herein is such that a heat insulation layer is provided on the top surface of the piston main body that defines the combustion chamber of the engine, and the top surface of the piston main body is A squish area surface forming a squish area is provided, and the heat insulating layer formed on the squish area surface contains ZrO 2 as an inorganic oxide, and the top surface of the top surface of the piston body other than the squish area surface The heat insulating layer formed on the surface includes a large number of hollow particles and a binder that holds the hollow particles on the top surface of the piston body and fills the space between the hollow particles to form a base material of the heat insulating layer. the thickness of the formed squish area surface insulation layer, as well as is 15μm or more 150μm or less, a heat insulating layer formed on the top surface other than the squish area surface Wherein the half of the thickness or less.

本発明によれば、スキッシュエリア面以外の頂面には中空粒子とバインダからなる、より断熱性能の高い断熱層を形成するとともに、スキッシュエリア面にはより耐熱性の高い無機酸化物からなる断熱層を形成することにより、ピストン本体の頂面全体の断熱性能を得つつ、スキッシュエリア面の断熱層の耐熱性を高めることができる。また、上記スキッシュエリア面に形成された断熱層の厚さは、１５μｍ以上１５０μｍ以下であるとともに、上記スキッシュエリア面以外の頂面に形成された断熱層の厚さの半分以下であるから、スキッシュエリア面の断熱層にクラックが生じたときであっても、そのクラックの進行を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, the top surface other than the squish area surface is formed of a hollow particle and a binder, and a heat insulating layer having higher heat insulating performance is formed. By forming the layer, the heat resistance of the heat insulating layer on the squish area surface can be improved while obtaining the heat insulating performance of the entire top surface of the piston body. Further, the thickness of the heat insulating layer formed on the squish area surface is 15 μm or more and 150 μm or less, and is less than half the thickness of the heat insulating layer formed on the top surface other than the squish area surface. Even when a crack occurs in the heat insulating layer on the area surface, the progress of the crack can be effectively suppressed .

また、上記無機酸化物は、ＺｒＯ２である。これにより、スキッシュエリア面の断熱層の耐熱性を効果的に向上させることができる。 Further, the inorganic oxide is ZrO 2. Thereby, the heat resistance of the heat insulation layer of a squish area surface can be improved effectively.

好ましい態様では、上記バインダは、シリコーン系樹脂である。これにより、スキッシュエリア面以外の頂面における断熱層の熱伝導性を低下させることができるとともに、ピストン本体の頂面と断熱層との優れた密着性を得ることができる。   In a preferred embodiment, the binder is a silicone resin. Thereby, while being able to reduce the heat conductivity of the heat insulation layer in top surfaces other than a squish area surface, the outstanding adhesiveness of the top surface of a piston main body and a heat insulation layer can be acquired.

好ましい態様では、上記中空粒子は、ガラスバルーンである。これにより、スキッシュエリア面以外の頂面における断熱層の熱伝導性を低くすることができるとともに、その強度も向上させることができる。   In a preferred embodiment, the hollow particle is a glass balloon. Thereby, while being able to make low the heat conductivity of the heat insulation layer in top surfaces other than a squish area surface, the intensity | strength can also be improved.

以上述べたように、本発明によると、ピストン本体の頂面全体の断熱性能を得つつ、スキッシュエリア面の断熱層の耐熱性を高めることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to improve the heat resistance of the heat insulating layer on the squish area surface while obtaining the heat insulating performance of the entire top surface of the piston body.

図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンを模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an engine according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１の実施形態に係るピストンの冠面を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a crown surface of the piston according to the embodiment of FIG. 1. 図３は、図２のピストンの縦断面図である。3 is a longitudinal sectional view of the piston of FIG. 図４は、図３のキャビティ部に形成された断熱層の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a heat insulating layer formed in the cavity portion of FIG.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.

＜エンジンの構成＞
図１に示す直噴エンジンＥは、ピストン１、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、シリンダヘッド３の吸気ポート５を開閉する吸気バルブ４、排気ポート７を開閉する排気バルブ６、インジェクタ８、点火プラグ９を備える。ピストン１がシリンダブロック２のシリンダボア内を往復動する。 <Engine configuration>
A direct injection engine E shown in FIG. 1 includes a piston 1, a cylinder block 2, a cylinder head 3, an intake valve 4 for opening and closing an intake port 5 of the cylinder head 3, an exhaust valve 6 for opening and closing an exhaust port 7, an injector 8, and a spark plug. 9 is provided. The piston 1 reciprocates in the cylinder bore of the cylinder block 2.

エンジンの燃焼室は、ピストン１の冠面１０、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、吸排気バルブ４，６の傘部前面（燃焼室に臨む面）で形成される。図１、図２に示すように、ピストン１の冠面１０の略中央部には、燃焼室のキャビティを形成する凹陥状のキャビティ部１１が設けられている。また、冠面１０の外縁側には、燃焼室のキャビティから離れた外縁側にスキッシュエリアを形成するスキッシュエリア部１２が存在する。本実施形態に係るピストン１の冠面１０において、スキッシュエリア部１２はスキッシュエリア部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからなっている。   The combustion chamber of the engine is formed by the crown surface 10 of the piston 1, the cylinder block 2, the cylinder head 3, and the front surface of the umbrella portion of the intake / exhaust valves 4 and 6 (surface facing the combustion chamber). As shown in FIGS. 1 and 2, a concave cavity portion 11 that forms a cavity of the combustion chamber is provided at a substantially central portion of the crown surface 10 of the piston 1. Further, on the outer edge side of the crown surface 10, there is a squish area portion 12 that forms a squish area on the outer edge side away from the cavity of the combustion chamber. In the crown surface 10 of the piston 1 according to this embodiment, the squish area portion 12 includes squish area portions 12a, 12b, 12c, and 12d.

＜断熱層＞
図３に示すように、ピストン１は、該ピストン１の基材であるピストン本体１９と、エンジンＥの燃焼室の冷却損失低減の観点からピストン本体１９の頂面に設けられた断熱層２１，２２とを備えている。 <Insulation layer>
As shown in FIG. 3, the piston 1 includes a piston main body 19 which is a base material of the piston 1, and a heat insulating layer 21 provided on the top surface of the piston main body 19 from the viewpoint of reducing cooling loss of the combustion chamber of the engine E. 22.

ピストン本体１９はＴ７処理又はＴ６処理を施してなるアルミニウム合金製である。ピストン本体１９の頂面は、上記キャビティ部１１を構成するキャビティ面１１’と、上記スキッシュエリア部１２を構成するスキッシュエリア面１２’とを備えている。本実施形態において、断熱層２２は、上記スキッシュエリア面１２’上に設けられており、断熱層２１は、スキッシュエリア面１２’以外の頂面、例えば上記キャビティ面１１’等の頂面に設けられている。   The piston body 19 is made of an aluminum alloy that has been subjected to T7 treatment or T6 treatment. The top surface of the piston main body 19 includes a cavity surface 11 ′ constituting the cavity portion 11 and a squish area surface 12 ′ constituting the squish area portion 12. In the present embodiment, the heat insulating layer 22 is provided on the squish area surface 12 ′, and the heat insulating layer 21 is provided on a top surface other than the squish area surface 12 ′, for example, the top surface of the cavity surface 11 ′ or the like. It has been.

断熱層２１は、図４に示すように、中空粒子３１と、バインダ材（バインダ）３２とを含む層である。   As shown in FIG. 4, the heat insulating layer 21 is a layer including hollow particles 31 and a binder material (binder) 32.

すなわち、断熱層２１は、バインダ材３２と、その中に分散された多数の中空粒子３１とを含む。バインダ材３２は、中空粒子３１をピストン本体１９の頂面に保持するとともに、中空粒子３１間を埋めて断熱層２１の母材を形成する。バインダ材３２は例えばシリコーン系樹脂などの低熱伝導性材料であるとともに、中空粒子３１は、その内部空間に熱伝導性の低い空気を含有する。このため、断熱層２１は低熱伝導性の層になっている。   That is, the heat insulating layer 21 includes a binder material 32 and a large number of hollow particles 31 dispersed therein. The binder material 32 holds the hollow particles 31 on the top surface of the piston body 19 and fills the space between the hollow particles 31 to form the base material of the heat insulating layer 21. The binder material 32 is a low thermal conductivity material such as a silicone-based resin, for example, and the hollow particles 31 contain air with low thermal conductivity in the internal space. For this reason, the heat insulation layer 21 is a low thermal conductivity layer.

中空粒子３１としては、シリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、エアロゲルバルーン等のＳｉ系酸化物成分（例えば、シリカ（ＳｉＯ２））又はＡｌ系酸化物成分（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を含有するセラミック系中空粒子を採用することが好ましく、特にガラスバルーンを採用することが好ましい。これにより、断熱層２１の熱伝導性を低くすることができるとともに、その強度も向上させることができる。 As the hollow particles 31, a Si-based oxide component (for example, silica (SiO 2 )) or an Al-based oxide component (for example, alumina (Al 2 )) such as a silica balloon, a glass balloon, a shirasu balloon, a fly ash balloon, and an airgel balloon. It is preferable to employ ceramic hollow particles containing O 3 )), and it is particularly preferable to employ glass balloons. Thereby, while being able to make the heat conductivity of the heat insulation layer 21 low, the intensity | strength can also be improved.

なお、中空粒子３１は好ましくは球状である。中空粒子３１の平均粒径は、断熱層２１の断熱性向上の観点から、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上４５μｍ以下、特に好ましくは１５μｍ以上４０μｍ以下である。断熱層２１中における中空粒子３１の含有量は、断熱層２１の断熱性向上の観点から、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上４５質量％以下、特に好ましくは１５質量％以上４０質量％以下である。   The hollow particles 31 are preferably spherical. The average particle diameter of the hollow particles 31 is preferably 5 μm or more and 50 μm or less, more preferably 10 μm or more and 45 μm or less, and particularly preferably 15 μm or more and 40 μm or less from the viewpoint of improving the heat insulating property of the heat insulating layer 21. The content of the hollow particles 31 in the heat insulating layer 21 is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 45% by mass or less, particularly preferably, from the viewpoint of improving the heat insulating property of the heat insulating layer 21. It is 15 mass% or more and 40 mass% or less.

バインダ材３２としては、低熱伝導性材料であるシリコーン系樹脂を用いることができ、例えば、メチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂に代表される、分岐度の高い３次元ポリマーからなるシリコーン系樹脂を好ましく用いることができる。シリコーン系樹脂の具体例としては、例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。これにより、断熱層２１の熱伝導性を低下させることができるとともに、ピストン本体１９の頂面と断熱層２１との優れた密着性を得ることができる。   As the binder material 32, a silicone resin that is a low thermal conductivity material can be used. For example, a silicone resin composed of a three-dimensional polymer having a high degree of branching, represented by methyl silicone resin and methylphenyl silicone resin, is preferable. Can be used. Specific examples of the silicone resin include polyalkylphenylsiloxane. Thereby, while being able to reduce the heat conductivity of the heat insulation layer 21, the outstanding adhesiveness of the top surface of the piston main body 19 and the heat insulation layer 21 can be obtained.

断熱層２２は、無機酸化物からなる。具体的には例えば、ＺｒＯ２（ＣａＯやＹ２Ｏ３、ＭｇＯなどにより安定化したものを含む）やＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ等の無機酸化物であり、特に好ましくはＺｒＯ２である。このような無機酸化物からなる断熱層２２は、後述するように上記無機酸化物の粉末を溶射すること等により形成することができる。 The heat insulating layer 22 is made of an inorganic oxide. Specifically, for example, inorganic oxides such as ZrO 2 (including those stabilized by CaO, Y 2 O 3 , MgO, etc.), Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , MgO, etc. ZrO 2 is preferable. The heat insulating layer 22 made of such an inorganic oxide can be formed by spraying the inorganic oxide powder as described later.

ここで、本実施形態に係る断熱構造は、ピストン本体１９のスキッシュエリア面には断熱層２２を備え、スキッシュエリア面以外の頂面には断熱層２１を備えていることを特徴とする。   Here, the heat insulating structure according to the present embodiment is characterized in that the squish area surface of the piston body 19 includes a heat insulating layer 22 and the top surface other than the squish area surface includes a heat insulating layer 21.

本構成では、上述のごとくノッキングが生じ得るスキッシュエリア面１２’には、耐熱性の高い無機酸化物からなる断熱層２２が形成されている。そして、スキッシュエリア面１２’以外の頂面には、優れた断熱性能を得る観点から、中空粒子３１とバインダ材３２からなる、より断熱性能の高い断熱層２１が形成されている。これにより、ピストン本体１９の頂面全体において高い断熱性能を得つつ、スキッシュエリア面１２’の耐熱性を高めることができ、スキッシュエリア面の断熱層２２に大きなクラックが生じるのを抑えることができる。   In this configuration, the heat insulating layer 22 made of an inorganic oxide having high heat resistance is formed on the squish area surface 12 ′ where knocking can occur as described above. Then, on the top surface other than the squish area surface 12 ′, a heat insulating layer 21 made of hollow particles 31 and a binder material 32 and having higher heat insulating performance is formed from the viewpoint of obtaining excellent heat insulating performance. Thereby, it is possible to improve the heat resistance of the squish area surface 12 ′ while obtaining high heat insulation performance over the entire top surface of the piston body 19, and to suppress the occurrence of large cracks in the heat insulation layer 22 on the squish area surface. .

なお、断熱層２１の厚さは、優れた断熱性能を得る観点から、好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下、より好ましくは６０μｍ以上１２０μｍ以下、特に好ましくは６０μｍ以上１００μｍ以下である。   The thickness of the heat insulating layer 21 is preferably 50 μm or more and 150 μm or less, more preferably 60 μm or more and 120 μm or less, and particularly preferably 60 μm or more and 100 μm or less from the viewpoint of obtaining excellent heat insulating performance.

また、断熱層２２の厚さは、断熱層２１と同程度の厚さか、又はその半分程度以下であってもよく、好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以上１２０μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下である。断熱層２２の厚さが断熱層２１の厚さの半分程度以下である場合には、断熱層２２にクラックが生じたときであっても、そのクラックの進行を効果的に抑制することができる。   Further, the thickness of the heat insulating layer 22 may be the same as that of the heat insulating layer 21 or about half or less, preferably 15 μm or more and 150 μm or less, more preferably 25 μm or more and 120 μm or less, particularly preferably 30 μm. It is 100 μm or less. When the thickness of the heat insulation layer 22 is about half or less of the thickness of the heat insulation layer 21, even when a crack occurs in the heat insulation layer 22, the progress of the crack can be effectively suppressed. .

＜断熱層の形成方法＞
ピストン本体１９と断熱層２１，２２を形成するための断熱材料を準備する。 <Method of forming heat insulation layer>
A heat insulating material for forming the piston main body 19 and the heat insulating layers 21 and 22 is prepared.

ピストン本体１９については、その頂面にキャビティ形成用の凹部を形成しておき、脱脂処理により、ピストン本体１９の頂面に付着している油脂や指紋等の汚れを除去する。   About the piston main body 19, the recessed part for cavity formation is formed in the top surface, and stain | pollution | contamination, such as oil and fat adhering to the top surface of the piston main body 19, is removed by a degreasing process.

また、断熱層２１の断熱材料としてのバインダ材３２としての液状シリコーン樹脂と中空粒子３１としてのガラスバルーンとを攪拌・混合した断熱材料を準備する。必要に応じて、増粘剤や希釈溶剤を添加して断熱材料の粘度を調整する。   In addition, a heat insulating material is prepared by stirring and mixing a liquid silicone resin as the binder material 32 as a heat insulating material of the heat insulating layer 21 and a glass balloon as the hollow particles 31. If necessary, a thickener or a dilution solvent is added to adjust the viscosity of the heat insulating material.

さらに、断熱層２２の断熱材料としてのＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）粉末を準備する。 Furthermore, Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YSZ) powder as a heat insulating material for the heat insulating layer 22 is prepared.

ピストン本体１９と断熱材料、特にシリコーン樹脂との付着力を高めるべく、ピストン本体１９の頂面に粗面化処理を施すことが好ましい。粗面化処理としては、例えばサンドブラスト等のブラスト処理を行うことが好ましい。例えば、ブラスト処理は、エアーブラスト装置を使用し、研削材として粒度＃３０のアルミナを用い、圧力０．３９ＭＰａ、時間４５秒、距離１００ｍｍの処理条件で行うことができる。なお、これに限らず、ピストン本体１９がＡｌ合金からなる場合、アルマイト処理によってピストン本体１９の頂面に微小凹凸を形成するようにしてもよい。例えば、アルマイト処理は、シュウ酸浴を用い、浴温２０℃、電流密度２Ａ／ｄｍ２、時間２０分の処理条件で行うことができる。 The top surface of the piston body 19 is preferably subjected to a roughening treatment in order to increase the adhesion between the piston body 19 and the heat insulating material, particularly silicone resin. As the roughening treatment, for example, blasting such as sand blasting is preferably performed. For example, the blasting process can be performed using an air blasting apparatus, using alumina having a particle size of # 30 as an abrasive, and processing conditions of a pressure of 0.39 MPa, a time of 45 seconds, and a distance of 100 mm. In addition, not only this but when the piston main body 19 consists of Al alloy, you may make it form a micro unevenness | corrugation in the top surface of the piston main body 19 by an alumite process. For example, the alumite treatment can be performed using an oxalic acid bath under a treatment condition of a bath temperature of 20 ° C., a current density of 2 A / dm 2 , and a time of 20 minutes.

まず、ピストン本体１９のスキッシュエリア面以外の頂面に、例えばマスキングテープや樹脂系のマスキング膜等を用いてマスキングを行った後、スキッシュエリア面に上記ＹＳＺ粉末をプラズマ溶射して、断熱層２２を形成する。このとき、プラズマ溶射条件の調整によって多孔質で低熱伝導率且つ耐熱性の高い断熱層２２を得ることができる。   First, the top surface other than the squish area surface of the piston main body 19 is masked using, for example, a masking tape or a resin-based masking film, and then the YSZ powder is plasma sprayed onto the squish area surface to form the heat insulating layer 22. Form. At this time, the heat insulating layer 22 having a porous, low thermal conductivity and high heat resistance can be obtained by adjusting the plasma spraying conditions.

次に、上記マスキングを取り除き、断熱層２２が形成されたスキッシュエリア面上に新たにマスキングを施す。そして、上記シリコーン樹脂と中空粒子３１とを撹拌・混合した断熱材料を、ピストン本体１９のスキッシュエリア面以外の頂面にスプレーや刷毛等を用いて塗布する。続いて、熱風乾燥、赤外線ヒータ等により、塗布された断熱材料の予備乾燥を行う。   Next, the masking is removed and new masking is performed on the squish area surface on which the heat insulating layer 22 is formed. Then, the heat insulating material obtained by stirring and mixing the silicone resin and the hollow particles 31 is applied to the top surface other than the squish area surface of the piston main body 19 using a spray or a brush. Subsequently, the applied heat insulating material is preliminarily dried by hot air drying, an infrared heater or the like.

そして、必要に応じて、当該塗布と予備乾燥を繰り返し（重ね塗り）、所望の塗布厚さにする。   Then, if necessary, the application and preliminary drying are repeated (overcoating) to obtain a desired application thickness.

次に、スキッシュエリア面以外の頂面に塗布された断熱材料に対して、例えば、１８０℃前後の温度で数時間ないし数十時間の加熱処理を行う。これにより、シリコーン樹脂（バインダ）が硬化して、多数の中空粒子３１が密に充填され、それら粒子間がバインダ材３２で埋まった断熱層２１が得られる。また、スキッシュエリア面上に施されたマスキングも焼失する。   Next, for example, the heat insulating material applied to the top surface other than the squish area surface is subjected to heat treatment at a temperature of about 180 ° C. for several hours to several tens of hours. As a result, the silicone resin (binder) is cured, a large number of hollow particles 31 are densely filled, and the heat insulating layer 21 in which the space between the particles is filled with the binder material 32 is obtained. Also, the masking applied on the squish area surface is burned out.

また、断熱材料の塗布方法の一形態として、ピストン本体１９のスキッシュエリア面以外の頂面に断熱材料を載せ、その頂面形状に倣った成形面を有する成形型によって断熱材料を上記頂面に押し付けて頂面全体に拡げてもよい。なお、この方法によれば、成形中に成形型を加熱することにより、断熱層２１の焼成も同時に行うことができる。これにより、断熱層２１の製造工程を簡略化することができる。また、断熱層２１の焼成を同時に行う場合には、ピストン本体１９を、例えばピストンスカートの内側から水冷又は空冷する等の方法によって冷却する構成とすることができる。これにより、断熱層２１とピストン本体１９の頂面との密着性を向上させることができる。   Further, as one form of the method for applying the heat insulating material, the heat insulating material is placed on the top surface other than the squish area surface of the piston body 19, and the heat insulating material is applied to the top surface by a molding die having a molding surface following the shape of the top surface. It may be pressed and spread over the entire top surface. In addition, according to this method, the heat insulation layer 21 can be fired at the same time by heating the mold during molding. Thereby, the manufacturing process of the heat insulation layer 21 can be simplified. Moreover, when baking the heat insulation layer 21 simultaneously, it can be set as the structure which cools the piston main body 19 by methods, such as water cooling or air cooling from the inner side of a piston skirt, for example. Thereby, the adhesiveness of the heat insulation layer 21 and the top surface of the piston main body 19 can be improved.

本発明は、ピストン本体頂面のスキッシュエリア面に断熱層を形成しつつ、当該断熱層に大きなクラックが発生するのを防止し、断熱層の損傷・剥離を抑えることができるので、極めて有用である。   The present invention is extremely useful because it forms a heat insulating layer on the squish area surface of the top surface of the piston body, prevents a large crack from being generated in the heat insulating layer, and suppresses damage and peeling of the heat insulating layer. is there.

１ ピストン
１１’ キャビティ面
１２’ スキッシュエリア面
１９ ピストン本体
２１ 断熱層
２２ 断熱層
３１ 中空粒子
３２ バインダ材（バインダ）
Ｅ エンジン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 11 'Cavity surface 12' Squish area surface 19 Piston main body 21 Heat insulation layer 22 Heat insulation layer 31 Hollow particle 32 Binder material (binder)
E engine

Claims (3)

エンジンの燃焼室を区画するピストン本体の頂面に断熱層が設けられたエンジン燃焼室の断熱構造であって、
上記ピストン本体の頂面は、上記燃焼室のスキッシュエリアを形成するスキッシュエリア面を備えており、
上記スキッシュエリア面に形成された断熱層は、無機酸化物としてのＺｒＯ ２ を含み、
上記ピストン本体の頂面における上記スキッシュエリア面以外の頂面に形成された断熱層は、多数の中空粒子と、該中空粒子を上記ピストン本体の頂面に保持するとともに上記中空粒子間を埋めて上記断熱層の母材を形成するバインダとを含み、
上記スキッシュエリア面に形成された断熱層の厚さは、１５μｍ以上１５０μｍ以下であるとともに、上記スキッシュエリア面以外の頂面に形成された断熱層の厚さの半分以下である
ことを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造。 An engine combustion chamber heat insulating structure in which a heat insulating layer is provided on the top surface of the piston body that partitions the engine combustion chamber,
The top surface of the piston body includes a squish area surface that forms a squish area of the combustion chamber,
The heat insulating layer formed on the squish area surface contains ZrO 2 as an inorganic oxide,
The heat insulating layer formed on the top surface of the piston body other than the squish area surface holds a number of hollow particles and the hollow particles on the top surface of the piston body and fills the space between the hollow particles. A binder that forms the base material of the heat insulating layer,
The thickness of the heat insulating layer formed on the squish area surface is not less than 15 μm and not more than 150 μm, and is not more than half the thickness of the heat insulating layer formed on the top surface other than the squish area surface. Insulation structure of engine combustion chamber. 請求項１において、
上記バインダは、シリコーン系樹脂である
ことを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造。 Oite to claim 1,
The heat insulating structure for an engine combustion chamber, wherein the binder is a silicone resin. 請求項１又は請求項２において、
上記中空粒子は、ガラスバルーンである
ことを特徴とするエンジン燃焼室の断熱構造。 In claim 1 or claim 2 ,
The heat insulating structure for an engine combustion chamber, wherein the hollow particles are glass balloons.
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