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JP6971746B2 - An engine component having a heat shield film and a method for manufacturing the engine component. - Google Patents
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JP6971746B2 - An engine component having a heat shield film and a method for manufacturing the engine component. - Google Patents

An engine component having a heat shield film and a method for manufacturing the engine component. Download PDF

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Description

本発明は、遮熱膜を有するエンジン構成部材及び該エンジン構成部材の製造方法に関する。 The present invention relates to an engine component having a heat shield film and a method for manufacturing the engine component.

従来、自動車等の車両のエンジンで、燃料が発生させる熱エネルギーによる仕事効率を向上させるために、エンジンにおける冷却損失を改善する対策がなされている。 Conventionally, in the engine of a vehicle such as an automobile, measures have been taken to improve the cooling loss in the engine in order to improve the work efficiency due to the heat energy generated by the fuel.

冷却損失を改善するための対策の一つとして、エンジンの燃焼室の壁面に、セラミックスからなる遮熱膜を形成するものが知られている。セラミックスは、一般に車両部材として用いられるアルミニウム等に比べて熱伝導率が低く、耐熱性を有することから、燃焼室の壁面を遮熱化する効果がある。 As one of the measures for improving the cooling loss, it is known to form a heat shield film made of ceramics on the wall surface of the combustion chamber of the engine. Ceramics have a lower thermal conductivity than aluminum or the like, which is generally used as a vehicle member, and have heat resistance, so that they have the effect of shielding the wall surface of the combustion chamber from heat.

しかしながら、セラミックスは一般に単位質量あたりの熱容量が高い(すなわち、高比熱である)ことから、セラミックスの遮熱膜を有するエンジンにおいては、エンジンの継続稼働により、定常的に燃焼室の壁面温度が上昇する。その結果、エンジンの吸気効率が低下したり、燃料室内の温度上昇による異常燃焼によりノッキングが発生したりするという問題がある。 However, since ceramics generally have a high heat capacity per unit mass (that is, have a high specific heat), in an engine having a ceramic heat shield film, the wall surface temperature of the combustion chamber constantly rises due to continuous operation of the engine. do. As a result, there are problems that the intake efficiency of the engine is lowered and knocking occurs due to abnormal combustion due to an increase in temperature in the fuel chamber.

この問題を解消するために、遮熱膜は、耐熱性があり、低熱伝導率であって、さらに単位質量あたりの熱容量が低い(すなわち、低比熱である)ことを要する。低熱伝導率かつ低比熱である最適な材料としては空気を挙げることができる。空気を遮熱膜に取り込む構造として、例えば、特許文献1には、エンジン燃焼室を構成するエンジン構成部品の壁面に、遮熱膜として、アルミニウムから成長する陽極酸化被膜であるアルマイト皮膜を形成したものが記載されている。 In order to solve this problem, the heat-shielding film is required to have heat resistance, low thermal conductivity, and a low heat capacity per unit mass (that is, low specific heat). Air can be mentioned as an optimum material having a low thermal conductivity and a low specific heat. As a structure for taking air into the heat shield film, for example, in Patent Document 1, an alumite film, which is an anodized film grown from aluminum, is formed as a heat shield film on the wall surface of an engine component constituting an engine combustion chamber. Things are listed.

アルマイト皮膜は、膜厚方向に延びる多数の孔を有しており、特許文献1に記載のエンジン構成部品は、アルマイト皮膜と、アルマイト皮膜に積層されてアルマイト皮膜の孔の上面を封止する封孔材層とからなる遮熱膜を有している。また、封孔材として、耐熱性を有するシリカを主成分とするポリシラザンやポリシロキサンを用いている。 The alumite film has a large number of holes extending in the film thickness direction, and the engine component described in Patent Document 1 is a seal laminated with the alumite film and the alumite film to seal the upper surface of the holes of the alumite film. It has a heat shield film composed of a pore material layer. Further, as the sealing material, polysilazane or polysiloxane containing silica as a main component having heat resistance is used.

特開2015−96634号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-96634

特許文献1に記載の遮熱膜においては、アルマイト皮膜に形成された孔の内部に保有された空気により、低熱伝導率かつ低比熱を実現できるとともに、封孔材層によって、平均温度が最大で300℃近くなる高温のエンジン燃焼室に対し、耐熱性を確保することができる。 In the heat-shielding film described in Patent Document 1, low thermal conductivity and low specific heat can be realized by the air held inside the pores formed in the alumite film, and the average temperature is maximum due to the sealing material layer. Heat resistance can be ensured for a high temperature engine combustion chamber of about 300 ° C.

しかしながら、特許文献1に記載の遮熱膜では、アルマイト皮膜に形成された多数の孔によって、遮熱膜の機械的な強度が低下してしまうという問題がある。 However, the heat-shielding film described in Patent Document 1 has a problem that the mechanical strength of the heat-shielding film is lowered due to a large number of holes formed in the alumite film.

エンジンの燃焼室内は、高温かつ高圧になることから、高圧状態に耐え得る高い機械的強度が必要となる。しかしながら、アルマイト皮膜は、膜厚方向に柱状に延びる多数の孔により機械的強度が脆いものとなり、シリカからなる封止材層による補強のみでは、長期使用においても十分に耐え得る程の高い機械的強度を確保することは困難であった。 Since the combustion chamber of an engine becomes hot and high pressure, high mechanical strength that can withstand high pressure conditions is required. However, the mechanical strength of the alumite film becomes brittle due to the large number of holes extending in the columnar direction in the film thickness direction, and the mechanical strength is high enough to withstand long-term use only by reinforcement with a sealing material layer made of silica. It was difficult to secure the strength.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低熱伝導率かつ低比熱であるとともに、耐熱性と機械的強度に優れた遮熱膜を有するエンジン構成部材及び該エンジン構成部材の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is an engine component having a heat-shielding film having low thermal conductivity and low specific heat, and excellent heat resistance and mechanical strength, and the engine configuration. The present invention is to provide a method for manufacturing a member.

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、エンジン燃焼室を構成する壁面に遮熱膜を有するエンジン構成部材において、前記遮熱膜は、前記エンジン構成部材の粗面化された壁面の内部にシリコン系の無機中空微粒子が埋設された空気含有層からなり、前記空気含有層において、前記壁面は多数の凹部を有し、前記凹部の内部に前記無機中空微粒子が埋め込まれていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is an engine component having a heat shield film on a wall surface constituting the engine combustion chamber, in which the heat shield film is roughened. Ri Do from the air-containing layer inorganic hollow fine particles of silicon are embedded in the wall surface, said in an air-containing layer, wherein the wall has a number of recesses, said inorganic hollow particles are embedded in the interior of the recess and said that you are.

この構成によれば、遮熱膜を構成している無機中空微粒子が内部に保有する空気により、熱伝導率が低く、かつ熱容量が低い遮熱膜とすることができる。また、無機中空微粒子は、エンジン構成部材の粗面化された壁面の内部に埋設された状態であるので、遮熱膜の機械的強度が保持される。また、空気を保有する中空微粒子は、高い耐熱性を有するシリコン系の無機材料で構成されているので、高温のエンジン燃焼室に対して耐熱性に優れている。 According to this configuration, it is possible to obtain a heat-shielding film having a low thermal conductivity and a low heat capacity due to the air contained in the inorganic hollow fine particles constituting the heat-shielding film. Further, since the inorganic hollow fine particles are embedded in the roughened wall surface of the engine component, the mechanical strength of the heat shield film is maintained. Further, since the hollow fine particles holding air are made of a silicon-based inorganic material having high heat resistance, they are excellent in heat resistance to a high temperature engine combustion chamber.

また、上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、エンジン燃焼室を構成する壁面に遮熱膜を有するエンジン構成部材の製造方法であって、前記エンジン構成部材の壁面に対して粗面処理を施して該壁面に多数の凹部を形成する粗面処理工程と、粗面化された前記エンジン構成部材の壁面にシリコン系の無機中空微粒子を衝突させて、該壁面の前記凹部の内部前記無機中空微粒子を埋め込む埋込工程と、を含むことを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a method for manufacturing an engine component having a heat shield film on the wall surface constituting the engine combustion chamber, with respect to the wall surface of the engine component. a surface roughening step of forming a plurality of depressions in the wall surface roughening treatment and facilities, and the inorganic hollow fine particles of silicon collides with the wall surface of the roughened the engine component member, the concave portion of the wall surface It is characterized by including an embedding step of embedding the inorganic hollow fine particles in the inside of the above.

この構成によれば、粗面処理工程において、エンジン構成部材の壁面は粗面化されて凹凸状となっているので、この粗面化された壁面に無機中空微粒子を衝突させることで、無機中空微粒子がエンジン構成部材の壁面の凹部に入り込みやすい。これにより、エンジン構成部材の壁面にシリコン系の無機中空微粒子が埋設された遮熱膜を形成することができる。この遮熱膜は、無機中空微粒子が内部に保有する空気により、熱伝導率が低く、かつ熱容量が低いものとなるので、エンジンの冷却損失を低減することができる。 According to this configuration, in the rough surface treatment step, the wall surface of the engine component is roughened and has an uneven shape. Therefore, by colliding the inorganic hollow fine particles with the roughened wall surface, the inorganic hollow is formed. Fine particles easily enter the recesses on the wall surface of the engine component. This makes it possible to form a heat-shielding film in which silicon-based inorganic hollow fine particles are embedded in the wall surface of the engine component. The heat-shielding film has a low thermal conductivity and a low heat capacity due to the air contained in the inorganic hollow fine particles, so that the cooling loss of the engine can be reduced.

また、無機中空微粒子は、エンジン構成部材の壁面内部に埋設された状態であるので、遮熱膜の機械的強度が保持される。また、空気を保有する中空微粒子は、高い耐熱性を有するシリコン系の無機材料で構成されているので、高温のエンジン燃焼室に対して耐熱性に優れた遮熱膜とすることができる。 Further, since the inorganic hollow fine particles are embedded in the wall surface of the engine component, the mechanical strength of the heat shield film is maintained. Further, since the hollow fine particles holding air are made of a silicon-based inorganic material having high heat resistance, it can be used as a heat-shielding film having excellent heat resistance for a high-temperature engine combustion chamber.

また、本発明の一実施形態は、前記製造方法において、前記粗面処理において、前記エンジン構成部材は、壁面に機械的に力を加えることにより粗面化されることを特徴とする。 Further, one embodiment of the present invention is characterized in that, in the manufacturing method, in the rough surface treatment, the engine constituent member is roughened by mechanically applying a force to the wall surface.

この構成によれば、エンジン構成部材そのものの壁面に機械的な力を加えて粗面化しているので、エンジン構成部材が有する高い機械的強度及び耐熱性によって、遮熱膜の機械的強度及び耐熱性を向上させることができる。 According to this configuration, the wall surface of the engine component itself is roughened by applying a mechanical force. Therefore, due to the high mechanical strength and heat resistance of the engine component, the mechanical strength and heat resistance of the heat shield film are obtained. It is possible to improve the sex.

また、本発明の一実施形態は、前記製造方法において、前記粗面処理は、前記エンジン構成部材に対する陽極酸化処理であることを特徴とする。
Further, one embodiment of the present invention is characterized in that, in the manufacturing method, the rough surface treatment is an anodizing treatment for the engine constituent member.

この構成によれば、エンジン構成部材に対して陽極酸化処理を施すことにより、多数の孔を有する陽極酸化皮膜をエンジン構成部材の表面に形成することができるので、埋込処理において、この陽極酸化皮膜の孔の内部に無機中空微粒子を埋め込むことにより、無機中空微粒子をエンジン構成部材の表面に保持させることができる。また、埋め込まれた無機中空微粒子により、遮熱膜を構成する陽極酸化皮膜の機械的強度を向上させることができる。 According to this configuration, by performing anodizing treatment on the engine component, an anodic oxide film having a large number of holes can be formed on the surface of the engine component. Therefore, in the embedding process, this anodic oxidation can be performed. By embedding the inorganic hollow fine particles inside the pores of the film, the inorganic hollow fine particles can be retained on the surface of the engine component. Further, the embedded inorganic hollow fine particles can improve the mechanical strength of the anodic oxide film constituting the heat shield film.

本発明によれば、シリコン系の無機中空微粒子がエンジン構成部材の壁面に埋設された遮熱膜を有しているので、遮熱膜の耐熱性と機械的強度とを確保しながら、無機中級粒子が保有する空気によって遮熱膜を低熱伝導率かつ低比熱とすることができる。 According to the present invention, since the silicon-based inorganic hollow fine particles have a heat-shielding film embedded in the wall surface of the engine component, the heat-shielding film has heat resistance and mechanical strength, and is intermediate to inorganic. The air contained in the particles can make the heat shield film have low thermal conductivity and low specific heat.

本発明の実施の形態に係る遮熱膜を有するエンジン構成部材を用いたエンジン燃焼室構造を示す模式図。The schematic diagram which shows the engine combustion chamber structure using the engine component which has the heat-shielding film which concerns on embodiment of this invention. ピストンの壁面に形成された遮熱膜を示す断面図。Sectional drawing which shows the heat-shielding film formed on the wall surface of a piston. 遮熱膜の形成方法を説明する図。The figure explaining the formation method of the heat-shielding film.

本発明に係る遮熱膜を有するエンジン構成部材について詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る遮熱膜を有するエンジン構成部材を用いたエンジン燃焼室構造1を示す模式図である。図1のエンジン燃焼室構造1は、自動車等の車両のエンジンに適用される。 An engine component having a heat-shielding film according to the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic view showing an engine combustion chamber structure 1 using an engine component having a heat shield film according to an embodiment of the present invention. The engine combustion chamber structure 1 of FIG. 1 is applied to an engine of a vehicle such as an automobile.

エンジン燃焼室構造1は、エンジン燃焼室2を構成するエンジン構成部材である、シリンダブロック12、シリンダヘッド13、ピストン14、点火プラグ16、吸気バルブ17、及び排気バルブ18を備える。 The engine combustion chamber structure 1 includes a cylinder block 12, a cylinder head 13, a piston 14, a spark plug 16, an intake valve 17, and an exhaust valve 18, which are engine components constituting the engine combustion chamber 2.

シリンダブロック12は、エンジン燃焼室2を形成する円筒状のシリンダ11を有する。ピストン14は、略円柱状であって、シリンダ12の内部を摺動して往復移動可能に構成されている。 The cylinder block 12 has a cylindrical cylinder 11 that forms the engine combustion chamber 2. The piston 14 has a substantially cylindrical shape, and is configured to be able to reciprocate by sliding inside the cylinder 12.

シリンダヘッド13は、シリンダブロック12の上面を覆っており、シリンダ11の上面を覆う燃焼室天井部13aを有する。点火プラグ16、吸気バルブ17及び排気バルブ18は、シリンダヘッド13に取り付けられる。 The cylinder head 13 covers the upper surface of the cylinder block 12 and has a combustion chamber ceiling portion 13a that covers the upper surface of the cylinder 11. The spark plug 16, the intake valve 17, and the exhaust valve 18 are attached to the cylinder head 13.

点火プラグ16は、端部に着火部となる電極部を有しており、この端部が燃焼室天井部13aからエンジン燃焼室2内へ突出するように取り付けられる。吸気バルブ17は、シリンダヘッド13に形成された吸気路13bを開閉可能に構成され、排気バルブ18は、シリンダヘッド13に形成された排気路13cを開閉可能に構成される。 The spark plug 16 has an electrode portion that serves as an ignition portion at the end portion, and the end portion is attached so as to project from the combustion chamber ceiling portion 13a into the engine combustion chamber 2. The intake valve 17 is configured to be able to open and close the intake passage 13b formed in the cylinder head 13, and the exhaust valve 18 is configured to be able to open and close the exhaust passage 13c formed in the cylinder head 13.

このエンジン燃焼室構造1では、シリンダ11、シリンダヘッド13の燃焼室天井部13a、ピストン14によって囲まれたエンジン燃焼室2に、吸気バルブ17の開弁により燃料が混合された混合ガスが供給され、点火プラグ16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18が開弁されることによりエンジン燃焼室2外へ排気される。 In the engine combustion chamber structure 1, a mixed gas mixed with fuel is supplied to the engine combustion chamber 2 surrounded by the cylinder 11, the combustion chamber ceiling portion 13a of the cylinder head 13, and the piston 14 by opening the intake valve 17. , Combustion by being ignited by the ignition plug 16. This combustion pushes down the piston 14. Exhaust gas generated by combustion is exhausted to the outside of the engine combustion chamber 2 by opening the exhaust valve 18.

本実施の形態において、ピストン14、シリンダブロック12、シリンダヘッド13、吸気バルブ17及び排気バルブ18には、エンジン燃焼室2を構成する壁面に、断熱性の遮熱膜30を有している。具体的には、ピストン14の上面14aと、シリンダヘッド13の燃焼室天井部13aと、吸気バルブ17及び排気バルブ18のバルブヘッド17a,18aのエンジン燃焼室2側の表面とに、遮熱膜30が形成されている。なお、図示していないが、さらに、シリンダ11の内壁面11aに遮熱膜30を形成してもよい。 In the present embodiment, the piston 14, the cylinder block 12, the cylinder head 13, the intake valve 17, and the exhaust valve 18 have a heat insulating film 30 on the wall surface constituting the engine combustion chamber 2. Specifically, a heat shield film is formed on the upper surface 14a of the piston 14, the combustion chamber ceiling portion 13a of the cylinder head 13, and the surfaces of the intake valves 17 and the valve heads 17a and 18a of the valve heads 17a and 18a on the engine combustion chamber 2 side. 30 is formed. Although not shown, the heat shield film 30 may be further formed on the inner wall surface 11a of the cylinder 11.

図2は、ピストン14の壁面である上面14aに形成された遮熱膜30を示す断面図である。この遮熱膜30は、粗面化された上面14aの内部にシリコン系の無機中空微粒子が埋設された空気含有層からなる。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a heat shield film 30 formed on the upper surface 14a which is a wall surface of the piston 14. The heat-shielding film 30 is made of an air-containing layer in which silicon-based inorganic hollow fine particles are embedded inside a roughened upper surface 14a.

エンジン構成部材であるピストン14は、金属材料で形成されており、本実施の形態では、アルミニウム合金で形成されている。 The piston 14, which is an engine component, is made of a metal material, and in the present embodiment, it is made of an aluminum alloy.

ピストン上面14aに形成された遮熱膜30の膜厚は、約20〜200μmであって、好ましくは約50〜100μmである。遮熱膜30の気孔率は、多量の空気を保有しつつ強度を維持する観点から、約20〜90%の範囲であることが好ましく、より好ましくは約30〜80%である。 The film thickness of the heat shield film 30 formed on the upper surface 14a of the piston is about 20 to 200 μm, preferably about 50 to 100 μm. The porosity of the heat shield film 30 is preferably in the range of about 20 to 90%, more preferably about 30 to 80%, from the viewpoint of maintaining the strength while retaining a large amount of air.

無機中空微粒子40は、マイクロレベルの大きさを有し、シリコン系の無機材料(例えば、シリカ等のガラス材料)によって構成されている。無機中空微粒子40の大きさは、好ましくは直径が約5〜40μmであり、より好ましくは直径が約16〜20μmであって殻厚が約0.5〜2μmである。この無機中空微粒子40は、ピストンを構成する金属材料よりも高い耐熱性を有する。 The inorganic hollow fine particles 40 have a micro-level size and are made of a silicon-based inorganic material (for example, a glass material such as silica). The size of the inorganic hollow fine particles 40 is preferably about 5 to 40 μm in diameter, more preferably about 16 to 20 μm in diameter and about 0.5 to 2 μm in shell thickness. The inorganic hollow fine particles 40 have higher heat resistance than the metal material constituting the piston.

なお、図示例では、無機中空微粒子40が球状のものを示しているが、形状はこれに限られず、中空であって内部に空気を保有できる形状であればよい。また、大きさの異なる無機中空微粒子40が混在した構造であってもよい。 In the illustrated example, the inorganic hollow fine particles 40 are spherical, but the shape is not limited to this, and any shape may be used as long as it is hollow and can hold air inside. Further, the structure may be a mixture of inorganic hollow fine particles 40 having different sizes.

無機中空微粒子40は、形状変化を生じる軟化温度が、エンジン構成部材を構成する金属材料の融点と同等かそれよりも高いものを用いることが好ましい。本実施の形態の無機中空微粒子40は、軟化温度がピストン14を構成するアルミニウム合金の融点(660℃)と同等のガラス材料により構成されている。 It is preferable to use the inorganic hollow fine particles 40 having a softening temperature at which the shape change occurs, which is equal to or higher than the melting point of the metal material constituting the engine component. The inorganic hollow fine particles 40 of the present embodiment are made of a glass material having a softening temperature equivalent to the melting point (660 ° C.) of the aluminum alloy constituting the piston 14.

次に、上述した遮熱膜30を有するエンジン構成部材の製造方法について説明する。ここでは、製造方法の一例として、エンジン構成部材であるピストン14の上面14aに遮熱膜30を形成する方法を説明する。なお、シリンダブロック12、シリンダヘッド13、吸気バルブ17及び排気バルブ18についても、以下に説明する方法と同様の方法により壁面に遮熱膜30を形成することができる。 Next, a method of manufacturing the engine component having the heat shield film 30 described above will be described. Here, as an example of the manufacturing method, a method of forming the heat shield film 30 on the upper surface 14a of the piston 14 which is an engine component will be described. As for the cylinder block 12, the cylinder head 13, the intake valve 17, and the exhaust valve 18, the heat shield film 30 can be formed on the wall surface by the same method as described below.

まず、図3(a)及び(b)に示すように、平坦なピストン14の上面14aに対して粗面処理を施し、上面14aにマイクロレベルの凹凸を形成する(粗面処理工程)。粗面処理としては、例えば、上面14aに対して研磨材を吹き付けるサンドブラスト等のブラスト加工、機械加工、レーザ照射などによって上面14aに対して機械的に力を加えて粗面化させることができる。また、他の粗面処理として、化学薬品を用いたエッチングや上面14aに対してアルマイト処理(陽極酸化処理)を施したりすることで粗面化させることができる。本実施の形態では、機械的な力により上面14aを粗面化している。 First, as shown in FIGS. 3A and 3B, a rough surface treatment is applied to the upper surface 14a of the flat piston 14 to form micro-level irregularities on the upper surface 14a (rough surface treatment step). As the rough surface treatment, for example, the upper surface 14a can be mechanically roughened by blasting such as sandblasting by spraying an abrasive on the upper surface 14a, machining, laser irradiation, or the like. Further, as another rough surface treatment, the surface can be roughened by etching with a chemical agent or by performing anodizing treatment (anodizing treatment) on the upper surface 14a. In the present embodiment, the upper surface 14a is roughened by a mechanical force.

この粗面処理により、ピストン上面14aに多数の凹部32が形成される。凹部32は、無機中空微粒子40の埋込みが許容されるように、無機中空微粒子40の大きさと同程度の内部空間を有する。図3(b)に示す例では、無機中空微粒子40の直径と同程度の深さを有する凹部32を形成しており、凹部32の口径は無機中空微粒子40の直径よりも僅かに小さく、最大穴径は無機中空微粒子40の直径よりも僅かに大きくなっている。いる。 By this rough surface treatment, a large number of recesses 32 are formed on the upper surface 14a of the piston. The recess 32 has an internal space similar to the size of the inorganic hollow fine particles 40 so that the inorganic hollow fine particles 40 can be embedded. In the example shown in FIG. 3B, a recess 32 having a depth similar to the diameter of the inorganic hollow fine particles 40 is formed, and the diameter of the recess 32 is slightly smaller than the diameter of the inorganic hollow fine particles 40 and is maximum. The hole diameter is slightly larger than the diameter of the inorganic hollow fine particles 40. There is.

次に、図3(c)に示すように、粗面化されたピストン上面14aに無機中空微粒子40を衝突させて、上面14aに形成された凹部32の内部に無機中空微粒子40を埋め込む(埋込工程)。 Next, as shown in FIG. 3C, the inorganic hollow fine particles 40 are made to collide with the roughened upper surface 14a of the piston, and the inorganic hollow fine particles 40 are embedded (buried) inside the recess 32 formed in the upper surface 14a. Incorporation process).

無機中空微粒子40の上面14aに対する衝突・埋込は、例えば、粒状物からなる無数の投射材を高速で金属表面に投射するショットピーニング装置を用いて行うことができる。このショットピーニング装置において、無機中空微粒子40は投射材として用いられ、上面14aに高速で投射されることにより、一部が凹部32に入り込んで埋設状態となる。また、凹部32の深さが無機中空微粒子40の大きさと同程度であるため、一つの凹部32に一つの無機中空微粒子40が入り込めるようになっている。 The collision / embedding of the inorganic hollow fine particles 40 with respect to the upper surface 14a can be performed, for example, by using a shot peening device that projects an innumerable projection material made of granules onto a metal surface at high speed. In this shot peening device, the inorganic hollow fine particles 40 are used as a projection material and are projected onto the upper surface 14a at high speed, so that a part thereof enters the recess 32 and becomes an embedded state. Further, since the depth of the recess 32 is about the same as the size of the inorganic hollow fine particles 40, one inorganic hollow fine particle 40 can be inserted into one recess 32.

本実施の形態の埋込工程では、無機中空微粒子40がピストン上面14aに衝突した際に、衝突エネルギーにより上昇した上面14aの温度が、ピストン14を構成するアルミニウム合金の融点を超える投射速度で、無機中空微粒子40を衝突させている。これにより、無機劉空微粒子40が衝突した際にピストン上面14aが溶けて、無機中空微粒子40の表面に付着させることができ、その結果、無機中空微粒子40がピストン上面14aの内部に強固に保持される。なお、投射速度は、これに限られず、衝突の際に上面14aの温度が融点以下となるような速度であってもよく、無機中空微粒子40が高い投射速度で衝突することにより凹部32に埋め込み可能であればよい。 In the embedding step of the present embodiment, when the inorganic hollow fine particles 40 collide with the upper surface 14a of the piston, the temperature of the upper surface 14a raised by the collision energy exceeds the melting point of the aluminum alloy constituting the piston 14 at a projection speed. The inorganic hollow fine particles 40 are collided with each other. As a result, when the inorganic Liu sky fine particles 40 collide, the upper surface 14a of the piston melts and can be attached to the surface of the hollow inorganic fine particles 40, and as a result, the inorganic hollow fine particles 40 are firmly held inside the upper surface 14a of the piston. Will be done. The projection speed is not limited to this, and may be such that the temperature of the upper surface 14a becomes equal to or lower than the melting point at the time of collision, and the inorganic hollow fine particles 40 are embedded in the recess 32 by colliding at a high projection speed. If possible.

なお、埋設された無機中空微粒子40は、表面の一部がピストン上面14aから露出した状態であってもよいが、衝突時に溶けたアルミニウム合金によって表面がコーティングされることが好ましい。 The surface of the embedded inorganic hollow fine particles 40 may be partially exposed from the upper surface 14a of the piston, but it is preferable that the surface is coated with an aluminum alloy melted at the time of collision.

このように、粗面処理工程、埋込工程を経て無機中空微粒子40をピストン上面14aに埋設することにより、ピストン14の上面14aには、空気含有層である遮熱膜30が形成される。 By embedding the inorganic hollow fine particles 40 in the upper surface 14a of the piston through the rough surface treatment step and the embedding step in this way, the heat shield film 30 which is an air-containing layer is formed on the upper surface 14a of the piston 14.

上述した製造方法では、エンジン構成部材であるピストン14の上面14aに粗面処理を行って上面14aに多数の凹部32を形成しているので、埋込工程において、この粗面化された壁面に無機中空微粒子40を衝突させることにより、無機中空微粒子40を凹部32に埋め込むことができる。また、無機中空微粒子40が高速で壁面に衝突させて、この上面14aを変形させることにより、無機中空微粒子40はピストン上面14aの内部に強固に保持されることになる。また、無機中空微粒子40を衝突させた際のエネルギーにより粗面化されたピストン上面14aを溶融させて、無機中空微粒子40を埋め込むことで、無機中空微粒子40の保持強度がより高いものとなる。 In the manufacturing method described above, the upper surface 14a of the piston 14, which is an engine component, is roughened to form a large number of recesses 32 on the upper surface 14a. Therefore, in the embedding step, the roughened wall surface is formed. By colliding the inorganic hollow fine particles 40, the inorganic hollow fine particles 40 can be embedded in the recess 32. Further, the inorganic hollow fine particles 40 collide with the wall surface at high speed to deform the upper surface 14a, so that the inorganic hollow fine particles 40 are firmly held inside the piston upper surface 14a. Further, by melting the piston upper surface 14a roughened by the energy when the inorganic hollow fine particles 40 are collided and embedding the inorganic hollow fine particles 40, the holding strength of the inorganic hollow fine particles 40 becomes higher.

また、上述した遮熱膜を有するピストン14は、上面14aに埋設された無機中空微粒子40が保有する空気により、熱伝導率が低く、かつ熱容量が低い遮熱膜30を有するものとなる。また、無機中空微粒子40は、高い耐熱性を有するシリコン系の無機材料で構成されているので、高温になるエンジン燃焼室2に対して耐熱性に優れた遮熱膜30とすることができる。また、無機中空微粒子40は、ピストン14の上面14aの内部に埋設された状態にあるので、遮熱膜30の機械的強度を保持することができる。 Further, the piston 14 having the above-mentioned heat-shielding film has a heat-shielding film 30 having a low thermal conductivity and a low heat capacity due to the air contained in the inorganic hollow fine particles 40 embedded in the upper surface 14a. Further, since the inorganic hollow fine particles 40 are made of a silicon-based inorganic material having high heat resistance, the heat-shielding film 30 having excellent heat resistance can be obtained for the engine combustion chamber 2 which becomes hot. Further, since the inorganic hollow fine particles 40 are embedded in the upper surface 14a of the piston 14, the mechanical strength of the heat shield film 30 can be maintained.

なお、粗面処理工程において、穴径や深さが異なる複数の凹部32を設け、埋込工程において、直径の異なる多数の無機中空微粒子40を投射する構成としてもよい。これにより、直径の小さい無機中空微粒子40を内部空間の小さい凹部32に埋め込み、直径の大きい無機中空微粒子40を内部空間の大きい凹部32に埋め込むことが可能となり、粗面処理における凹部32の形成精度の許容範囲を緩めながら、無機中空微粒子40を確実に凹部32に埋め込むことができる。 In the rough surface treatment step, a plurality of recesses 32 having different hole diameters and depths may be provided, and in the embedding step, a large number of inorganic hollow fine particles 40 having different diameters may be projected. As a result, the inorganic hollow fine particles 40 having a small diameter can be embedded in the concave portions 32 having a small internal space, and the inorganic hollow fine particles 40 having a large diameter can be embedded in the concave portions 32 having a large internal space. The inorganic hollow fine particles 40 can be reliably embedded in the recess 32 while loosening the permissible range of the above.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、エンジン構成部材であるピストン14の上面14aの全域に遮熱膜30を形成しているが、遮熱膜30は上面14aの一部領域にのみ形成されてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the heat shield film 30 is formed on the entire upper surface 14a of the piston 14 which is an engine component, but the heat shield film 30 may be formed only on a part of the upper surface 14a. good.

1 エンジン燃焼室構造
11 シリンダ
12 シリンダブロック
13 シリンダヘッド
14 ピストン
14a ピストン上面
17 吸気バルブ
18 排気バルブ
30 遮熱膜
32 凹部
40 無機中空微粒子
1 Engine combustion chamber structure 11 Cylinder 12 Cylinder block 13 Cylinder head 14 Piston 14a Piston upper surface 17 Intake valve 18 Exhaust valve 30 Heat shield film 32 Recess 40 Inorganic hollow fine particles

Claims (4)

エンジン燃焼室を構成する壁面に遮熱膜を有するエンジン構成部材において、
前記遮熱膜は、前記エンジン構成部材の粗面化された壁面の内部にシリコン系の無機中空微粒子が埋設された空気含有層からなり、
前記空気含有層において、前記壁面は多数の凹部を有し、前記凹部の内部に前記無機中空微粒子が埋め込まれていることを特徴とするエンジン構成部材。
In an engine component having a heat shield film on the wall surface constituting the engine combustion chamber,
The Saeginetsumaku is Ri Do from the air-containing layer inorganic hollow fine particles of silicon are embedded in the roughened wall surface of the engine component member,
An engine component characterized in that, in the air-containing layer, the wall surface has a large number of recesses, and the inorganic hollow fine particles are embedded in the recesses.
エンジン燃焼室を構成する壁面に遮熱膜を有するエンジン構成部材の製造方法であって、
前記エンジン構成部材の壁面に対して粗面処理を施して該壁面に多数の凹部を形成する粗面処理工程と、
粗面化された前記エンジン構成部材の壁面にシリコン系の無機中空微粒子を衝突させて、該壁面の前記凹部の内部前記無機中空微粒子を埋め込む埋込工程と、
を含むことを特徴とするエンジン構成部材の製造方法。
A method for manufacturing an engine component having a heat shield film on the wall surface constituting the engine combustion chamber.
A surface roughening step of forming a plurality of depressions in the wall surface by facilities surface roughening with respect to the wall surface of the engine component member,
A step of colliding silicon-based inorganic hollow fine particles with the roughened wall surface of the engine component and embedding the inorganic hollow fine particles inside the concave portion of the wall surface.
A method for manufacturing an engine component, which comprises.
前記粗面処理において、前記エンジン構成部材は、壁面に機械的に力を加えることにより粗面化されることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2, wherein in the rough surface treatment, the engine component is roughened by mechanically applying a force to the wall surface. 前記粗面処理は、前記エンジン構成部材に対する陽極酸化処理であることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2, wherein the rough surface treatment is an anodizing treatment for the engine component.
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