[发明专利]部件表面的绝热层及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设置在部件表面上的绝热层及其制造方法。

背景技术

在二十世纪八十年代，作为一种提高发动机的热效率的方法，有人提出了将绝热层设置在面向发动机燃烧室的部分上。之后，又有人提出了由陶瓷烧结体形成的绝热层或者由热喷涂层形成的绝热层。其中，该由热喷涂层形成的绝热层中含有低导热性氧化锆(ZrO₂)微粒。

然而，如果使用陶瓷烧结体则会出现以下问题：热应力和热冲击导致产生龟裂，龟裂发展导致产生剥离。因此，特别是，将由陶瓷烧结体形成的绝热层应用到活塞的顶面、缸套的内周面和气缸盖的下表面等具有较大面积的部分上这样的发动机，尚未进入实用阶段。

另一方面，缸套及转子发动机的摆线面已采用过热喷涂层，但那都是为了提高耐磨性，不是为了提高耐热性。为了用热喷涂层作绝热层，优选如上所述热喷涂以ZrO₂为主要成分的低导热材料。

例如，专利文献1中公开了以下发明内容：在发动机部件的面向燃烧室的表面上形成凹凸，向该凹部热喷涂以ZrO₂为主要成分的低导热材料将该凹部填充起来。专利文献2中公开了一种内燃机，该内燃机中形成有绝热膜，该绝热膜中含有形成为粒状的大量的第一绝热材料、形成为膜状的第二绝热材料以及补强用纤维材料。该专利文献2中还公开了以下发明内容：第二绝热材料的具体使用例如下：氧化锆(ZrO₂)、硅、钛或者锆等陶瓷、以碳和氧为主要成分的陶瓷或者具有高强度且高耐热性的陶瓷纤维等，而且还可以将上述材料组合起来使用。

专利文献1：日本公开专利公报2005-146925号公报

专利文献2：日本公开专利公报2009-243352号公报

发明内容

-发明要解决的技术问题-

然而，专利文献1中公开的热喷涂层、专利文献2中公开的陶瓷等绝热材料都是微粒(粉末)间彼此结合(bond)而成，故微粒之间具有间隙，上述热喷涂层和绝热材料呈多孔状。因此，在将燃料直接喷向燃烧室的、所谓的直喷式发动机中，如果雾状喷出的燃料到达活塞表面，该燃料就会通过上述间隙浸入绝热层，也就不会再对燃烧做贡献了。如果浸入的燃料逐渐地碳化而作为积碳(carbondeposit)残留下来，则会出现以下问题：绝热层的导热系数增大，从而会导致功能下降。

近年来，作为用于提高发动机的燃油效率的燃烧方式备受关注且研发也比较火热的是，在直喷式汽油发动机中进行的均质充量压缩点火(HCCI：homogeneous-chargecompressionignition)燃烧。但是，因为该HCCI燃烧的燃烧温度低，所以就要求通过抑制发动机的冷却损失来提高热效率。因此，就要求在面向发动机燃烧室的、例如活塞、气缸盖、阀以及缸套等部件的表面上形成具有高绝热性能的绝热层。

本发明正是鉴于上述问题而完成的。其目的在于提供一种绝热层。当将该绝热层设置在例如面向发动机燃烧室的部件上时，能够防止燃料浸入，从而能够长期地维持高绝热性。因此能够提高发动机的热效率。

-用以解决技术问题的技术方案-

为达成上述目的，在本发明中，作为部件表面的绝热层的材料使用了呈非粉末状态的玻璃材料(vitreousmaterial)。

具体而言，本发明所涉及的部件表面的绝热层包括由无机氧化物形成的中空微粒、填充材料以及以硅酸为主要成分的玻璃材料。该玻璃材料呈非粉末状态，该玻璃材料覆盖中空微粒和填充材料且使中空微粒和填充材料彼此结合。

根据本发明所涉及的部件表面的绝热层，因为玻璃材料覆盖中空微粒和填充材料且使中空微粒和填充材料彼此结合，所以能够使成为一种中空微粒之间的间隙、中空微粒和填充材料之间的间隙被填埋起来的状态。而且，因为玻璃材料呈非粉末状态，所以与多孔状的所述热喷涂层、氧化锆等陶瓷层不同，玻璃材料本身无间隙。因此，在例如将绝热层设置在面向发动机燃烧室的部件表面上时，能够防止向发动机燃烧室喷射的燃料浸入绝热层内。其结果是，能够防止浸入的燃料引起积碳，从而能够防止绝热性能下降。因此能够提高发动机的热效率。

优选，在本发明所涉及的部件表面的绝热层中，中空微粒、填充材料、玻璃材料的体积比(vol％)在以下范围内，中空微粒：填充材料∶玻璃材料＝40-75∶1-5∶23-58。