发动机和活塞的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及提高了燃烧室的隔热性的发动机和活塞。
【背景技术】
[0002] 发动机具备：具有孔的汽缸体、能够往复移动地嵌合于孔而形成燃烧室的活塞、关 闭燃烧室且具有与燃烧室连通的阀孔的汽缸盖、以及开闭阀孔的阀。为了提高节油性能，优 选提高燃烧室的隔热性。尤其是像混合动力车辆或带有怠速熄火功能的车辆等那样追求提 高节油性能的车辆，会在车辆行驶中或临时停车时临时停止发动机的驱动。此时，发动机的 燃烧室的温度有降低的趋势，因此在提高发动机的节油性能方面存在极限。
[0003] 专利文献1公开了在活塞主体的顶面覆盖有低导热部件的活塞。对于该活塞，低 导热部件由导热率比形成活塞主体的铝材料低的金属材料（钛等）形成，在与活塞主体的 顶面之间形成有隔热用的空气膜。专利文献2、3公开了通过陶瓷热喷涂而在活塞的顶面形 成有隔热材料的发动机。专利文献4公开了在金属板表面形成具有平均粒径5~27 μ m的 中空粒子的隔热涂装层而成的涂装金属板。专利文献5公开了在发动机燃烧室的内表面形 成孔隙率为20%以上的阳极氧化覆膜的技术。专利文献6记载了配合平均粒径5~15纳 米的中空粒子和树脂材料的隔热膜。
[0004] 但是，在专利文献1中，活塞所使用的铝的比重为2. 7,导热率为130W/mK，热膨 胀率为23X 1(T7°C，隔热材料所使用的钛的比重为4. 5,导热率为17W/mK，热膨胀率为 8. 4X 1(T6/°C。为了利用由钛构成的隔热材料而发挥出充分的隔热，需要使隔热材料为毫米 级的厚度。另一方面，钛比铝重。若将钛用作隔热材料，则对于高速进行往复运动的活塞而 言重量增加，会妨碍节油性能提高。另外，因隔热材料的重量和厚度、隔热材料与活塞的热 膨胀率的差异，会导致无法维持隔热材料与活塞之间的接合面的强度。
[0005] 在专利文献2、3中，使用由陶瓷热喷涂形成的隔热材料，但与热喷涂处理前相比， 热喷涂处理后的表面变得粗糙。将由陶瓷热喷涂形成的隔热材料形成于活塞的顶面时， 表面粗糙的微小的凸部成为造成点火因素的过热点（heat spot)，容易成为发动机爆震 (knocking)的原因。另外，由陶瓷热喷涂形成的隔热材料为硬质，因此后序加工困难。
[0006] 内燃机中使用专利文献4所公开的涂装金属板时，在金属板表面形成的涂装膜中 的中空粒子的配合量存在极限。
[0007] 专利文献5记载了通过阳极氧化处理形成的隔热膜，但与处理前相比，处理后的 面变得粗糙，对活塞顶面实施了阳极氧化处理时，表面粗糙度的微小的凸部成为造成点火 因素的过热点，容易成为发动机产生爆震的原因。专利文献6中公开的由中空粒子和树脂 材料构成的隔热膜为了维持成膜性而在隔热性、覆膜强度方面存在极限。隔热膜的耐热性 不充分。
[0008] 因此，发明人为了形成具备高隔热性和高表面平滑性的隔热涂膜而进行了深入探 宄。近年来，要求应对压缩比高的发动机。在这种情况下，越来越需要提高隔热膜的表面平 滑性和隔热性。
[0009] 专利文献I :日本特开2005-76471号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2009-30458号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开2010-71134号公报
[0012] 专利文献4 :日本特开2010-228223号公报
[0013] 专利文献5 :日本特开2010-249008号公报
[0014] 专利文献6 :日本特开2012-172619号公报（日本特愿2011-036501) 【实用新型内容】
[0015] 本实用新型是鉴于上述实际情况而完成的，其课题在于提供抑制爆震并且具有具 备高隔热性和高表面平滑性的隔热涂膜从而能够有助于提高节油性能的发动机和活塞。
[0016] (1)本实用新型所涉及的发动机具备：具有孔的汽缸体；能够往复移动地嵌合于 上述孔而形成燃烧室的活塞；关闭上述燃烧室且具有与上述燃烧室连通的阀孔的汽缸盖； 以及使上述阀孔开闭的阀，
[0017] 上述活塞、上述汽缸盖、上述阀中的至少1个或多个中的、面向上述燃烧室的壁 面，覆盖有隔热涂膜，
[0018] 上述隔热涂膜具有在上述壁面的表面形成的隔热层、和在上述隔热层的表面形成 的无机系覆膜层，
[0019] 上述隔热层具有树脂和第1中空粒子，该第1中空粒子埋设于上述树脂的内部且 具有比上述隔热层的厚度小的平均粒径，上述无机系覆膜层具有无机化合物。
[0020] 隔热涂膜由在壁面的表面形成的隔热层和在隔热层的表面形成的无机系覆膜层 构成。隔热层具有树脂和第1中空粒子。第1中空粒子埋设于树脂的内部。第1中空粒子 的平均粒径比隔热涂膜的厚度小。隔热涂膜具备高孔隙率，而具有高隔热性，因此能够提高 燃烧室的隔热性，能够有助于提高发动机的节油性能。这里，第1中空粒子的平均粒径是用 电子显微镜观察下的简单平均。
[0021] 无机系覆膜层由于具有无机化合物，所以耐热性高。通过利用无机系覆膜层覆盖 隔热层的表面，能够缓和从燃烧室传递到隔热层的热。
[0022] 另外，增加隔热层所含有的中空粒子的配合量时，隔热层有可能产生裂纹。但是， 即使隔热层产生裂纹，通过用由无机化合物构成的无机系覆膜层覆盖隔热层表面，也能够 维持隔热层。因此，能够防止隔热层的隔热性、覆膜强度的降低。
[0023] 在发动机中，在活塞中的相当于面向燃烧室的壁面的顶面覆盖有陶瓷热喷涂膜 时，陶瓷热喷涂膜的表面粗糙度的改善存在极限。如果从微观上观察陶瓷热喷涂膜，则在热 喷涂膜中的面向燃烧室的表面形成有许多微小的凸部。这样的凸部会成为过热点，也会成 为诱发发动机的燃烧进程的因素，发动机产生爆震的概率有可能增加。关于这点，根据本申 请实用新型，隔热涂膜具备高表面平滑性。而且，通过用无机系覆膜覆盖隔热层，能够进一 步提尚隔热涂I旲的隔热性，而提尚发动机的耐爆震性。
[0024] 根据本实用新型涉及的发动机，隔热涂膜具有在树脂的内部埋设有中空粒子的隔 热层、和覆盖隔热层的表面的无机系覆膜层。隔热层和树脂均具有埋设于树脂的内部且平 均粒径比隔热层的厚度小的多个第1中空粒子，因此可期待树脂与第1中空粒子的复合作 用。即，第1中空粒子为纳米大小，所以具有不易被破坏的性质。当隔热涂膜的表面受到爆 发冲程中的燃烧室的压力时，可期待树脂与中空粒子的综合作用。可期待在保持隔热涂膜 的强度的同时通过第1中空粒子轻微的弹性形变来缓和树脂受到的压力。因此隔热层的树 脂不易发生龟裂。此外，根据本发明人实施的试验例，在隔热层仅由树脂形成而不含有第1 中空粒子时，隔热层容易发生龟裂。
[0025] 此外，根据本实用新型，隔热层的表面被无机系覆膜层覆盖。通过用无机系覆膜层 进行覆盖，可对隔热层赋予更进一步的耐热性，且即使隔热层产生裂纹，也能够防止隔热性 和覆膜强度的降低。
[0026] (2)在本实用新型的所涉及发动机中，第1中空粒子的平均粒径优选为500nm以 下。能够使含有第1中空粒子的隔热层的表面平滑。
[0027] (3)在本实用新型所涉及的发动机中