(57)【要約】  望ましくない「ノック」を低減し、炭化水素排出を低減し、より完全な燃焼を提供することを可能にするピストンが提供される。ピストンは、上部燃焼表面上に配置される５００ミクロン以下の厚さを有する多層コーティングを含む。コーティングは、上部燃焼表面上に配置されるニッケルを含む結合層を含む。セラミック組成物を含む熱障壁層は、結合層上に配置される。金属で形成される封止層は、熱障壁層上に配置される。プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つを含む触媒層は、封止層上に配置される。触媒層は、触媒反応を通して燃焼を促進させるために、選択領域上または上部燃焼表面全体に配置され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部燃焼表面を提示する上部クラウン壁と、
前記上部燃焼表面上に配置されるコーティングとを備え、
前記コーティングは、前記上部燃焼表面上に配置される熱障壁層を含み、
前記熱障壁層は、セラミック組成物を含み、
前記コーティングは、前記熱障壁層上に配置される封止層を含み、
前記封止層は、金属を含み、
前記コーティングは、前記封止層上に配置される触媒層を含み、
前記触媒層は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つを含む、ピストン。
【請求項２】
前記触媒層は、プラチナを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記触媒層は、１０〜１０００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記触媒層は、前記上部燃焼表面の領域上かつ前記上部燃焼表面の全体未満に配置される、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
前記熱障壁層の前記セラミック組成物は、部分安定化ジルコニアを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記封止層は、ニッケル系組成物を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記コーティングは、前記上部燃焼表面と前記熱障壁層との間に配置される結合層を含み、前記結合層は、金属を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
前記結合層は、ニッケル系組成物を含む、請求項７に記載のピストン。
【請求項９】
前記コーティングは、５００ミクロン以下の合計厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
前記コーティングは前記上部燃焼表面と前記熱障壁層との間に配置される結合層をさらに含み、前記結合層は金属を含み、前記結合層は５０〜１５０ミクロンの厚さを有し、前記熱障壁層は１５０〜３５０ミクロンの厚さを有し、前記封止層は５０〜１００ミクロンの厚さを有し、前記触媒層は１０〜１０００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１１】
前記プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つは、前記触媒層の総重量に基づいて、少なくとも１０重量パーセントの量で存在し、
前記コーティングは、前記上部燃焼表面上に直接配置される結合層をさらに含み、
前記結合層は、前記上部燃焼表面と前記熱障壁層との間に配置され、
前記結合層は、ニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）およびコバルトニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ）のうちの少なくとも１つを含み、
前記結合層は、粉末で形成され、
前記結合層は、５０〜１５０ミクロンの厚さを有し、
前記熱障壁層は、前記結合層上に直接配置され、
前記熱障壁層の前記セラミック組成物は、セリア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）を含み、
前記熱障壁層は、１５０〜３５０ミクロンの厚さを有し、
前記封止層は、前記熱障壁層上に直接配置され、
前記封止層は、前記封止層に面する前記熱障壁層の最上面全体にわたって適用され、
前記封止層は、ニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）およびコバルトニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ）のうちの少なくとも１つを含み、
前記封止層は、５０〜１００ミクロンの厚さを有し、
前記触媒層は、前記触媒層に直接配置され、
前記触媒層は、１０〜１０００ｎｍの厚さを有し、
前記コーティングは、５００ミクロン以下の合計厚さを有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１２】
前記ピストンは、鋼鉄の単一片で形成される本体を含み、
前記本体は、前記上部燃焼表面を提示する前記上部クラウン壁を含み、
前記上部燃焼表面は、中心軸の周りの非平面の表面であり、
前記上部クラウン壁は、前記上部燃焼表面の反対側に面する下方クラウン表面を含み、
前記下方クラウン表面は、前記ピストンの下側から露出しており、
前記本体は、前記上部クラウン壁から垂下し前記ピストンの外径に沿って周方向に延在するリングベルトを含み、
前記リングベルトは、リング溝によって互いに分離される複数のランドを含み、
前記本体は、前記リングベルトの内側に前記下方クラウン表面から垂下する一対のピンボスを含み、
前記ピンボスは、前記下方クラウン表面から垂直方向に離間される横方向に離間された一対のピンボアを規定し、
前記本体は、前記リングベルトから垂下し互いに直径方向に対向して位置する一対のスカートパネルを含み、
前記スカートパネルは、ストラットによって前記ピンボスに連結され、
前記下方クラウン表面は、前記ピンボスおよび前記スカートパネルおよび前記ストラットに取り囲まれる内側下方クラウン領域を含み、
前記下方クラウン表面は、前記ピンボスの外側に位置する外側ポケットによって提供される第２領域を含み、
前記外側ポケットの各々は、前記ピンボスのうちの１つ、前記リングベルトの一部、および１つの前記ピンボスを前記スカートパネルに連結する前記ストラットに取り囲まれる、請求項１に記載のピストン。
【請求項１３】
前記ピストンは、鋼鉄で形成される本体を含み、
前記本体は、中心軸の周りに周方向にかつ前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記本体は、前記上部燃焼表面を提示する前記上部壁を含み、
前記上部燃焼表面は、中心軸の周りの非平面の表面であり、
前記上部クラウン壁は、前記上部燃焼表面の反対側に面する下方クラウン表面を含み、
前記下方クラウン表面は、前記ピストンの下側から露出し、
前記本体は、前記上部クラウン壁から垂下し前記ピストンの外径に沿って周方向に延在するリングベルトを含み、
前記リングベルトは、リング溝によって互いに分離される複数のランドを含み、
前記本体は、前記リングベルトの内側に前記下方クラウン表面から垂下する一対のピンボスを含み、
前記ピンボスは、前記下方クラウン表面から垂直方向に離間される横方向に離間された一対のピンボアを規定し、
前記本体は、前記リングベルトから垂下し互いに直径方向に対向して位置する一対のスカートパネルを含み、
前記スカートパネルは、ストラットによって前記ピンボスに連結され、
前記本体は、その間に冷却空洞を提示する底部に接続される頂部を含み、
前記頂部は、前記リングベルトの頂部分と、内壁の上部分とを含み、
前記底部は、前記リングベルトの底部分と、前記内壁の下部分と、下壁とを含み、
前記上部クラウン壁および前記リングベルトの前記部分および前記内壁および前記下壁は、前記冷却空洞を提示する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１４】
前記冷却空洞は、冷却媒体を含み、前記冷却媒体は、少なくとも１つの固体粉末および／または少なくとも１つの液体を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１５】
上部クラウン壁の上部燃焼表面上にコーティングを配置するステップを含み、
前記コーティングは、前記上部燃焼表面上に配置される熱障壁層を含み、
前記熱障壁層は、セラミック組成物を含み、
前記コーティングは、前記熱障壁層上に配置される封止層を含み、
前記封止層は、金属を含み、
前記コーティングは、前記封止層上に配置される触媒層を含み、
前記触媒層は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つを含む、ピストンを製造する方法。
【請求項１６】
前記上部燃焼表面上に前記コーティングを配置するステップは、電着または物理蒸着（ＰＶＤ）によって前記触媒層を適用することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記上部燃焼表面上に前記コーティングを配置するステップは、熱溶射によって前記熱障壁層および前記封止層の少なくとも１つに適用することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱溶射は、ワイヤアーク溶射、プラズマ溶射、および高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記上部燃焼表面上に前記コーティングを配置するステップは、前記上部燃焼表面と前記熱障壁層との間に結合層を適用することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記結合層を適用するステップは、熱溶射を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１６年３月１６日に提出された米国仮特許出願第６２／３０９，０５５号、および２０１７年３月１４日に提出された米国特許出願第１５／４５８，４９５号に対する優先権を主張し、参照によりその内容全体がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、内燃機関用のピストン、およびピストンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
着火遅れ期間（ＩＤ）の終わりに燃料と空気との予混合気からエネルギーを急激に放出するディーゼル燃焼システムにおいて、様々な設計の鋼鉄ピストンが用いられる。インパルス性のノイズ特性が続いて起こり、人の聴覚に対して好ましくなく、特徴的なディーゼル「ノック」として現れる。この初期のエネルギー放出を伴うステップでは、２０００〜３０００℃など、高シリンダ内温度の期間、典型的には数ミリ秒が生じる。高シリンダ内温度は、エンジン製造者が避けたほうがよい高ＮＯｘレベルを生み出す。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の概要
本発明の１つの局面は、上部燃焼表面を提示する上部クラウン壁を備えるピストンを提供する。上部燃焼表面上には、コーティングが配置される。コーティングは、熱障壁層と、封止層と、触媒層とを含む。熱障壁層は、上部燃焼表面上に配置され、セラミック組成物を含む。封止層は、熱障壁層上に配置され、金属を含む。封止層上には触媒層が配置され、触媒層は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つを含む。
【０００５】
本発明の別の局面は、ピストンを製造する方法を提供する。当該方法は、上部クラウン壁の上部燃焼表面上にコーティングを配置することを含む。コーティングは、熱障壁層と、封止層と、触媒層とを含む。熱障壁層は、上部燃焼表面上に配置され、セラミック組成物を含む。封止層は、熱障壁層上に配置され、金属を含む。封止層上には触媒層が配置され、触媒層は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムのうちの少なくとも１つを含む。
【０００６】
本発明のこれらのおよび他の局面、特徴ならびに利点は、添付の図面によってより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示の実施形態に係る多層コーティングを含み得る空洞なしピストンの底面図である。
【図２】別の例示の実施形態に係る多層コーティングを含み得る空洞冷却されるピストンの側面断面図である。
【図３】多層コーティングが適用される、空洞なしのまたは空洞冷却されるピストンであり得る、別の例示の実施形態に係るピストンの側面図である。
【図３Ａ】例示の実施形態に係る多層コーティングの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例示の実施形態の詳細な説明
図１〜図３は、たとえば現代のコンパクトな高性能車両エンジンなどの内燃機関のシリンダボアまたはチャンバ（図示せず）における往復運動のための、本発明の例示の実施形態に従って構築される鋼鉄のピストン１０の図を示す。早期の燃焼を促進し、ひいては望ましくないディーゼル「ノック」を低減するために、ピストン１０には多層コーティング３８が適用される。以下でより詳しく説明する。多層コーティング３８が適用されるピストン１０は、様々な異なる設計を備え得る。たとえば、ピストン１０は、図１に示されるような空洞なしのピストンであってもよく、図２に示されるように封止された冷却空洞を含んでもよい。代替的には、ピストン１０は、オイル噴出口からの冷却オイルが空洞に入ることを可能にする開いた冷却空洞を含んでもよい。
【０００９】
図１の例示の実施形態に係るピストン１０は、空洞なしであり、したがって低減された重量を有し、低減された温度で動作し、改良された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献する。この実施形態によれば、ピストン１０は、鋼鉄などの金属材料の単一片から形成される一体の本体を有する。一体の本体は、機械加工、鍛造または鋳造によって、構築を完了するために必要であればその後行われる可能な仕上げ加工を伴って、形成され得る。図１のピストン１０は、冷却空洞床によって画定されるまたは部分的に画定される囲まれたまたは部分的に囲まれた冷却空洞を有するピストンでは当たり前である、互いに接合される上部および下部などの、ともに接合される複数の部品を有しない。対照的に、ピストン１０は、冷却空洞床、または冷却空洞を画定するもしくは部分的に画定する他の構成を有しないという点で、空洞なしである。空洞なしのピストン１０の底面図が図１に示される。
【００１０】
鋼鉄または別の金属で作製される本体部分は、高性能要求、すなわち現代の高性能内燃機関の上昇した温度および圧縮負荷を満たすために、強固かつ丈夫である。本体を構築するために用いられる鋼鉄材料は、特定のエンジン用途におけるピストン１０の要求に応じて、ＳＡＥ４１４０級などの合金であってもよく、異なってもよい。ピストン１０が空洞なしであることによって、ピストン１０の重量およびコンプレッションハイトは最小化され、これによりピストン１０が配置されるエンジンが低減された重量を実現し、よりコンパクトにされることを可能にする。さらに、ピストン１０が空洞なしであったとしても、ピストン１０は、使用の間に十分に冷却されて最も過酷な動作温度に耐える。
【００１１】
ピストン１０の本体部分は、上部クラウン壁１２を提供する上頭部または頂部セクションを有する。上部クラウン壁１２の例は図３に示される。上部クラウン壁１２は、内燃機関のシリンダボア内の燃焼ガスに直接曝される上部燃焼表面１４を含む。図１の例示の実施形態では、上部燃焼表面１４は、燃焼ボウル、または中心軸Ａの周りの非平面の、凹状の、もしくは波状の表面を形成する。上部クラウン壁１２は、上部燃焼表面１４の反対側に面する下方クラウン表面３２も含む。リングベルト１６が上部クラウン壁１２から垂下し、ピストン１０の外径に沿って周方向に延在する。リングベルト１６は、リング溝によって互いに分離される複数のランドを含む。
【００１２】
ピストン１０は、典型的には、リングベルト１６の内側に、概ね下方クラウン表面３２から垂下する一対のピンボス２４を含む。ピンボス２４は、下方クラウン表面３２から垂直方向に離間される、横方向に離間された一対のピンボア２６を規定する。ピストン１０は、リングベルト１６から垂下し互いに直径方向に対向して位置する一対のスカートパネル２８も含む。スカートパネル２８は、ストラット３０によってピンボス２４に連結される。
【００１３】
図１のピストン１０の下方クラウン表面３２は、上部燃焼表面１４の正反対かつリングベルト１６の径方向内側に、上部壁１２の下側に形成される。下方クラウン表面３２は、好ましくは燃焼ボウルから最小距離に位置し、実質的に燃焼ボウルから正反対側の表面である。下方クラウン表面３２は、ここで、ピストン１０を底部から真っ直ぐ観察したときにピンボア２６を除いて見える表面であると規定される。下方クラウン表面３２は、上部燃焼表面１４の燃焼ボウルに対して概ねぴったり合っている。図１の例示の実施形態では、下方クラウン表面３２は、ピストン１０の下側から見ると開かれて露出しており、囲まれたもしくは部分的に囲まれた冷却空洞、または下方クラウン表面３２付近にオイルもしくは冷却流体を留めやすい他の構成によって画定されない。
【００１４】
図１のピストン１０の下方クラウン表面３２は、閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を有する比較対象のピストンよりも、より大きな総表面エリア（表面の外形に沿う３次元エリア）およびより大きな投影された表面エリア（平面図で見たとき、２次元エリア、平面）を有する。ピストン１０の下側に沿ったこの開かれた領域は、下方クラウン表面３２の真上へクラウン室内から飛散するまたは吹きかけられるオイルに対し直接のアクセスを提供し、これにより下方クラウン表面３２全体がクランク室からのオイルによって直接吹きかけられることを可能にするとともに、オイルがリストピン（図示せず）の周りに自由に飛散することを可能にし、さらに、ピストン１０の重量を大幅に低減する。したがって、空洞なしのピストン１０の概ね開かれた構成は、典型的な閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を有しないが、下方クラウン表面３２の最適な冷却およびピンボア２６内のリストピン接合に対する潤滑を可能にすると同時に、ある体積のオイルが表面上に留まる時間である燃焼ボウル付近の表面上のオイル残留時間を低減する。
【００１５】
例示の空洞なしのピストン１０の下方クラウン表面３２は、図１に示される内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６とを含むピストン１０のいくつかの領域によって提供される。中心軸Ａに位置する下方クラウン表面３２の第１部分は、内側下方クラウン領域３４によって提供される。内側下方クラウン領域３４は、ピンボス２４、スカートパネル２８、およびストラット３０に取り囲まれる。内側下方クラウン領域３４によって提供される下方クラウン表面３２の２次元表面エリアおよび３次元表面エリアは典型的には最大化されるため、露出面に対してクランク室から上方向に飛散するまたは吹きかけられるオイルによって生じる冷却が強化され得、これによりピストン１０の優れた冷却を与える。下方クラウン表面３２の第２部分は、ピンボス２４の外側に位置する外側ポケット３６によって提供される。各外側ポケット３６は、ピンボス２４のうちの１つ、ストラット３０の一部、およびリングベルト１６の一部に取り囲まれる。
【００１６】
図２の例示の実施形態に係るピストン１０は、空洞冷却されるピストンであり、したがって下方クラウン表面３２の下の、リングベルト１６に沿って周方向に延在する封止された外側の冷却空洞４８を有する。代替的には、冷却空洞４８は、開かれており、したがって噴出口からの冷却オイルが下方クラウン表面３２に吹きつけることを可能にする開口（図示せず）を含んでもよい。
【００１７】
図２のピストンは、中心軸Ａの周りに周方向にかつ中心軸Ａに沿って長手方向に延在する、鋼鉄などの金属材料で形成される本体も備える。ピストン１０は、内燃機関における使用の間に燃焼室に曝される上部燃焼表面１４を提示する上部クラウン壁１２と、上部燃焼表面１４の反対側に面する下方クラウン表面３２とを含む。ピストン１０は、また、リングベルト１６と、ピンボス２４の対と、スカートパネル２８の対とを含む。
【００１８】
図１のピストンと異なり、図２のピストン１０は、封止された冷却空洞４８を規定するための内壁５０および下壁５２を含む。ピストンの封止された冷却空洞４８は、典型的には、たとえば溶接によって、頂部を底部に接合することによって形成される。頂部は、リングベルト１６の頂部分および内壁５０の上部分を含み、底部は、リングベルト１６の底部分および内壁５０の下部分、ならびに下壁５２を含む。図２に示されるように、封止された冷却空洞は、上部クラウン壁１２、リングベルト１６の一部、内壁５０、および下壁５２によって形成される。
【００１９】
図２の例示の実施形態では、封止された外側の冷却空洞４８は、ピストン１０を通した燃焼室からの熱損失に対応し、ひいてはエンジンのブレーキ熱効率（ＢＴＥ（brake thermal efficiency））を向上させるために、冷却媒体５４を含む。冷却媒体は、個体粉末もしくは個体粉末の混合物、液体もしくは１つより多い液体の混合物、気体もしくは気体の混合物、または固体相、液体相および気体相の組み合わせから構成され得る。外側の冷却空洞４８を冷媒組成物で満たすことに対する代替法として、外側の冷却空洞４８が満たされないままであってもよい。
【００２０】
上部クラウン壁１２への熱の流れを低減し、早期の燃焼を促進し、ひいては望ましくないディーゼル「ノック」を低減するために、多層コーティング３８がピストン１０の上部燃焼表面１４に適用され、上部クラウン壁１２に熱絶縁を与える。コーティング３８は、上部燃焼表面１４に適用される結合層４０と、結合層４０上に配置され結合層４０によって上部燃焼表面１４に接続される熱障壁層４２と、熱障壁層４２上に配置される封止層４４と、封止層４４上に配置されるまたは堆積される触媒層４６とを含む。図３Ａは、例示の実施形態に係る多層コーティング３８の拡大図である。上述されたように、多層コーティング３８は、図１、図２の設計を有するピストンに、または別の設計を有する鋼鉄ピストンに適用され得る。
【００２１】
図３Ａに示されるように、多層コーティング３８は、鋼鉄の上部燃焼表面１４上に直接配置され熱障壁層４２を上部クラウン壁１２の上部燃焼表面１４に固定する結合層４０を含む。結合層４０は、金属、好ましくは超合金を含む、または金属、好ましくは超合金からなる。たとえば、結合コート４０は、ニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）および／またはコバルトニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ）などのニッケル系組成物で形成され得る。結合層４０は、粉末の形態で提供され、熱溶射または別の方法によって上部燃焼表面１４に適用され得る。結合層４０は、典型的には、５０〜１５０ミクロンの厚さを有する。
【００２２】
多層コーティング３８は、次に、結合層４０上に直接配置され結合層４０によって鋼鉄の上部燃焼表面１４に固定される熱障壁層４２を含む。熱障壁層４２は、セラミック組成物を含む、またはセラミック組成物からなる。例示の実施形態では、熱障壁層４２は、何らかの形態の部分安定化ジルコニア、好ましくはセリア安定化ジルコニア（ＣＳＺ（ceria stabilized zirconia））を含む。熱障壁層４２は、典型的には、熱溶射によって１５０〜３５０ミクロンの厚さまで適用される。
【００２３】
封止層４４は、熱障壁層４２上に直接配置され、セラミック組成固有の細孔を閉ざし、多孔性セラミックを通した燃焼ガスおよび燃料の吸収、脱着、ならびに浸透を防止する。封止層４４の組成物は、金属を含み、または金属からなり、典型的には結合層４０と類似または同一である。例示の実施形態によれば、封止層４４は、ニッケル系組成物、好ましくはニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＮｉＣｒＡｌＹ）および／またはコバルトニッケルクロムアルミニウムイットリウム（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ）などの超合金で形成される。封止層４４は、いくらかの触媒活性を生み出し得る。封止層４４は、その封止機能を発揮するために、好ましくは、上部燃焼表面１４全体にわたって、および封止層４４に面する熱障壁層４２の最上面全体にわたって適用される。封止層４４は、典型的には、熱溶射によって５０〜１００ミクロンの厚さまで適用される。ニッケル系の封止層４４は、無電解ニッケル堆積プロセスによって堆積されてもよい。封止層４４は、典型的には、熱溶射によっては５０〜１００ミクロンの厚さまで、無電解ニッケル堆積によっては５〜５０ミクロンの厚さまで適用される。
【００２４】
多層コーティング３８の触媒層４６は、金属の封止層４４の頂部上に直接堆積され、触媒反応による燃焼または触媒作用を促進させる。触媒層４６は、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムを含む、プラチナ族金属のうちの少なくとも１つ以上を含む、またはプラチナ族金属のうちの少なくとも１つ以上からなる。少なくとも１つのプラチナ族金属は、触媒層の総重量に基づいて、少なくとも１０重量パーセントの量で存在する。触媒層４６は、典型的には、１０〜１０００ｎｍの範囲にある非常に薄い層として別々に適用される。触媒層４６は、溶液から電着されてもよく、物理蒸着（ＰＶＤ（physical vapor deposition））プロセスによって適用されてもよい。触媒層４６は、上部燃焼表面１４全体にわたって、または燃料プルームに沿った、火炎前面の外周の、もしくは燃焼ボウル縁の周りなどの選択的な領域のみに堆積され得る。
【００２５】
多層コーティング３８の合計厚さは、好ましくは約５００ミクロン以下であり、エンジンにおいて経験される熱的および機械的負荷をしのぐことを可能にする。現代のディーゼルエンジンのシリンダ環境ではたとえば８００〜９００℃のバルクガス平均温度などの高温および２２０〜２８０バールなどの高圧によって特徴付けられることを考慮すると、多層コーティング３８は、ピストン１０の上部クラウン壁１２に熱絶縁および断熱性を与え、触媒作用によって早期の燃焼を促進することができる。１つ以上のプラチナ族金属の存在は、迅速な燃料クラッキングおよび燃焼のための活性化エネルギーを下げることができる。したがって、実質的に予め混合された燃焼相で、着火遅れは低減される。残りは拡散燃料状態である、すなわち燃焼環境に入るとき即時に制御された燃料の燃焼を伴う。この相は、エンジン上の電子制御モジュールによって調整され得る。したがって、不快な燃焼ノイズは低減され得、停滞した混合物のポケットがないことによってＨＣ排出が低下され得る。加えて、より低いピーク温度が達成され得、ＮＯｘを減らす。他の利点は、冷却システムに対する熱損失を減らすことによって生じ得るため、残りの熱はボトミング装置を介したエネルギー回収のための排気流において利用可能である。さらに、燃焼室の内部の過酷な環境および触媒層４６の化学反応を考慮すると、吹きかけられた燃料は、拡散型燃焼のために予め混合された場所の大部分を通過することによって即時に燃焼し得る。上述されたように、拡散燃焼は、エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ（electronic control unit））の現在の発生によって制御可能である。
【００２６】
本発明の別の局面は、多層コーティング３８を有するピストン１０を製造する方法を提供する。当該方法は、多層コーティング３８を上部燃焼表面１４の少なくとも一部に適用することを含む。多層コーティング３８の層４０，４２，４４，４６は、様々な異なる方法によって適用され得る。典型的には、多層コーティング３８の結合層４０、熱障壁層４２、および封止層４４は、ワイヤアーク溶射、プラズマ溶射、または高速酸素燃料（ＨＶＯＦ（high velocity oxygen fuel））溶射などの熱溶射技術によって別々に適用される。しかしながら、封止層４４および／または結合層４０は、適切な槽から堆積される無電解ニッケルであってもよい。触媒層４６は、典型的には、溶液から電着される、または物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスによって適用される。
【００２７】
ピストン１０は、着火遅れ期間を主としてスムーズな拡散燃焼が残り、ひいては望ましくないディーゼル「ノック」が低減される範囲まで低減することを可能にする。ピストン１０は、炭化水素排出を低減し、より完全な燃焼を提供することも可能にする。他の潜在的な利点は、あまり精製されていない燃料の使用、ボトミングサイクルエネルギー回収のためのより高く制御された排出温度、およびより少ない燃料消費を含む。
【００２８】
本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、請求項の範囲内で特定的に記載された以外の方法で実施され得る。すべての請求項のすべての実施形態のすべての構成は、そのような組み合わせが互いに矛盾しない限り、互いに組み合わせられ得ることも理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【国際調査報告】
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