(57)【要約】【課題】高い断熱性を有し、燃料の浸み込みを防止でき、長期にわたって高い断熱性を維持でき、もってエンジンの熱効率を向上できる断熱層を得られるようにする。【解決手段】エンジン燃焼室に臨む部材１９表面に設けられた断熱層２１は、無機酸化物を主体とする中空状粒子２３と、該中空状粒子２３同士、及び該中空状粒子２３と部材１９とを結合する非粉末状の緻密質バインダ材２５とを含む。中空状粒子２３は、断熱層２１内に６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の体積比率で含まれており、断熱層２１の熱伝導率は、０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、断熱層２１の体積比熱は、３５０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以上７２０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以下である。【選択図】図３
2015081527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層であって、
無機酸化物を主体とする複数の中空状粒子と、
前記中空状粒子同士、及び該中空状粒子と前記部材とを結合する非粉末状の緻密質バインダ材とを備え、
前記中空状粒子は、前記断熱層内に６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の体積比率で含まれており、
熱伝導率が０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、体積比熱が３５０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以上７２０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以下であることを特徴とするエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【請求項２】
厚みが５０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【請求項３】
前記エンジンのＨＣＣＩ燃焼における１燃焼サイクル中に２５０℃以上の温度変動幅を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【請求項４】
前記エンジンは、低負荷時にＨＣＣＩ燃焼し、高負荷時にＳＩ燃焼するように切り替え可能であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【請求項５】
前記エンジンが高負荷時にＳＩ燃焼しているとき、前記温度変動幅が５３０℃以下であることを特徴とする請求項４に記載のエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【請求項６】
前記エンジンは、低負荷から高負荷までの全域においてＨＣＣＩ燃焼が可能であることを特徴とする請求項３に記載のエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８０年代に、エンジンの熱効率を高める方法として、エンジン燃焼室に臨む部分に断熱層を設けることが提案され、その後も、セラミックス焼結体からなる断熱層、又は低熱伝導性を有するジルコニア（ＺｒＯ２）粒子を含む溶射層からなる断熱層が提案されている。
【０００３】
近年では、断熱材として中空状の材料が用いられた断熱層が知られている。例えば、特許文献１には、断熱層が設けられる母材よりも低い熱伝導率及び母材よりも低い単位体積当たりの熱容量を有する中空状の材料である第１断熱材と、母材以下の熱伝導率を有し、第１の断熱材を燃焼室内の燃焼ガスから保護するための第２の断熱材とを含む内燃機関の断熱層が提示されている。特許文献１の断熱層において、第１の断熱材は、第２の断熱材よりも低い単位体積当たりの熱容量を有しており、その第１の断熱材として、中空のセラミックビーズ、ガラスビーズ、シリカを主成分とする微細多孔構造の断熱材、又はシリカエアロゾル等が例示されている。また、第２の断熱材としては、ジルコニア、シリコン、チタン若しくはジルコニウム等の中実のセラミックや、炭素、酸素、ケイ素等を含んだ有機ケイ素化合物、又は高強度且つ高耐熱性のセラミック繊維等が例示されている。
【０００４】
上記特許文献１において、断熱層の性能を示す指標の１つとして、断熱層が設けられたディーゼルエンジンの１燃焼サイクル中の燃焼室壁面温度の変化（スイング幅：ΔＴ）が記されており、スイング幅ΔＴが熱損失に関連する旨が提示されている。その考え方は、公知であるが、熱損失Ｑを求める式、Ｑ＝Ａ×ｈ×（Ｔｇ−Ｔｗａｌｌ）に基づく。なお、この式において、Ａはシリンダ内の表面積（ｍ２）であり、ｈはシリンダ内の圧力やガス流に起因する熱伝達係数（Ｗ／ｍ２・Ｋ）であり、Ｔｇはシリンダ内のガス温度（Ｋ）であり、Ｔｗａｌｌはシリンダ内に面する（シリンダ内の燃焼ガスと接触する）壁面の温度（Ｋ）である。上記式からわかるように、燃焼ガスの燃焼時において、ＴｗａｌｌがＴｇの温度に近づくように上昇すると熱損失Ｑの値が小さくなる、言い換えると、上記スイング幅ΔＴが大きいと熱損失Ｑの値が小さくなるため、スイング幅ΔＴが上記指標として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００９／０２０２０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、スイング幅ΔＴの解析のために第２の断熱材として、ジルコニア相当の熱伝導率を有する材料が用いられている。これを具体的にジルコニアとした場合、断熱層はジルコニア粒子がコーティングされたものであると考えられる。このような断熱層では、そのジルコニア粒子間に燃料が浸み込んだり、その浸み込んだ燃料が炭素化したりして、熱伝導率が次第に大きくなってしまう。このため、所望の熱損失低減効果が得られないだけでなく、浸み込んだ燃料は燃焼に寄与し難いので、実質的に熱効率が低下することとなる。また、上記ジルコニア粒子に限らず、上記溶射層や、セラミック等の断熱材を用いた場合も、粒子（粉末）同士が互いに結合して層を成していると考えられるため、粒子間に間隙を有し、上記と同様の問題が生じる。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い断熱性を有し、燃料の浸み込みを防止でき、長期にわたって高い断熱性を維持でき、もってエンジンの熱効率を向上できる断熱層を得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、エンジン燃焼室壁面の断熱層の材料として、中空状粒子と、該中空状粒子同士及び該中空状粒子と基材とを結合する非粉末状の緻密質バインダ材とを用いた。
【０００９】
具体的に、本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層は、無機酸化物を主体とする複数の中空状粒子と、該中空状粒子同士、及び該中空状粒子と部材とを結合する非粉末状の緻密質バインダ材とを備え、中空状粒子は、断熱層内に６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の体積比率で含まれており、断熱層の熱伝導率は、０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、断熱層の体積比熱は、３５０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以上７２０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層によると、断熱層の成分として中空状粒子の体積比率が６０ｖｏｌ％以上と大きく、断熱層内に空気層を多く含有できるため、断熱層の熱伝導率を低減することができて、断熱層の断熱性能を向上することができる。具体的に、本発明に係る断熱層は、０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有し、また、３５０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以上７２０ｋＪ／ｍ３・Ｋ以下の体積比熱を有しているので、燃焼室における熱損失抑制効果を大きくすることができる。なお、低い体積比熱を有する断熱層は、エンジンの吸気行程においては吸気によって断熱層温度が低くなるので吸気充填量が少なくなるという問題が解消でき、熱効率の向上ができる。また、断熱層における中空状粒子の体積比率を７５ｖｏｌ％以下とすることで、中空状粒子同士を結合するためのガラス質材の量を十分に確保できて、耐久性のある膜を形成することが可能となる。さらに、緻密質バインダ材は、非粉末状態であり、ポーラス状の上記溶射層やジルコニア等のセラミック層とは異なり、それ自体が緻密であるため、エンジン燃焼室に噴射された燃料が断熱層内に浸み込むことを防止できる。その結果、浸み込んだ燃料に起因したカーボンデポジットの発生を防止できて、断熱性能の低下を防止できるため、エンジンの熱効率を向上できる。
【００１１】
本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層は、その厚みが５０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
断熱層の厚みが５０μｍ未満の場合、厚みが薄いため、十分な断熱性能を得ることが困難となる。一方、断熱層の厚みが１００μｍよりも大きくしても、断熱性能が向上せずにコストのみが増大することとなる。このため、断熱層の厚みを５０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層は、エンジンのＨＣＣＩ燃焼における１燃焼サイクル中に２５０℃以上の温度変動幅を有することが好ましい。
【００１４】
このようにすると、断熱層の燃焼ガスと接触する表面温度が、燃焼ガス温度に大きく近づくため、熱損失を小さくすることができる。
【００１５】
本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層において、エンジンは、低負荷時にＨＣＣＩ燃焼し、高負荷時にＳＩ燃焼するように切り替え可能であることが好ましい。
【００１６】
ＨＣＣＩ燃焼は、予混合圧縮自己着火（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼とも呼ばれており、通常の火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼とは異なる燃焼形態であり、具体的に、エンジンの運転状態に応じて、燃焼室内のガソリンをリーン雰囲気で圧縮自己着火させて燃焼させる燃焼方式として知られている。ＨＣＣＩ燃焼は比較的に低温での燃焼であり、ＮＯｘ排出量の低減と熱効率の向上とを可能とするものである。このようなＨＣＣＩ燃焼をするエンジンに対して、上記断熱層を用いることにより熱効率をさらに向上することができる。また、本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層は、エンジンが高負荷時にＳＩ燃焼しているとき、温度変動幅が５３０℃以下であってもよい。また、上記エンジンは、低負荷から高負荷までの全域においてＨＣＣＩ燃焼が可能であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面の断熱層によると、熱伝導率及び体積比熱が低く、良好な断熱特性を得ることができ、さらに、燃料の浸み込みを防止でき、長期にわたって高い断熱性を維持でき、もってエンジンの熱効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層を示す断面図である。
【図３】本発明に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層を示す拡大断面図である。
【図４】断熱層における中空状粒子の含有割合と、断熱層の熱伝導率及び体積比熱との関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明に係る断熱層表面のスイング幅ΔＴを解析した結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。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、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものでない。
【００２０】
本実施形態は、エンジン燃焼室に臨む部材表面の断熱層を図１に示すエンジンに採用したものである。
【００２１】
＜エンジンの特徴＞
図１に示す直噴エンジンＥにおいて、符号１はピストン、符号３はシリンダブロック、符号５はシリンダヘッド、符号７はシリンダヘッド５の吸気ポート９を開閉する吸気バルブ、符号１１は排気ポート１３を開閉する排気バルブ、符号１５は燃料噴射弁である。エンジンの燃焼室は、ピストン１の頂面、シリンダブロック３、シリンダヘッド５、吸排気バルブ７，１１のバルブヘッド面（燃焼室に臨む面）で形成される。ピストン１の頂面には、キャビティ１７が形成されている。図１では、点火プラグ、及びシリンダライナの図示は省略している。
【００２２】
なお、本実施形態において用いられるエンジンは、通常の点火プラグによるアシストで燃料を燃焼させる火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼のみを行うものに限られない。この他に、例えばエンジンの低負荷側を予混合圧縮自己着火（Homogeneous Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）燃焼による運転領域とし、高負荷側を上記点火プラグによるアシストで燃料を燃焼させる火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼による運転領域として燃焼モードを切り替えるエンジンであってもよいし、低負荷から高負荷までの全域でＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンであってもよい。
【００２３】
ところで、エンジンの熱効率は、理論的に幾何学的圧縮比を高めるほど、また、作動ガスの空気過剰率を大きくする（比熱比を高める）ほど、高くなることが知られている。しかし、実際には、圧縮比を大きくするほど、また、空気過剰率を大きくするほど、冷却損失が大きくなるため、圧縮比及び空気過剰率の増大による熱効率の改善は頭打ちになる。
【００２４】
すなわち、冷却損失は、作動ガスからエンジン燃焼室壁への熱伝達率、その伝熱面積、及びガス温と壁温との温度差に依存する。このため、エンジン燃焼室において、エンジン部品の金属製母材よりも熱伝導率が低い材料からなる断熱層が該金属製母材の表面に形成されている。
【００２５】
＜断熱層の構成＞
次に、エンジン燃焼室に臨む部材表面に形成された断熱層の構成について図２及び図３を参照しながら説明する。本実施形態においては、エンジン燃焼室に臨む部材表面として上記ピストンの頂面に形成された断熱層について説明するが、シリンダブロック等の他のエンジン燃焼室に臨む部材表面に形成された断熱層も同様の構成とすることができる。
【００２６】
図２に示すように、エンジン部材としてのピストン本体１９の頂面１９ａ（エンジン燃焼室に臨む部材表面）に断熱層２１が形成されている。ピストン本体１９の頂面１９ａの中央には上記キャビティ１７に対応する凹陥部が形成されており、断熱層２１はその頂面１９ａの形状に倣うように均一な厚さで形成されている。本実施形態のピストン本体１９はＴ６処理を施してなるアルミ合金製である。また、ピストン本体１９の断熱層２１が形成される頂面１９ａは、ブラスト処理及び陽極酸化処理（アルマイト処理）等の粗面化処理が施されていてもよい。粗面化処理を施すことにより、ピストン本体１９の頂面１９ａに凹凸が形成され、ピストン本体１９と断熱層２１との密着性を向上でき、その結果、断熱層２１がピストン本体１９から剥離することを防止できる。
【００２７】
図３に示すように、本実施形態の断熱層２１は、無機酸化物を主体とする中空状粒子２３、及び緻密質バインダ材２５を含む。断熱層２１では、緻密質バインダ材２５が中空状粒子２３を覆い、中空状粒子２３同士を結合し、中空状粒子２３とピストン本体１９とを結合することでピストン本体１９の頂面１９ａ上に層構造を成している。緻密質バインダ材２５は、中空状粒子２３同士の間隙を埋めるようにしてそれらを結合しており、また、緻密質バインダ材２５は、非粉末状であって、それ自体が緻密に構成されている。このため、中空状粒子２３同士の間や緻密質バインダ材２５自体に燃料が通過可能な間隙がなく、その結果、エンジン燃焼室に噴射された燃料が断熱層２１に浸み込むことを防止できる。
【００２８】
本実施形態において、緻密質バインダ材２５は、上記のように非粉末状であり、それ自体が緻密に構成されていれば、その材料は特に限定されず、例えばシリコーン系樹脂を用いることができる。シリコーン系樹脂としては、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樹脂を好適に用いることができ、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。
【００２９】
本実施形態において、無機酸化物を主体とする中空状粒子２３としては、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、シリカバルーン、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状粒子を採用することが好ましい。各々の材質及び粒径は表１の通りである。なお、中空状粒子２３は、メディアン径が５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いることが好ましく、５μｍ未満のメディアン径の中空重粒子をさらに追加してもよい。
【００３０】
【表１】
2015081527.tif 000003
【００３１】
例えば、フライアッシュバルーンの化学組成は、ＳｉＯ２；４０．１〜７４．４％、Ａｌ２Ｏ３；１５．７〜３５．２％、Ｆｅ２Ｏ３；１．４〜１７．５％、ＭｇＯ；０．２〜７．４％、ＣａＯ；０．３〜１０．１％（以上は質量％）である。シラスバルーンの化学組成は、ＳｉＯ２；７５〜７７％、Ａｌ２Ｏ３；１２〜１４％、Ｆｅ２Ｏ３；１〜２％、Ｎａ２Ｏ；３〜４％、Ｋ２Ｏ；２〜４％、IgLoss；２〜５％（以上は質量％）である。
【００３２】
断熱層２１には、このような中空状粒子２３が６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の体積比率で含まれている。断熱層２１の成分としての中空状粒子２３の含有量が体積比率で６０ｖｏｌ％以上と大きいので、断熱層２１内に空気層を多く含有できる。このため、断熱層２１の熱伝導率及び体積比熱を低減することができて、断熱層２１の断熱性能を向上することができる。また、断熱層２１における中空状粒子２３の体積比率が７５ｖｏｌ％以下であるため、中空状粒子２３同士を結合する緻密質バインダ材２５の量を十分に確保できて、耐久性のある膜を形成することが可能となる。なお、含有させる中空状粒子２３の体積比率は、粒子のみかけ密度と緻密質バインダ材２５の密度とを測定し、続いて緻密質バインダ材２５に対して添加する中空状粒子２３の質量から算出することができる。
【００３３】
また、断熱層２１は、その厚みが５０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。その理由としては、断熱層の厚みが５０μｍ未満の場合、厚みが薄いため、十分な断熱性能を得ることが困難となり、一方、断熱層の厚みが１００μｍよりも大きくしても、断熱性能は大きく変化することはなく、コストが増大することとなるからである。
【００３４】
なお、本実施形態において、断熱層２１の強度又は硬度を向上するために、断熱層２１にフィラー材が含まれていてもよい。
【００３５】
＜断熱層の性能試験＞
以下に、本実施形態に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面の断熱層における中空状粒子含有割合と、断熱層の熱伝導率及び体積比熱との関係について検討した結果について説明する。ここでは、断熱層における中空状粒子の含有比率が０ｖｏｌ％から７５ｖｏｌ％までの範囲で異なる断熱層を作製し、それらの中空状粒子の含有比率が異なる断熱層のそれぞれの熱伝導率及び体積比熱を測定及び比較した。具体的に、断熱層として、それぞれ中空状粒子を０ｖｏｌ％、５５ｖｏｌ％、６０ｖｏｌ％又は７５ｖｏｌ％の体積比率で含む４種類の断熱層を作製した。
【００３６】
断熱層を作製するための材料として、中空状粒子に上記シラスバルーンを用い、緻密質バインダ材としてシリコーン系樹脂を用い、具体的にポリアルキルフェニルシロキサンを用いた。これらの材料を含む断熱層をアルミ合金製基材上に形成した。断熱層の形成としては、まず、上記体積比率で中空状粒子をシリコーン系樹脂に加えて混合し、その混合物をアルミ合金製基材上に塗布した。その後、塗布された混合物を乾燥及び焼成することで、上記基材上に断熱層を形成した。
【００３７】
得られた中空状粒子の体積比率が異なる断熱層のそれぞれに対して、熱拡散率（ｍ２／ｓ）、密度（ｋｇ／ｍ３）及び重量比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）を測定した。それらの測定法はそれぞれ常法を用い、具体的に、熱拡散率はレーザフラッシュ法を用いて測定し、密度はアルキメデス法を用いて測定し、重量比熱は示差走査熱量法（ＤＳＣ法）を用いて測定した。なお、測定は２５℃の条件下で行った。これらの測定結果に基づいて、体積比熱及び熱伝導率を、体積比熱（ｋＪ／ｍ３・Ｋ）＝密度×熱拡散率、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝熱拡散率×密度×重量比熱の式からそれぞれ算出した。その結果を図４に示す。
【００３８】
図４に示すように、断熱層の熱伝導率及び体積比熱は、断熱層における中空状粒子の含有割合が増えるに従って低減した。具体的に、断熱層が中空状粒子を含まない場合（０ｖｏｌ％）は、熱伝導率が約０．２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、体積比熱が約１８００ｋＪ／ｍ３・Ｋであったが、中空状粒子の含有割合を中空状粒子の含有割合を６０ｖｏｌ％まで増やすと、熱伝導率が約０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、体積比熱が約７２０ｋＪ／ｍ３・Ｋにまで低減し、熱伝導率及び体積比熱が共に低くて断熱層として用いるのに良好な値が得られた。さらに、断熱層における中空状粒子の含有割合を７５ｖｏｌ％にまで増大させると、熱伝導率が約０．１０Ｗ／ｍ・Ｋであり、体積比熱が約３５０ｋＪ／ｍ３・Ｋにまで低減し、断熱層として用いるのにさらに良好な値が得られた。
【００３９】
上記結果から、断熱層において、高い含有割合、具体的に６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の体積比率で中空状粒子を含有させることにより、熱伝導率及び体積比熱が共に低く、断熱性能が高く、且つ耐久性が高い断熱層を得ることが可能であることが示唆された。
【００４０】
＜断熱層のスイング幅解析＞
次に、本発明に係る断熱層を上記のようにガソリンエンジンの燃焼室壁面に設けた場合における１燃焼サイクルの燃焼室壁面温度の変化について、ＣＡＥを用いて計算した。ここでは、燃焼室内の燃焼ガスと燃焼室に臨む部材のアルミ合金基材とのモデルを作製し、燃焼ガスにおいては下記１サイクル分の発生熱量から気体の状態方程式に基づきガスの平均温度及び圧力を算出し、一方、アルミ合金基材においては、一次元熱伝導方程式を用い、算出されたガス温度、下記断熱層の熱伝導率に基づいて断熱層表面の壁温を算出した。本計算において、燃焼室壁面に設けられた断熱層の膜厚を７５μｍとし、断熱層の熱伝導率を０．１５５Ｗ／ｍ・Ｋとし、断熱層の体積比熱を７０８．４ｋＪ／ｍ３Ｋとした。また、エンジンの１気筒の排気量を５００ｃｃとし、圧縮比を１８．４とした。また、本試験では、低負荷時にＨＣＣＩ燃焼を行い、高負荷時にＳＩ燃焼を行うエンジンを想定し、ＨＣＣＩ燃焼を行う場合とＳＩ燃焼を行う場合との２種類の試験を行った。具体的に、ＨＣＣＩ燃焼を想定した場合では、エンジン回転速度を１０００ｒｐｍとし、図示平均有効圧力を３００ｋＰａとして低負荷な条件とし、１サイクル分の発生熱量を３６０Ｊとした。一方、ＳＩ燃焼を想定した場合では、エンジン回転速度を６０００ｒｐｍとし、図示平均有効圧力を１５４０ｋＰａとして高負荷な条件とし、１サイクル分の発生熱量を１７６０Ｊとした。このように条件を設定した場合の、１燃焼サイクル中の断熱層の表面温度の計算結果を図５に示す。
【００４１】
図５に示すように、ＨＣＣＩ燃焼を想定した低負荷条件では、ピストンが上死点（図５においてクランク角（Ｃ．Ａ．）＝３６０°）にまで上がった圧縮行程後における、燃焼行程で、燃焼室壁面温度が約３７０℃から約６７０℃にまで上昇することがわかった。すなわち、スイング幅ΔＴは約３００℃となった。比較的に低温での燃焼であるＨＣＣＩ燃焼であっても、良好な断熱性を得るために上記スイング幅ΔＴは２５０℃以上の値であることが好ましい。
【００４２】
一方、ＨＣＣＩ燃焼よりも燃焼温度が高いＳＩ燃焼を想定した高負荷条件の場合では、燃焼行程において、燃焼室壁面温度が約５１０℃から約１０４０℃にまで上昇した。すなわち、本実施形態に係る断熱層は、高負荷条件においてスイング幅ΔＴを約５３０℃にまで大きくすることが可能である。このため、燃焼ガスの温度上昇に追従して上記壁面温度も大きく上昇できるため、熱損失をより低減することができる。よって、上記断熱層は、良好な断熱特性を示すことが示唆された。
【００４３】
以上の通り、本実施形態に係るエンジン燃焼室に臨む部材表面に設けられた断熱層は、低い熱伝導率及び低い体積比熱を有し、上記のような高いスイング幅ΔＴを示すため、燃焼室の断熱性を向上できるので、エンジンの熱効率を向上することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ピストン
３  シリンダブロック
５  シリンダヘッド
７  吸気バルブ
１１  排気バルブ
１９  ピストン本体
１９ａ  頂面
２１  断熱層
２３  中空状粒子
２５  緻密質バインダ材
【図１】
2015081527.tif 000004
【図２】
2015081527.tif 000005
【図３】
2015081527.tif 000006
【図４】
2015081527.tif 000007
【図５】
2015081527.tif 000008