(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、
上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、
上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、
上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、
上記構造情報検出手段は、赤外分光分析装置、核磁気共鳴装置、及びラマン分光装置のうちの少なくとも１つであり、
上記熱履歴の温度情報を推定するステップは、
上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記被熱推定層の構造変化が起こる最低温度情報を算出するステップと、
上記所定位置の構造情報と、上記最低温度情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた最低温度を推定するステップとを備えた
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項２】
基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、
上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、
上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、
上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、
上記所定位置は、上記被熱推定層の深さ方向に異なる二以上の位置であり、
上記所定位置の構造情報に基づいて、上記被熱推定層が受けた深さ方向の熱履歴の温度情報を推定する
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項３】
基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、
上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、
上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、
上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、
上記被熱推定層は、
多数の中空粒子と、
上記中空粒子を上記基材に保持すると共に上記中空粒子間を埋めて当該被熱推定層の母材を形成するバインダとを備えた
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項４】
請求項３において、
上記バインダは、シリコーン樹脂である
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、
上記中空粒子は、ガラスバルーンである
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一において、
上記構造情報検出手段は、赤外分光分析装置である
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
上記基材は、内燃機関の燃焼室を形成する部品である
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【請求項８】
請求項７において、
上記熱履歴の時間情報は、上記内燃機関の運転条件から算出される
ことを特徴とする熱履歴推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱履歴推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機器や民生機器では、エネルギー効率を高めるために、従来より各種の断熱材が使用され、また、断熱材の研究開発も行なわれている。例えば、自動車においては、エンジンの熱効率を高めるために、燃焼室の壁面に設ける断熱層の研究開発が進められている。また、排気系やＥＧＲクーラ等から廃熱を回収することも自動車の重要なニーズの一つであり、そのために効率の良い断熱材が求められている。
【０００３】
ところで、エンジン運転時における燃焼室の内部の温度分布や、内壁が受けた熱履歴等を推定することは、上記断熱層等の熱負荷量を把握し、燃焼室壁面の断熱層の性能を向上させる上で重要である。
【０００４】
エンジン燃焼室内部の温度を計測する手段としては、燃焼室内部に熱電対等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、ピストン頂面内部に抵抗器を設置してピストン頂面の温度を測定することにより、燃焼室内の温度分布に対して及ぼす影響を小さくしながら、燃焼室内の温度分布を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エンジン燃焼室内部に熱電対等の温度センサを設置する構成では、熱応答性が十分でなかったり、燃焼室の詳細な位置毎の温度分布や熱履歴を把握するのは困難という問題がある。
【０００７】
そこで本発明では、エンジン燃焼室の内壁が受ける詳細な位置毎の熱履歴を精度よく把握し、燃焼室の内壁に設けられた断熱層等の熱劣化原因の解明等に寄与することができる熱履歴推定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明では、基材の表面に被熱推定層を形成し、熱履歴を受ける前後の被熱推定層の構造変化に基づいて、被熱推定層が受けた熱履歴を推定するようにした。
【０００９】
すなわち、ここに開示する熱履歴推定方法は、基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、上記構造情報検出手段は、赤外分光分析装置、核磁気共鳴装置、及びラマン分光装置のうちの少なくとも１つであり、上記熱履歴の温度情報を推定するステップは、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記被熱推定層の構造変化が起こる最低温度情報を算出するステップと、上記所定位置の構造情報と、上記最低温度情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた最低温度を推定するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、基材表面に形成された被熱推定層の所定位置における詳細な熱履歴を把握することができ、基材表面に形成される断熱層等の熱劣化の原因となる詳細な温度情報を精度よく得ることができる。
【００１１】
なお、本明細書において、「熱履歴を受ける」とは、表面が所定温度以上の流体に所定時間曝されることをいい、このとき「表面が受けた熱履歴」は、温度情報及び時間情報として得られる。
【００１２】
また、上記熱履歴の温度情報を推定するステップは、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記被熱推定層の構造変化が起こる最低温度情報を算出するステップと、上記所定位置の構造情報と、上記最低温度情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた最低温度を推定するステップとを備える。これにより、基材表面に形成された被熱推定層の所定位置が受けた最低温度が明らかとなり、詳細な熱履歴を把握することができる。
【００１３】
また、ここに開示する熱履歴推定方法は、基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、上記所定位置は、上記被熱推定層の深さ方向に異なる二以上の位置であり、上記所定位置の構造情報に基づいて、上記被熱推定層が受けた深さ方向の熱履歴の温度情報を推定する。これにより、被熱推定層が深さ方向に受けた熱履歴を把握することができ、例えば基材表面に設けられた断熱層の熱劣化の原因となる温度条件等を把握することができる。
【００１４】
また、ここに開示する熱履歴推定方法は、基材の表面に、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料を備えた被熱推定層を形成するステップと、上記被熱推定層の構造情報を予め構造情報検出手段により検出し、上記構造情報の温度及び時間に対する構造変化情報を得るステップと、上記被熱推定層が熱履歴を受けた後に、上記被熱推定層の所定位置における構造情報を上記構造情報検出手段により検出するステップと、上記所定位置の構造情報と、上記熱履歴の時間情報と、上記構造変化情報とに基づいて、上記所定位置における被熱推定層が受けた熱履歴の温度情報を推定するステップとを備え、上記被熱推定層は、多数の中空粒子と、上記中空粒子を上記基材に保持すると共に上記中空粒子間を埋めて当該被熱推定層の母材を形成するバインダとを備えた構成とすることが好ましい。これにより、中空粒子とバインダの構造変化を構造変化情報として利用することができ、より精度よく被熱推定層が受けた熱履歴を推定することができる。
【００１５】
また、好ましくは、上記中空粒子は、ガラスバルーンであり、上記バインダは、シリコーン樹脂である。これにより、ガラスバルーンの構造変化とシリコーン樹脂の主な３種の構造変化に基づいて構造変化情報を得ることができ、被熱推定層が受けた熱履歴の推定精度が向上する。
【００１６】
上記構造情報検出手段は、被熱推定層の構造情報を精度よく検出できる手段であればいかなるものも使用することができ、具体的には例えば、赤外分光分析装置、核磁気共鳴装置、ラマン分光、特に好ましくは赤外分光分析装置であることが望ましい。これにより、簡易且つ高精度で被熱推定層の構造情報を検出することができる。
【００１７】
本発明は、高温の温度条件に曝される領域、空間等、特に微小空間で圧力変動が大きく、凹凸面を持つ閉空間等を構成する基材にも適用することができる。具体的には例えばエンジンなどの内燃機関の燃焼室を形成する部品や、ＥＧＲクーラー、触媒などの排気経路全般等であり、より好ましくは、内燃機関の燃焼室を形成する部品である。そして、この場合、上記熱履歴の時間情報は、上記内燃機関の運転条件から算出される。これにより、被熱推定層が受けた熱履歴を高精度で推定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によると、基材表面に形成された被熱推定層の所定位置における詳細な熱履歴を把握することができ、基材表面に形成される断熱層等の熱劣化の原因となる詳細な温度情報を精度よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る熱履歴推定方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の適用例であるエンジンの断面図である。
【図３】図３は、上記エンジンのピストン頂面の被熱推定層を示す断面図である。
【図４】図４は、被熱推定層の温度に対する構造変化を示す赤外スペクトルである。
【図５】図５は、図４に示す被熱推定層の熱処理温度及び熱処理時間に対する構造変化マップである。
【図６】図６は、エンジン運転条件ＫＩ＝０の熱履歴を受けたピストン頂面の光学顕微鏡像である。
【図７】図７は、エンジン運転条件ＫＩ＝４の熱履歴を受けたピストン頂面の光学顕微鏡像である。
【図８】図８は、被熱推定層の深さに対する最低被熱温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００２１】
本実施形態に係る熱履歴推定方法は、エンジン（内燃機関）の燃焼室を形成する部品としてのピストンの頂面に適用される。図１に、本実施形態に係る熱履歴推定方法のステップを示す。
【００２２】
＜被熱推定層の形成＞
図２において、１は被熱推定層が形成される基材としてのアルミニウム合金製ピストン、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッド３の吸気ポート５を開閉する吸気バルブ、６は排気ポート７を開閉する排気バルブ、８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（表面）、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、吸排気バルブ４，６の傘部前面（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９が形成されている。なお、点火プラグの図示は省略している。
【００２３】
図１、図３に示すように、まず、ピストン１の頂面に被熱推定層１１を形成する（Ｓ１）。被熱推定層１１は、受けた熱履歴を記録する役割を有し、熱履歴を受けることにより、例えば、構造、含有量、組成比、粘度等の物性値が変化し、その変化を例えば分光学的手段等の物性値検出手段を用いて検出可能な被熱推定材料（材料）１７を含む。被熱推定材料１７は、好ましくは、熱履歴を受けることにより構造が変化する材料である。
【００２４】
本実施形態において、被熱推定層１１は、被熱推定材料１７として、図３に示すように、無機酸化物よりなる多数の中空粒子１２と、この中空粒子１２をピストン１に保持すると共に中空粒子１２間を埋めて当該被熱推定層１１の母材を形成するシリコーン樹脂系のバインダ１３とを備えてなる。また、被熱推定層１１は、バインダ１３のみで形成されてもよい。また、中空粒子１２に加え、さらに別の中空粒子、微粒子等を含んでもよい。
【００２５】
中空粒子１２としては、シリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、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粒子を採用することができる。なお、被熱推定層１１中の中空粒子１２の含有量は、特に限定されないが、２０体積％〜６０体積％とすることができる。中空粒子１２の平均粒径は例えば２０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
但し、上記数値範囲はエンジンの燃焼室の壁面に被熱推定層１１を設ける場合の好ましい範囲であって、限定的なものではない。また、燃焼室の壁面以外の機器等に被熱推定層を設ける場合は、中空粒子１２の粒径及び被熱推定層１１の厚さは、さらに小さく、あるいは大きくすることもできる。
【００２７】
バインダ１３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ましく用いることができる。シリコーン樹脂の具体例としては、例えば、トリメトキシメチルシラン、ジメトシキジメチルシラン、テトラメトキシメチルシラン、メトキシトリメチルシラン単位を含む、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。シリコーン樹脂の分子量は特に限定されないが、５０万〜５００万程度のものを好ましく用いることができる。
【００２８】
次に、具体的な被熱推定層１１の形成方法について説明する。まず、ピストン１と被熱推定層１１を形成するための被熱推定材料（材料）１７を準備する。ピストン１については、その頂面にキャビティ形成用の凹部を形成しておき、脱脂処理により、ピストン１の頂面に付着している油脂や指紋等の汚れを除去する。また、バインダ１３としての液状シリコーン樹脂と中空粒子１２としてのガラスバルーンを攪拌・混合した被熱推定材料１７を準備する。必要に応じて、増粘剤や希釈溶剤を添加して被熱推定材料１７の粘度を調整する。ピストン１と被熱推定材料１７、特にシリコーン樹脂との付着力を高めるべく、ピストン１の頂面に粗面化処理を施すことが好ましい。粗面化処理としては、例えばサンドブラスト等のブラスト処理を行うことが好ましい。例えば、ブラスト処理は、エアーブラスト装置を使用し、研削材として粒度＃３０のアルミナを用い、圧力０．３９ＭＰａ、時間４５秒、距離１００ｍｍの処理条件で行うことができる。なお、これに限らず、ピストン１がＡｌ合金からなる場合、アルマイト処理によってピストン１の頂面に微小凹凸を形成するようにしてもよい。例えば、アルマイト処理は、シュウ酸浴を用い、浴温２０℃、電流密度２Ａ／ｄｍ２、時間２０分の処理条件で行うことができる。
【００２９】
しかる後、被熱推定材料１７をピストン１の頂面にスプレーや刷毛等を用いて塗布する。続いて、熱風乾燥、赤外線ヒータ等により、塗布された断熱材料の予備乾燥を行う。必要に応じて、当該塗布と予備乾燥を繰り返し（重ね塗り）、所望の塗布厚さにする。或いは、塗布の一形態として、ピストン１の頂面に被熱推定材料１７を載せ、ピストン頂面形状に倣った成形面を有する成形型によって被熱推定材料１７をピストン頂面に押し付けて頂面全体に拡げてもよい。被熱推定材料１７の塗布厚さは、例えば４０μｍ以上１００μｍ以下となるようにすることができる。
【００３０】
次に、ピストン頂面に塗布された被熱推定材料１７に対して、例えば、１８０℃前後の温度で数時間ないし数十時間の加熱処理を行なう。これにより、シリコーン樹脂（バインダ）が硬化して、多数のガラスバルーンが密に充填され、それら粒子間がシリコーン樹脂で埋まった被熱推定層１１が得られる。
【００３１】
＜被熱推定層の構造変化＞
次に、図１に示すように、被熱推定層１１の構造情報を予め構造情報検出手段により検出する（Ｓ２）。
【００３２】
被熱推定層１１は、熱処理温度と熱処理時間に依存してその構造が変化する。この構造変化を明らかにするために以下の手順でエージング試験を行った。
【００３３】
中空粒子１２としての住友スリーエム社製ガラスバルーンｉＭ１６Ｋ（平均粒径２０μｍ，中空率６３％）、及びバインダ１３としての信越化学社製シリコーン樹脂ＫＲ−２５１を準備した。ＫＲ−２５１は、メチル系ストレートシリコーン樹脂を二官能化させ、さらに高分子化させたものであり、トリメトキシメチルシラン、及びジメトシキジメチルシラン単位を含む。
【００３４】
構造変化を明らかにするための測定手段（構造情報検出手段）は、赤外分光分析装置（ＩＲ）、核磁気共鳴装置、ラマン分光等を使用することができる。本実施形態においては、簡易且つ高精度で被熱推定層の構造情報を検出する観点から、ＩＲを使用した。
【００３５】
まず、アルミ合金製基板１６に被熱推定材料１７を膜厚５０μｍでスプレー塗布したサンプルを準備した。各々のサンプルについて、室温から所定の熱処理温度まで１時間で昇温後、その熱処理温度で１時間保持した。そして、被熱推定層１１の表面近傍の被熱推定材料１７について、構造情報としての赤外吸収スペクトル（以下、「ＩＲスペクトル」という。）を測定した。結果を図４に示す。また、図４中のピーク等についての説明を表１及び表２に示す。なお熱処理温度は４００℃、４５０℃、６００℃、及び８００℃である。
【００３６】
【表１】
0006477528.tif 000002
【００３７】
【表２】
0006477528.tif 000003
【００３８】
図４に示すように、エージング前のＩＲスペクトルと、４００℃１時間のＩＲスペクトルとを比較すると、シラノール結合由来のピーク（Ｓｉ−Ｏ−Ｒ伸縮）が消失しているのが判る（Ａ１）。これは、シリコーン樹脂の分子間の縮合反応が開始したことを示している。
【００３９】
次に、４００℃１時間のＩＲスペクトルでは、メチル基由来のピーク（Ｓｉ−ＣＨ３伸縮）が観測されたのに対し、４５０℃１時間のＩＲスペクトルでは、当該ピークが消失しているのが判る（Ａ２）。これはシリコーン樹脂中に存在する、下記式（１）のＤ単位のＳｉに結合しているメチル基が熱分解により消失したことを示している。
【００４０】
【化１】
0006477528.tif 000004
【００４１】
そして、４５０℃のスペクトルと６００℃のスペクトルとを比較すると、２つ目のメチル基由来のピーク（Ｓｉ−Ｃ伸縮）が消失しているのが判る（Ａ３）。これは、シリコーン樹脂中に存在するＤ単位のＳｉに結合している２つ目のメチル基が熱分解により消失するとともに架橋反応が進行しネットワーク構造の形成が進行していることを示している。
【００４２】
さらに、６００℃のスペクトルと８００℃のスペクトルとを比較すると、シロキサン結合由来のピーク（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ伸縮）が高波数側にシフトし、それに伴って新たなピークが出現していることが判る（Ａ４）。これは、被熱推定層１１中に含有される中空粒子１２のガラスバルーンが壊れる等の構造変化が起こり、ガラスバルーンとシリコーン樹脂との間で新たなシロキサン結合が形成されているものと考えられる。
【００４３】
＜構造変化マップの作成＞
次に、上記得られたＩＲスペクトルの熱処理温度（温度）及び熱処理時間（時間）に対する変化から、構造変化マップ（構造変化情報）を得る（Ｓ３）。
【００４４】
具体的には、所定の熱処理温度に対して、表２のＡ１〜Ａ４の構造変化に要する熱処理時間を、ＩＲスペクトルの経時測定から判定した。結果を図５に示す。
【００４５】
例えば、図５に示すように、熱処理温度４００℃では、構造変化Ａ１、Ａ２、及びＡ３に要する熱処理時間は、各々１時間、１０時間、及び７０時間であった。また、構造変化Ａ４は、７０時間以内には起こらなかった。
【００４６】
同様に、３５０℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、７００℃、７５０℃及び８００℃について、測定を行い熱処理温度に対する熱処理時間を図５にプロットした。そして、各構造変化Ａ１〜Ａ４に対応するポイントについて、各種破線で示すようにフィッティングを行った。このようにして、被熱推定層１１の熱処理温度及び熱処理時間に対するＩＲスペクトルの変化から、構造変化マップを作成した。
【００４７】
図５を用いると、熱履歴として所定の熱処理温度・時間の熱処理が施された場合に、被熱推定層１１にどのような構造変化が起こっているかを推定することができる。また、熱履歴の時間情報、具体的には例えば、所定のエンジン運転条件において被熱推定層１１が受ける熱処理時間（以下、「被熱時間」という。）が判れば、そのエンジン燃焼室のピストン頂面に形成された被熱推定層１１のＩＲスペクトルを測定することにより、当該被熱推定層１１がエンジン運転中に受けた熱履歴の温度情報（以下、「被熱温度」という。）を推定することができる。
【００４８】
＜被熱時間について＞
次に、エンジンを運転させ、被熱推定層１１に熱履歴を加える（図１、Ｓ４）。
【００４９】
このとき、被熱時間は、エンジンの運転条件から算出される（図１、Ｓ５）。具体的には、例えば実機評価時間の４分の１（圧縮・爆発相当）をピストン頂面に形成された被熱推定層１１が受けた被熱時間と仮定する。そして、ノッキングが起こらないような運転条件ＫＩ＝０での被熱時間を５０時間、ノッキングが起こるような運転条件ＫＩ＝４での被熱時間を１時間とする。
【００５０】
＜最低構造変化温度について＞
次に、上記被熱時間と、図５の構造変化マップとに基づいて、被熱推定層１１の構造変化が起こる最低温度情報としての最低構造変化温度を算出する（図１、Ｓ６）。
【００５１】
図５から、条件ＫＩ＝０及び条件ＫＩ＝４における、被熱推定層１１の表面で構造変化Ａ１〜Ａ４が起こる最低構造変化温度は、表３のようになると考えられる。
【００５２】
【表３】
0006477528.tif 000005
【００５３】
表３に示すように、ノッキングが起こらない運転条件ＫＩ＝０では、構造変化Ａ１及びＡ２が起こる最低構造変化温度は約３５０℃、構造変化Ａ３が起こる最低構造変化温度は約４００℃、構造変化Ａ４が起こる最低構造変化温度は約６００℃と推定される。
【００５４】
一方、ノッキングが起こる運転条件ＫＩ＝４では、構造変化Ａ１が起こる最低構造変化温度は約４００℃、構造変化Ａ２及びＡ３が起こる最低構造変化温度は約５００℃、構造変化Ａ４が起こる最低構造変化温度は約７５０℃と推定される。
【００５５】
＜最低被熱温度分布について＞
図６及び図７は、各々運転条件ＫＩ＝０及びＫＩ＝４の実機評価試験後のピストン頂面の光学顕微鏡像である。これら図６及び図７中の符号Ａで示された位置（所定位置）の被熱推定層１１において、ＩＲスペクトルを測定し（図１、Ｓ７）、そのＩＲ結果と上記表３の最低構造変化温度から、被熱温度を推定する（図１、Ｓ８）。具体的には、表面からの深さ４０μｍまで（０〜４０μｍ）の位置（深さ方向に異なる二以上の位置）における最低温度としての最低被熱温度をＩＲスペクトルの測定結果から推定した。結果を図８に示す。なお、ここでは、最低被熱温度３５０℃以上で、熱履歴を受けたものと仮定し、最低被熱温度１８０℃は熱履歴を受けていない初期状態と考える。
【００５６】
図８に示すように、ノッキングが起こらない運転条件ＫＩ＝０では、被熱推定層１１の表面（０μｍ）では、Ａ３の構造変化が起こっており、最低被熱温度４００℃と推定される。そして、表層約２０μｍの深さまで、熱履歴を受けたと考えられる。
【００５７】
一方、ノッキングが起こる運転条件ＫＩ＝４では、被熱推定層１１の表面（０μｍ）では、構造変化Ａ４が起こっており、最低被熱温度は７５０℃であったと推定される。そして、表層約３０μｍ〜３５μｍの深さまで、熱履歴を受けたと考えられる。
【００５８】
従って、エンジン燃焼室の内壁に断熱層が形成されている場合、ノッキングが起こる運転条件ＫＩ＝４では、ノッキングが起こらない運転条件ＫＩ＝０に比べて、断熱層の表面温度は上昇し、熱劣化も断熱層のより内部まで進行することが考えられる。
【００５９】
以上述べたように、本実施形態に係る熱履歴推定方法によれば、エンジン燃焼室の内壁に形成された被熱推定層の構造変化をＩＲスペクトルを用いて明らかにすることにより、エンジン運転中にその運転条件に応じて燃焼室の内壁が受けた熱履歴の温度情報を、精度よく推定することができる。また、位置Ａを変更することにより、深さ方向も含めて三次元的に、被熱推定層全体に亘る被熱温度の分布を推定することができる。そうして、燃焼室内壁に設けられた断熱層等の熱劣化の原因等の解明に寄与することができる。
【００６０】
本実施形態に係る熱履歴推定方法は、エンジンなどの内燃機関の燃焼室を形成する部品だけでなく、例えばＥＧＲクーラー、触媒などの排気経路全般等の、高温の温度条件に曝される領域、空間等、特に微小空間で圧力変動が大きく、凹凸面を持つ閉空間等を構成する基材にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、基材表面に形成された被熱推定層の所定位置における詳細な熱履歴を把握することができ、基材表面に形成される断熱層等の熱劣化の原因となる詳細な温度情報を精度よく得ることができるので、極めて有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１    ピストン（基材）
１１    被熱推定層
１２    中空粒子
１３    バインダ
１６    アルミ合金製基板
１７    被熱推定材料
【図１】
0006477528.tif 000006
【図２】
0006477528.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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