CN105986921A - 用于内燃机的活塞、包括其的内燃机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机的活塞、包括其的内燃机及其制造方法。所述活塞包括：设置在所述活塞的环岸部的上表面上的隔热膜，所述隔热膜具有比活塞基材低的热传导率且具有比所述活塞基材低的单位体积热容量；和设置在所述环岸部的侧表面上的第一保热膜，所述第一保热膜具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量。

Description

用于内燃机的活塞、包括其的内燃机及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机(内燃发动机)的活塞、包括这种活塞的内燃机和这种活塞的制造方法。

背景技术

例如，日本专利申请公报No.2009-243355中公开了一种用于内燃机的常规活塞，其中在环岸部的上表面上形成有具有比活塞基材(母材)低的热传导率且具有比活塞基材低的单位体积热容量的隔热膜。具有这种热特性的隔热膜允许环岸部的上表面的温度追循内燃机的气缸内的工作介质的温度。亦即，在内燃机的燃烧行程期间，环岸部的上表面的温度会上升，而在进气行程期间，上表面的温度会下降。因此，可以通过降低燃烧行程期间的冷却损失来提高燃料效率，并抑制由于在进气行程期间工作介质的加热而引起的爆震或异常燃烧的发生。

日本专利申请公报No.11-280545中公开了另一种用于内燃机的活塞，其中在环岸部的侧表面上设置有具有比活塞基材(具体地，铝合金)低的热扩散率的铁系金属材料。设置具有这样的热特性的金属材料会使金属材料周围的温度上升。因此，可以通过促进附着于金属材料的表面上或其周围的液体燃料的蒸发和气化来提高内燃机的燃烧效率。

发明内容

在环岸部的上表面上形成具有如JP 2009-243355 A中公开的热特性的隔热膜的缺点在于，随着上表面的温度在燃烧行程期间上升，工作介质的粘度上升，使得工作介质的流动性下降并且易于发生燃烧恶化。一旦发生燃烧恶化，在通常状况下在燃烧行程期间遍布气缸的内部传播的火焰无法到达环岸部的侧表面。于是，环岸部的侧表面周围存在的无法在燃烧行程期间燃烧的工作介质残留在侧表面周围。此外，随着新工作介质在燃烧行程之后的进气行程期间流入气缸内，残留在环岸部的侧表面周围的工作介质被冷却，使得工作介质内的燃料凝结并附着于侧表面。

关于此问题，在JP 2009-243355 A的环岸部的侧表面上设置JP11-280545 A的金属材料可以允许金属材料周围的温度容易地上升。然而，JP 11-280545 A指出了金属材料的热扩散率但未提及金属材料的单位体积热容量。因此，当在JP 2009-243355 A的环岸部的侧表面上设置JP11-280545 A的金属材料时，即使金属材料的表面的温度会由于金属材料的低热扩散率而在燃烧行程和排气行程期间上升，表面的温度在接下来的进气行程期间也可能下降。因此，如果工作介质由于如上所述的燃烧恶化而转入进气行程，则在进气行程期间工作介质内的燃料凝结并附着于金属材料的表面。

此外，JP 11-280545 A的金属材料设置在环岸部的侧表面的从环岸部的上表面到第二环岸中间的部分上。换言之，该金属材料不仅设置在顶部环岸的侧表面上，而且设置在第二环岸的侧表面上。因此，妨碍了从环岸部的上表面经由装配在位于顶部环岸和第二环岸之间的沟槽中的活塞环(即，顶部环)向气缸的内壁面的热传递。结果，在进气行程期间热会从隔热膜转移到新流入气缸内的工作介质，并且工作介质被加热。因此，尽管在环岸部的上表面上形成了隔热膜，也发生爆震或异常燃烧。

为了解决上述问题中的至少一个问题而谋划了本发明。亦即，本发明的一个目的是在用于内燃机的活塞中抑制燃料附着于环岸部的侧表面并抑制工作介质在进气行程期间的加热，在所述活塞中，在环岸部的上表面上形成有具有比活塞基材低的热传导率且具有比活塞基材低的单位体积热容量的隔热膜。

本发明的第一方面是一种用于内燃机的活塞，所述活塞包括：设置在所述活塞的环岸部的上表面上的隔热膜，所述隔热膜具有比活塞基材低的热传导率且具有比所述活塞基材低的单位体积热容量；和设置在所述环岸部的侧表面上的第一保热(热保持)膜，所述第一保热膜具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量。

本发明的第二方面是根据第一方面的活塞，其中：所述第一保热膜设置在顶部环岸的侧表面的一部分上；所述顶部环岸是所述环岸部的比装配顶部环的沟槽更靠上侧的部位；并且所述顶部环岸的位于所述环岸部的上表面侧的侧表面具有比所述顶部环岸的位于所述环岸部的下表面侧的侧表面高的保温(保热)效果。

本发明的第三方面是根据第一方面或第二方面的活塞，其中：所述第一保热膜设置在顶部环岸的侧表面上；所述顶部环岸是所述环岸部的比装配顶部环的沟槽更靠上侧的部位；并且所述活塞基材在所述环岸部的侧表面的比所述沟槽更靠下侧的部位露出。

本发明的第四方面是一种包括根据第一方面至第三方面中的任一方面的活塞的内燃机，其中：在收纳所述活塞的气缸的内壁面上设置有第二保热膜；所述第二保热膜设置在当所述活塞位于下止点时使所述第二保热膜与所述环岸部的侧表面对向的位置；并且所述第二保热膜具有比所述活塞基材低且比所述隔热膜高的单位体积热容量。

本发明的第五方面是一种用于内燃机的活塞的制造方法，所述活塞包括：设置在所述活塞的环岸部的上表面上的隔热膜，所述隔热膜具有比活塞基材低的热传导率且具有比所述活塞基材低的单位体积热容量；和设置在所述环岸部的侧表面上的第一保热膜，所述第一保热膜具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量，所述制造方法包括：通过对所述活塞基材进行阳极氧化处理而在所述环岸部的上表面上形成所述隔热膜；以及在形成所述隔热膜之后，通过用绝缘材料形成膜而在所述环岸部的侧表面上形成所述第一保热膜，所述绝缘材料具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量。

根据第一方面，具有比活塞基材低的热传导率且具有比隔热膜高的单位体积热容量的保热膜形成在环岸部的侧表面上，使得可以使该侧表面在内燃机的一个循环期间的平均温度上升并抑制环岸部的侧表面的温度在进气行程期间下降。因此，即使在特定循环中环岸部的侧表面周围存在的工作介质在燃烧行程期间残留而不燃烧并转入进气行程，该工作介质也会在进气行程之后的燃烧行程期间燃烧。因此，能抑制燃料附着于环岸部的侧表面。

来看环岸部的侧表面的情况，该侧表面的温度随着离环岸部的上表面的距离增大而下降。因此，如果环岸部的侧表面周围存在的工作介质在燃烧行程期间残留而未燃烧并转入进气行程，则残留的工作介质内的燃料在更靠近环岸部的下表面的区域中凝结的可能性高。在这方面，根据第二方面，顶部环岸的侧表面的保热效果在环岸部的下表面侧比在上表面侧高，从而在更靠近下表面的区域中可以很好地抑制残留的工作介质内的燃料的凝结。

根据第三方面，活塞基材可以在比装配顶部环的沟槽更靠下侧处露出，使得可以增加从环岸部的上表面经由环岸部的内部和顶部环向气缸的内壁面的传热量。因此，能抑制工作介质在进气行程期间的加热。

基本上，气缸的内壁面的温度随着离曲轴箱的距离越近而下降。因此，可以认为形成在环岸部的侧表面上的保热膜的温度在离曲轴箱的距离最近的下止点处最低。在这方面，根据第四方面，具有比活塞基材低且比隔热膜高的单位体积热容量的保热膜形成在气缸的当活塞位于下止点时与环岸部的侧表面对向的内壁面上，使得在形成在该侧表面上的保热膜的温度最低的位置处，该侧表面周围存在的工作介质可以由形成在内壁面上的保热膜加温。因此，能抑制燃料附着于环岸部的侧表面。

如果在形成绝缘材料的膜之后通过阳极氧化处理来形成隔热膜，则阳极氧化反应被抑制并且要形成的隔热膜的结构和膜厚度会变化。在这方面，根据第五方面，可以通过在利用阳极氧化处理形成隔热膜之后用绝缘材料形成膜来形成保热膜，从而能很好地形成隔热膜。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是根据本发明的实施方式的活塞的透视图；

图2是图1的活塞在该活塞收纳在火花点火式内燃机的气缸内时的示意性剖视图；

图3是示出在内燃机的一个循环期间气缸内的工作介质的温度和环岸部的上表面的温度的变化的视图；

图4是示出陶瓷膜在内燃机的一个循环期间的平均温度、该陶瓷膜的单位体积热容量和未燃HC降低效果之间的关系的视图；

图5是示出从环岸部的上表面到活塞的侧表面的传热量的视图；

图6是示出从环岸部的上表面到活塞的侧表面的传热量的视图；

图7是示出根据本发明的实施方式的活塞的修改例的视图；

图8是示出根据本发明的实施方式的活塞的修改例的视图；

图9是示出根据本发明的实施方式的活塞的修改例的视图；

图10是其上形成有多孔防蚀铝膜、陶瓷膜和硬质防蚀铝膜的活塞在该活塞收纳在压缩点火式内燃机的气缸内时的示意性剖视图；

图11是根据本发明的实施方式的内燃机的示意性剖视图；以及

图12是示出根据本发明的实施方式的活塞的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将基于附图说明本发明的实施方式。各图之间相同的构件将被赋予相同的附图标记并且将省略其重复说明。本发明不受以下实施方式限制。

[用于内燃机的活塞]首先，将参照图1说明本发明的活塞的实施方式。图1是根据本发明的实施方式的活塞10的透视图。与用于内燃机的普通活塞一样，活塞10是通过铸造作为活塞基材的铝合金而形成的。如图1所示，活塞10包括圆筒状的裙部12、在裙部12的上端部形成的预定厚度的环岸部14和支承活塞销(未示出)的销凸部16，裙部12的侧表面与气缸(未示出)的内壁面相接触。在环岸部14的侧表面中形成有沟槽18、20、22，三个活塞环(未示出)分别装配在所述沟槽中。在环岸部14的上表面(下文还可称为“活塞顶面”)上，形成有用于避免干涉进气门和排气门(均未示出)的新月形的气门凹部24、26、28、30。

图2是图1的活塞10在活塞10收纳在火花点火式内燃机的气缸内时的与图1的截面2A-2A相对应的示意性剖视图。在图2中，活塞10位于上止点处。如图2所示，在活塞顶面上形成有多孔防蚀铝膜32。在环岸部14的从沟槽18到活塞顶面的侧表面上，即，在顶部环岸的侧表面上，形成有陶瓷膜34。在沟槽18、20、22的表面上形成有硬质防蚀铝膜36。另一方面，活塞基材在环岸部14的侧表面的从沟槽18到环岸部14的下表面(未示出)的部位露出。例如，活塞基材在环岸部14的位于沟槽18和沟槽20之间的侧表面(即，第二环岸的侧表面)以及环岸部14的位于沟槽20和沟槽22之间的侧表面(即，第三环岸的侧表面)露出。

多孔防蚀铝膜32和硬质防蚀铝膜36两者都是通过对活塞基材(即，铝合金)进行阳极氧化处理而形成的。然而，多孔防蚀铝膜32和硬质防蚀铝膜36在防蚀铝的特性和膜厚度(膜厚度是在与气缸的轴向垂直的方向上的厚度；下同)方面彼此不同。具体地，多孔防蚀铝膜32具有比活塞基材低的热传导率且具有比活塞基材低的单位体积热容量。多孔防蚀铝膜32的膜厚度为100至500μm。由于优良的摇摆特性(膜形成表面的温度相对于气缸内的工作介质的温度的变化的追循性；下同)，多孔防蚀铝膜32能实现各种效果(后文将说明细节)。

多孔防蚀铝膜32可具有包含绝热颗粒(例如，二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化锆(ZrO₂)或二氧化钛(TiO₂)的颗粒)的膜构成。对于多孔防蚀铝膜的构成和热特性(即，热传导率和单位体积热容量)，例如可以参照日本专利申请公报No.2010-249008和日本专利申请公报No.2013-14830。

与多孔防蚀铝膜32一样，硬质防蚀铝膜36也具有比活塞基材低的热传导率且具有比活塞基材低的单位体积热容量。然而，硬质防蚀铝膜36厚数微米且具有低孔隙率，并且与多孔防蚀铝膜32相比，硬质防蚀铝膜36具有高得多的热传导率和单位体积热容量。因此，硬质防蚀铝膜36几乎不具有摆动特性，而是在膜硬度和耐磨性方面优良。硬质防蚀铝膜36可以防止由于沟槽18、20、22与活塞环之间的接触而引起的摩擦。

陶瓷膜34是通过陶瓷如二氧化锆(ZrO₂)、二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化钇(Y₂O₃)或二氧化钛(TiO₂)或者复合陶瓷如金属陶瓷(TiC·TiN)、多铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂)、堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)或块滑石(MgO·SiO₂)(以下简称为“基于陶瓷的材料”)的热喷涂或冷喷涂而形成的。陶瓷膜34具有比活塞基材低的热传导率且具有比多孔防蚀铝膜32高的单位体积热容量。陶瓷膜34的膜厚度为50至3000μm。

例如，多孔防蚀铝膜32的热传导率λ₃₂为λ₃₂≤0.5W/m·K，且多孔防蚀铝膜32的单位体积热容量C₃₂为C₃₂≤1500×10³J/m³·K。陶瓷膜34的热传导率λ₃₄为λ₃₄<0.5至30W/m·K，且陶瓷膜34的单位体积热容量C₃₄为C₃₄>1500×10³J/m³·K。铝合金的热传导率λ_Al为λ_Al＝96.2W/m·K，且热容量C_Al为C_Al＝2639×10³J/m³·K。

多孔防蚀铝膜32和陶瓷膜34在膜的密度和表面粗糙度Ra(表面粗糙度是根据JISB601(2001)测定的算术平均粗糙度；下同)方面彼此不同。具体地，多孔防蚀铝膜32具有比陶瓷膜34低的密度。多孔防蚀铝膜32的密度低是因为在阳极氧化处理的过程中形成的小孔增大了多孔防蚀铝膜32的孔隙率。多孔防蚀铝膜32的表面粗糙度Ra高于陶瓷膜34的表面粗糙度Ra。多孔防蚀铝膜32的表面粗糙度Ra高是因为活塞基材中的添加剂妨碍了防蚀铝的形成并由此使膜表面的高度不规则。例如，多孔防蚀铝膜32的表面粗糙度Ra₃₂为1.0μm≤Ra₃₂≤3.0μm，而陶瓷膜34的表面粗糙度Ra₃₄为Ra₃₄≤1.0μm。

[活塞的效果]在其上形成有多孔防蚀铝膜32和陶瓷膜34的活塞10能实现以下效果。首先，将参照图3说明多孔防蚀铝膜32的效果。图3是示出在内燃机的一个循环期间气缸内的工作介质的温度和环岸部的上表面的温度的变化的视图。在图3中，“常规壁温”表示当环岸部的上表面上形成有普通陶瓷膜时该上表面的温度。“实施方式中的壁温”表示当环岸部的上表面上形成有多孔防蚀铝膜(即，多孔防蚀铝膜32)时该上表面的温度。“基部(Al)壁温”表示当活塞基材在环岸部的上表面中露出时该上表面的温度。

如图3所示，当形成有普通陶瓷膜时(常规壁温)，环岸部的上表面处的隔热性能相比于活塞基材露出时(基部(A1)壁温)会提高，从而能降低燃烧行程期间的冷却损失。然而，环岸部的上表面的温度在进气行程期间同样高。因此，在进气行程期间，热从环岸部的上表面朝工作介质转移。因此，工作介质被加热，并且易于发生爆震或异常燃烧。

相比而言，当形成有防蚀铝膜时(实施方式中的壁温)，在进气行程期间环岸部的上表面的温度能借助于摆动特性而降低，并且能抑制工作介质在进气行程期间的加热(参照向下的箭头)。因此，能抑制爆震或异常燃烧的发生。此外，这些摆动特性能允许环岸部的上表面的温度在燃烧行程期间大幅上升(参照向上的箭头)。因此，与形成有普通陶瓷膜时相比，能通过大幅降低燃烧行程期间的冷却损失来提高燃料效率。

接下来将说明陶瓷膜34的效果。由于陶瓷膜34的密度高于多孔防蚀铝膜32的密度，所以与在顶部环岸的侧表面上形成有与多孔防蚀铝膜32相似的多孔防蚀铝膜时相比能抑制活塞10的向上和向下运动期间的膜破损。此外，由于陶瓷膜34的表面粗糙度Ra低于多孔防蚀铝膜32的表面粗糙度Ra，所以与在顶部环岸的侧表面上形成有与多孔防蚀铝膜32相似的多孔防蚀铝膜时相比也能减小活塞10与气缸之间发生的摩擦。

由于陶瓷膜34具有比活塞基材低的热传导率且具有比多孔防蚀铝膜32高的单位体积热容量，所以在内燃机的一个循环期间膜的平均温度能上升。图4是示出陶瓷膜在内燃机的一个循环期间的平均温度、陶瓷膜的单位体积热容量和未燃HC降低效果之间的关系的视图。与陶瓷膜34的热传导率一样，图4中的陶瓷膜的热传导率比活塞基材的热传导率低。如图4所示，如果陶瓷膜的单位体积热容量提高，则陶瓷膜在一个循环期间的平均温度会升高。这是因为具有比活塞基材低的热传导率的陶瓷膜的保温效果随着陶瓷膜的单位体积热容量提高而提高。

如果陶瓷膜在一个循环期间的平均温度能升高，则能预期以下效果。亦即，当多孔防蚀铝膜32形成在环岸部的上表面上时，上表面的温度在燃烧行程期间会上升(参照图3)。然而，缺点在于，工作介质的粘度随着上表面的温度上升而上升，使得工作介质的流动性下降并易于发生燃烧恶化。如上所述，一旦发生燃烧恶化，顶部环岸的侧表面周围存在的在燃烧行程期间无法燃烧的工作介质便残留在侧表面周围。此外，残留在顶部环岸的侧表面周围的工作介质被冷却，使得工作介质内的燃料凝结并附着于该侧表面。

在这方面，如果陶瓷膜在一个循环期间的平均温度能升高，则即使在特定循环内陶瓷膜周围存在的工作介质在燃烧行程期间残留而未燃烧并转入进气行程，该工作介质也会在此后的燃烧行程中燃烧。因此，能抑制燃料附着于顶部环岸的侧表面。换言之，能提高未燃HC降低效果(参照图4)。

这里，结合陶瓷膜34的效果，将参照图5和图6说明为何陶瓷膜34仅形成在顶部环岸的侧表面上的原因。图5和图6是示出从环岸部的上表面到活塞的侧表面的传热量的视图。鉴于上述未燃HC降低效果，不仅在顶部环岸的侧表面上而且在第二环岸和第三环岸的侧表面上形成陶瓷膜34是可设想的选择。然而，对利用图3说明的在进气行程期间环岸部的上表面的温度下降的主要贡献因素是在从前一个排气行程的后半段到进气行程的前半段的期间从活塞的侧表面到气缸的内壁面的传热。因此，如果在第二环岸和第三环岸的侧表面上形成与陶瓷膜34相似的陶瓷膜，则从侧表面到内壁面的传热量减少(参照图5中的箭头)。于是，在进气行程的中段之后在活塞的顶面上残留的热对被吸入到气缸内的工作介质加温，从而发生爆震或异常燃烧。

在这方面，可以通过在顶部环岸的侧表面上形成陶瓷膜34而不在第二环岸和第三环岸的侧表面上形成陶瓷膜34以便露出活塞基材来增加从活塞的侧表面经由装配在沟槽18、20、22中的活塞环到气缸的内壁面的传热量(参照图6中箭头)。因此，能抑制工作介质在进气行程期间的加热。因此，可以通过在顶部环岸的侧表面上形成陶瓷膜34并在第二环岸和第三环岸的侧表面中露出活塞基材来在提高未燃HC降低效果的同时抑制工作介质在进气行程期间的加热。

在上述实施方式中，多孔防蚀铝膜32和陶瓷膜34分别对应于第一方面的“隔热膜”和“第一保热膜”。如果多孔防蚀铝膜32包含多孔颗粒，则包含多孔颗粒的多孔防蚀铝膜32对应于第一方面的“隔热膜”。毋容置疑，第一方面的“隔热膜”不限于实施方式中记载的方面。例如，可使用二氧化锆(ZrO₂)、二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化钇(Y₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)等作为构成隔热膜的材料。隔热膜可通过包括热喷涂在内的各种手段来形成。

[活塞的修改例]在上述实施方式中，具有恒定膜厚度的陶瓷膜34形成在顶部环岸的整个侧表面上。然而，陶瓷膜34的膜厚度可分阶段或连续地变化，且陶瓷膜34可形成在顶部环岸的侧表面的一部分上。图7至图9是示出根据本发明的实施方式的活塞的修改例的视图。与图2一样，图7至图9是火花点火式内燃机的气缸的示意性剖视图。

在图7的示例中，陶瓷膜34的膜厚度分两个阶段变化。具体地，位于活塞顶面侧的陶瓷膜34b的膜厚度小于位于沟槽18侧的陶瓷膜34a的膜厚度(50至3000μm)。在图8的示例中，位于沟槽18侧的膜厚度最大(50至3000μm)，且膜厚度从沟槽18朝活塞顶面减小。在图9的示例中，尽管陶瓷膜34的膜厚度是恒定的(50至3000μm)，但陶瓷膜34从顶部环岸的中间到沟槽18形成，而活塞基材从顶部环岸的中间到活塞顶面露出。

来看顶部环岸的侧表面的情况，该侧表面的温度随着离活塞顶面的距离增大而降低。因此，如果顶部环岸的侧表面周围存在的工作介质在燃烧行程期间残留而未燃烧并转入进气行程，则残留的工作介质内的燃料在更靠近侧表面的区域中凝结的可能性高。在这方面，如图7至图9所示，在顶部环岸的侧表面的更靠近沟槽18的区域中形成陶瓷膜34能提高该区域中的保热效果。因此，能很好地抑制残留的工作介质内的燃料的凝结。

在上述实施方式的说明中，活塞10应用于火花点火式内燃机。然而，其上形成有三种膜(即，多孔防蚀铝膜32、陶瓷膜34和硬质防蚀铝膜36；下同)的活塞也可应用于压缩点火式内燃机。图10是其上形成有三种膜的活塞收纳在压缩点火式内燃机的气缸内时该活塞的示意性剖视图。在图10中，活塞40位于上止点处。图10所示的活塞40与活塞10彼此的不同之处在于，在活塞40中在环岸部14的上表面的中央形成有一空腔42，但基本上这两个活塞在其它方面彼此相同。因此，活塞40能实现与活塞10相同的效果。

[内燃机]接下来将参照图11说明本发明的内燃机的实施方式。根据本实施方式的内燃机对应于其中结合有上述活塞10的火花点火式内燃机。因此，将省略对活塞10和三种膜的说明。

图11是根据本发明的实施方式的内燃机50的示意性剖视图。在图11中，活塞10位于下止点处。如图11所示，在内燃机50的气缸52的内壁面上形成有陶瓷膜54。活塞基材在该内壁面的除陶瓷膜54的形成区域以外的区域中露出。

陶瓷膜54的热特性等与陶瓷膜34基本上相同。亦即，陶瓷膜54是通过基于陶瓷的材料的热喷涂或冷喷涂而形成的。陶瓷膜54具有比活塞基材低的热传导率且具有比多孔防蚀铝膜32高的单位体积热容量。陶瓷膜54的膜厚度为50至3000μm。陶瓷膜54的膜宽度(在与气缸的轴向平行的方向上的膜厚度；下同)与陶瓷膜34的膜宽度相同。

如图11所示，陶瓷膜54形成在这样的位置处，即，当活塞10位于下止点处时，陶瓷膜54与顶部环岸的侧表面(即，形成有陶瓷膜34的表面)对向。基本上，气缸52的内壁面的温度随着离曲轴箱的距离越近而下降。因此，可以认为陶瓷膜34的温度在离曲轴箱的距离最近的下止点处最低。在这方面，如果如图11所示形成了陶瓷膜54，则在陶瓷膜34的温度最低的位置处，顶部环岸的侧表面周围存在的工作介质能由形成在气缸52的内壁面上的陶瓷膜54加温。因此，能抑制燃料附着于顶部环岸的侧表面。

在上述实施方式中，陶瓷膜54对应于第四方面的“第二保热膜”。

[活塞的制造方法]接下来将参照图12说明根据本发明的实施方式的活塞的制造方法。根据本实施方式的制造方法对应于用于制造上述活塞10的方法。

图12是示出根据本发明的实施方式的活塞的制造方法的流程图。如图12所示，在本实施方式中，首先，通过阳极氧化处理而在沟槽18、20、22的表面上形成硬质防蚀铝膜(步骤S1)。在此步骤S1中，具体地，在活塞的环岸部的形成有沟槽18、20、22、气门凹部24、26、28、30等的表面中，对不需要形成硬质防蚀铝膜的区域进行掩蔽。随后，将该活塞安装在包括电解槽、阴极和电源的电解装置中。然后，设定适于形成硬质防蚀铝膜的电解条件(即，电解液的温度、电流密度和电解时间；下同)，并在用作阳极的活塞和阴极之间通电。作为此步骤S1的结果，形成了硬质防蚀铝膜36。

在步骤S1之后，通过氧化氧化处理而在环岸部的上表面上形成多孔防蚀铝膜(步骤S2)。此步骤S2与步骤S1基本上相同。亦即，在步骤S2中，掩蔽环岸部的表面的不需要形成多孔防蚀铝膜的区域。随后，以反转状态将该活塞安装在电解装置中并执行电解。具体地，设定适于形成多孔防蚀铝膜的电解条件，并在用作阳极的活塞和阴极之间通电。因此，形成了多孔防蚀铝膜。在膜形成之后，按需对所形成的膜的表面进行抛光。在连同多孔防蚀铝一起使用上述绝热颗粒的情况下，在形成多孔防蚀铝膜之后，向多孔防蚀铝表面涂布包含这些绝热颗粒的溶液(例如，聚硅氮烷溶液或聚硅氧烷溶液)。作为此步骤S2的结果，形成了多孔防蚀铝膜32。

在步骤S2之后，在顶部环岸的侧表面上形成基于陶瓷的材料的膜(步骤S3)。在此步骤S3中，首先，以基于陶瓷的材料的膜厚度切削顶部环岸的侧表面。此切削的目的是防止顶部环岸的侧表面和气缸的内壁面之间的间隙由于形成基于陶瓷的材料的膜而缩小。随后，对切削面进行喷丸处理。此喷丸处理的目的是有意地增大切削面的表面粗糙度并由此借助于锚固作用来改善要形成在该切削面上的陶瓷膜在活塞基材上的附着。随后，对喷丸处理面进行基于陶瓷的材料的热喷涂或冷喷涂。因此，形成了基于陶瓷的材料的膜。在膜形成之后，按需对所形成的膜的表面进行抛光。作为此步骤S3的结果，形成了陶瓷膜34。

由于基于陶瓷的材料基本上呈现绝缘性，所以如果步骤S1或步骤S2在步骤S3之后执行，则会阻碍阳极氧化反应。在这方面，根据本实施方式，步骤S1和步骤S2在步骤S3之前执行，从而能抑制三种膜的结构和膜厚度的变化。

在上述实施方式中，步骤S2和步骤S3分别对应于本发明的第五方面的“隔热膜”形成步骤和“保热膜”形成步骤。

[制造方法的修改例]在上述实施方式中，步骤S2在步骤S1之后执行。然而，步骤S2也可在步骤S1之前执行。在上述实施方式中，在步骤S3中通过热喷涂或冷喷涂来形成基于陶瓷的材料的膜。然而，也可单独地由基于陶瓷的材料制造环形的成型体并将该成型体压配合到顶部环岸的侧表面上。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的活塞，所述活塞的特征在于包括：

设置在所述活塞的环岸部的上表面上的隔热膜，所述隔热膜具有比活塞基材低的热传导率且具有比所述活塞基材低的单位体积热容量；和

设置在所述环岸部的侧表面上的第一保热膜，所述第一保热膜具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于

所述第一保热膜设置在顶部环岸的侧表面的一部分上，

所述顶部环岸是所述环岸部的比装配顶部环的沟槽更靠上侧的部位，并且

所述顶部环岸的位于所述环岸部的上表面侧的侧表面具有比所述顶部环岸的位于所述环岸部的下表面侧的侧表面高的保温效果。

3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于

所述第一保热膜设置在顶部环岸的侧表面上，

所述顶部环岸是所述环岸部的比装配顶部环的沟槽更靠上侧的部位，并且

所述活塞基材在所述环岸部的侧表面的比所述沟槽更靠下侧的部位露出。

4.一种内燃机，包括根据权利要求1至3中任一项所述的活塞，其特征在于

在收纳所述活塞的气缸的内壁面上设置有第二保热膜，

所述第二保热膜设置在当所述活塞位于下止点时使所述第二保热膜与所述环岸部的侧表面对向的位置，并且

所述第二保热膜具有比所述活塞基材低且比所述隔热膜高的单位体积热容量。

5.一种根据权利要求1至3中任一项所述的活塞的制造方法，其特征在于包括：

通过对所述活塞基材进行阳极氧化处理而在所述环岸部的上表面上形成所述隔热膜；以及

在形成所述隔热膜之后，通过用绝缘材料形成膜而在所述环岸部的侧表面上形成所述第一保热膜，所述绝缘材料具有比所述活塞基材低的热传导率且具有比所述隔热膜高的单位体积热容量。