特許 5987450 エンジンの燃焼室構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5987450

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】エンジンの燃焼室構造

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/00 20060101AFI20160825BHJP

   F02F 1/00 20060101ALI20160825BHJP

   F02F 3/10 20060101ALI20160825BHJP

   F02F 3/14 20060101ALI20160825BHJP

   C23C 8/16 20060101ALI20160825BHJP

   C23C 8/02 20060101ALI20160825BHJP

   F02B 23/06 20060101ALI20160825BHJP

【ＦＩ】

   F02B23/00 D

   F02F1/00 G

   F02F3/10 B

   F02F3/14

   C23C8/16

   C23C8/02

   F02B23/06 H

【請求項の数】2

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2012-100196(P2012-100196)

(22)【出願日】2012年4月25日

(65)【公開番号】特開2013-227911(P2013-227911A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2015年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】飯島 章

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５９−０８４２４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０７２７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２９２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２２４１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５８９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ２３／００

Ｆ０２Ｆ １／００−３／００

Ｃ２３Ｃ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダボアとシリンダヘッド下面とピストン頂部とで区画される燃焼室を備え、前記燃焼室の壁面の少なくとも一部がアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるエンジンの燃焼室構造であって、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されたピストンの頂部に凹設したキャビティのリップ部の全周に、そのリップ部の表面積を増加させるために設けられた多数のディンプルと、前記多数のディンプルが設けられた前記リップ部の全周に、厚さ０．１μｍ〜１０μｍで形成された糸状結晶構造のベーマイト皮膜と、前記ベーマイト皮膜の表面に設けられ、前記ベーマイト皮膜の表面に断熱塗料又は遮熱塗料を塗布することにより形成される遮熱膜とを備えることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。

【請求項2】

前記キャビティのリップ部の全周に形成された前記多数のディンプルは、最大深さ４μｍ、最大直径４０μｍに形成されている請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダボアとシリンダヘッド下面とピストン頂部とで区画される燃焼室を有するエンジンの燃焼室構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンの燃焼室は、一般的に、シリンダボアとシリンダヘッドの下面とピストンの頂部とで区画される。ピストンの頂部にキャビティが凹設されており、ピストンの上方に配置された燃料噴射弁からキャビティ内に燃料が噴射されるようになっている。

【0003】

このようなディーゼルエンジンの燃焼室構造は、例えば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１１７３１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、冷却損失（燃焼室内の燃焼ガスからの熱伝達）を低減するため、燃焼室の壁面（特に、キャビティの淵に沿って全周）を遮熱することが望ましい。

【0006】

遮熱対象物を簡易的に遮熱する方法として、断熱塗料又は遮熱塗料と称されるものを遮熱対象物に塗布することが知られている。断熱塗料又は遮熱塗料を燃焼室の壁面に塗布する場合、燃料の燃焼時に火炎が断熱塗料又は遮熱塗料に当たること等から、断熱塗料又は遮熱塗料を燃焼室の壁面に強固に結合させる必要がある。

【0007】

そこで、本発明の目的は、燃焼室の壁面に断熱塗料又は遮熱塗料の塗布による遮熱膜を形成する際に、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜）を燃焼室の壁面に強固に結合させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の目的を達成するために、本発明に係るエンジンの燃焼室構造は、シリンダボアとシリンダヘッド下面とピストン頂部とで区画される燃焼室を備え、前記燃焼室の壁面の少なくとも一部がアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されるエンジンの燃焼室構造であって、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されたピストンの頂部に凹設したキャビティのリップ部の全周に、そのリップ部の表面積を増加させるために設けられた多数のディンプルと、前記多数のディンプルが設けられた前記リップ部の全周に、厚さ０．１μｍ〜１０μｍで形成された糸状結晶構造のベーマイト皮膜と、前記ベーマイト皮膜の表面に設けられ、前記ベーマイト皮膜の表面に断熱塗料又は遮熱塗料を塗布することにより形成される遮熱膜とを備えるものである。

【0009】

前記キャビティのリップ部の全周に形成された前記多数のディンプルは、最大深さ４μｍ、最大直径４０μｍに形成されているものであっても良い。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、燃焼室の壁面に断熱塗料又は遮熱塗料の塗布による遮熱膜を形成する際に、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜）を燃焼室の壁面に強固に結合させることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】（ａ）は本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造の概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。

【図2】本発明の他の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0014】

図１に本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を示す。

【0015】

図１（ａ）に示すように、エンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１０は、シリンダブロック１１に形成されたシリンダボア１２と、シリンダボア１２内を上下に往復運動するアルミニウム又はアルミニウム合金製のピストン１３と、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を挟んで取り付けられたアルミニウム又はアルミニウム合金製のシリンダヘッド１５とを備えている。シリンダボア１２と、シリンダヘッド１５の下面と、ピストン１３の頂部とで囲まれた空間が、燃焼室１６を形成する。シリンダヘッド１５には、燃焼室１６に連通する吸排気ポート（吸気ポート１７及び排気ポート１８）と、吸気ポート１７を開閉する吸気弁１９と、排気ポート１８を開閉する排気弁２０と、燃料を上方から燃焼室１６内に噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）２１とが設けられている。また、ピストン１３の頂面１３ａには、キャビティ（図例では、リップ付タイプのキャビティ）１３ｂが凹設されている。

【0016】

図１（ａ）に示すエンジン１０では、例えばピストン１３が圧縮上死点付近に位置するときに燃料を燃料噴射弁２１から燃焼室１６内に噴射することで、燃焼室１６内の燃料が自着火して燃焼する。燃料噴射弁２１の先端部には噴口２２が複数設けられており、各噴口２２は、ピストン１３の圧縮上死点付近において噴口２２から噴射された燃料がキャビティ１３ｂのリップ部１３ｃに向かうように指向されている。

【0017】

本実施形態では、燃焼室１６を形成するピストン１３の頂部に、燃焼室１６内の燃焼ガスからピストン１３への伝熱を抑制するための遮熱膜２３が形成されている。より詳細には、遮熱膜２３は、ピストン１３の頂面１３ａ及びキャビティ１３ｂの一部（図例では、キャビティ１３ｂのリップ部１３ｃ近傍）に全周に亘って形成されている。

【0018】

本実施形態では、ショットブラスト及びベーマイト処理を遮熱膜２３のためのアンカー処理（塗料を塗布する前の前処理）として行う。即ち、本実施形態では、ピストン１３の表面にショットブラストを行うことにより、ピストン１３の表面に多数のディンプル２４を生じさせ、さらに、ディンプル２４の上からピストン１３の表面にベーマイト処理を施すことにより、ピストン１３の表面にベーマイト皮膜２５を形成し、そのベーマイト皮膜２５の上に断熱塗料又は遮熱塗料を塗布することにより、ベーマイト皮膜２５の上に遮熱膜２３を形成する（図１（ｂ）参照）。

【0019】

ショットブラストとは、投射材（ブラスト材）を加工対象物の表面に投射して、加工対象物の表面に投射材による凹みを生じさせるものである。このショットブラストは、塗装のためのアンカー処理としてのみならず、加工対象物のバリの除去、表面研削等のためにも行われるものである。

【0020】

ベーマイト処理とは、母材（アルミニウム又はアルミニウム合金）の表面に高温の水蒸気（蒸留水）を吹き付ける等して、母材の表面にＡｌ₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏの組成で表されるアルミナ１水和物（ベーマイト）を形成するものである。また、ベーマイト処理においては、高温の蒸留水に少量のアンモニア水等の添加剤を添加して行う場合もある。このベーマイト処理は、主にアルミニウムの防錆処理として行われるものである。また、ベーマイト処理により形成されるアルミナ１水和物（ベーマイト）は、針状結晶構造である。

【0021】

遮熱膜２３の厚さ（膜厚さ）Ｔａ（図１（ｂ）参照）は、例えば１００μｍ程度とする。また、ディンプル２４の深さ（最大深さ）Ｄ（図１（ｂ）参照）は、例えば４μｍ程度とし、ディンプル２４の直径（最大直径）Ｒ（図１（ｂ）参照）は、例えば４０μｍ程度とする。さらに、ベーマイト皮膜２５の厚さ（皮膜厚さ）Ｔｂ（図１（ｂ）参照）は、例えば０．１μｍ〜１０μｍ程度とする。

【0022】

本実施形態の作用効果を説明する。

【0023】

本実施形態では、ピストン１３の表面にショットブラストを行うことにより、ピストン１３の表面に多数のディンプル２４を生じさせ、さらに、ディンプル２４の上からピストン１３の表面にベーマイト処理を施すことにより、ピストン１３の表面にベーマイト皮膜２５を形成し、そのベーマイト皮膜２５の上に断熱塗料又は遮熱塗料を塗布することにより、ベーマイト皮膜２５の上に遮熱膜２３を形成するようにしている。

【0024】

ベーマイト皮膜２５を構成するアルミナ１水和物（ベーマイト）が針状結晶構造であるため、ベーマイト皮膜２５の上に塗布した断熱塗料又は遮熱塗料がベーマイト皮膜２５にしっかりと深く食い込むことができ、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜２３）とピストン１３の表面との結合力は非常に強固となる。そのため、ピストン１３の表面に断熱塗料又は遮熱塗料の塗布による遮熱膜２３を形成する際に、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜２３）をピストン１３の表面に強固に結合させることが可能となる。

【0025】

また、ベーマイト皮膜２５は、母材（アルミニウム又はアルミニウム合金）であるピストン１３の表面と化学結合しているため、ベーマイト皮膜２５自体がピストン１３の表面に強固に結合する。よって、ベーマイト処理を遮熱膜２３のためのアンカー処理として行うことにより、アンカー処理を行わない場合に対しては勿論、ショットブラストを単独でアンカー処理として行う場合よりも強固に、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜２３）をピストン１３の表面に結合させることができる。

【0026】

さらに、ショットブラストとベーマイト処理とを組み合わせることにより、アンカー処理を行わない場合に対しては勿論、ショットブラスト又はベーマイト処理を単独でアンカー処理として行う場合よりも強固に、断熱塗料又は遮熱塗料（遮熱膜２３）をピストン１３の表面に結合させることができる。ベーマイト処理を行う前にショットブラストをピストン１３の表面に行うことで、図１（ｂ）に示すように、ピストン１３の表面に多数のディンプル２４が生じることで表面積が増加し、遮熱膜２３とベーマイト皮膜２５との接触面積が増加し、遮熱膜２３がベーマイト皮膜２５にさらに強固に結合するためである。

【0027】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

【0028】

例えば、上述の実施形態では、ピストン１３の頂部に遮熱膜２３を形成するとしたが、これには限定はされず、図２に示すように、燃焼室１６を形成するシリンダヘッド１５の下面に遮熱膜２３を形成することも可能である。シリンダヘッド１５の下面に遮熱膜２３を形成する場合には、図２に示すように、シリンダヘッド１５の下面における燃焼室１６内に臨む部分のみに遮熱膜２３を形成しても良く、図示はしないが、シリンダヘッド１５の下面全体に遮熱膜２３を形成しても良い。いずれの場合も、ショットブラスト及びベーマイト処理を遮熱膜２３のためのアンカー処理として行い、シリンダヘッド１５の表面に多数のディンプル２４及びベーマイト皮膜２５を形成する。

【0029】

また、上述の実施形態では、ピストン１３の頂面１３ａ及びキャビティ１３ｂの一部に遮熱膜２３を形成したが、これには限定はされず、ピストン１３の頂部に遮熱膜２３を形成する際には、図２に示すように、ピストン１３の頂面１３ａ及びキャビティ１３ｂの全体に遮熱膜２３を形成しても良い。この場合も、ショットブラスト及びベーマイト処理を遮熱膜２３のためのアンカー処理として行い、ピストン１３の表面に多数のディンプル２４及びベーマイト皮膜２５を形成する。

【0030】

また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンには限定はされず、ガソリンエンジン等であっても良い。さらに、エンジン１０は、直噴式のものには限定はされず、火花点火式のものであっても良い。

【0031】

さらに、ピストン１３の頂部に凹設されるキャビティ１３ｂの形状に関しては、ディーゼルエンジンの場合、リップ付タイプに限定はされず、リエントラントタイプやトロイダルタイプ等であっても良い。

【符号の説明】

【0032】

１０ エンジン
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１５ シリンダヘッド
１６ 燃焼室
２３ 遮熱膜
２４ ディンプル
２５ ベーマイト皮膜

【図1】

【図2】