(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の内面を構成する部品の表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成し、酸化チタン層を形成したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、少くともピストン冠面の外周部分と、シリンダヘッドのシリンダボアとの境界付近の環状領域部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、吸気弁および排気弁の傘部を含むことを特徴とする請求項１，２に記載の内燃機関。
【請求項４】
燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、シリンダヘッドとシリンダブロック、およびこれら両者間に介装したヘッドガスケットで形成される隙間の表面を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項５】
燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、点火プラグの放電面以外の金属部分を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関。
【請求項６】
燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、燃焼室に設けられた燃料噴射弁の燃焼室露出部分を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関。
【請求項７】
燃焼室に続く排気ポートの内表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成し、酸化チタン層を形成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の内燃機関。
【請求項８】
排気ポートに続く排気マニホルドの内表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成し、酸化チタン層を形成したことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
酸化チタンがアナターゼ型結晶の微粒子であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等の車両に搭載される内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の中には、例えば特開平８−１０５３５２号公報に示されているように、表面にリチウム元素を含むセラミック被覆層，チタン被覆層，マグネシウム被覆層，耐アルカリ性金属を含む被覆層，等を有する部材で内燃機関の燃焼室を構成することによって、該燃焼室表面のデポジット堆積を抑制するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の技術では燃焼室内での混合気の燃焼によって生じる煤や、燃焼室内に進入した潤滑油、あるいは燃料の未燃分が燃焼室内面に付着して生成されるデポジットの離脱を、該燃焼室を構成する部分の金属表面に設けたセラミック被覆層等によるデポジットの付着力低下にのみ頼っているため、長期間の運転により燃焼室表面に、デポジットが付着する核になる前駆物質が生じると急速にデポジットの付着が進行して、燃焼室容積の変化による燃焼の悪化や、点火プラグによる点火以前の混合気着火に起因する燃焼の悪化，およびデポジットから発生排出される未燃ＨＣ等の排気成分の増加、等の問題が生じる可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明はデポジットの原因となる潤滑油や未燃燃料等の有機物質の分解作用が得られて、燃焼室内表面等へのデポジットの生成を回避することができる内燃機関を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、燃焼室の内面を構成する部品の表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成して、酸化チタン層を形成したことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、少くともピストン冠面の外周部分と、シリンダヘッドのシリンダボアとの境界付近の環状領域部分を含むことを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明にあっては、請求項１，２に記載の燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、吸気弁および排気弁の傘部を含むことを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明にあっては、請求項１〜３に記載の燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、シリンダヘッドとシリンダブロック、およびこれら両者間に介装したヘッドガスケットで形成される隙間の表面を含むことを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明にあっては、請求項１〜４に記載の燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、点火プラグの放電面以外の金属部分を含むことを特徴としている。
【００１０】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜５に記載の燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、燃焼室に設けられた燃料噴射弁の燃焼室露出部分を含むことを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜６に記載の燃焼室に続く排気ポートの内表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成し、酸化チタン層を形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項８の発明にあっては、請求項７に記載の排気ポートに続く排気マニホルドの内表面に、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成し、酸化チタン層を形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項９の発明にあっては、請求項１〜８に記載の酸化チタンが、アナターゼ型結晶の微粒子であることを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室での混合気の燃焼によって発生する光で、該燃焼室内面に設けた酸化チタン層の酸化チタン微粒子による光触媒作用が得られ、デポジットの原因となる潤滑油や未燃燃料等の有機物が分解されて、燃焼室内面に生成し、又は、生成しかけたデポジットを離脱させ易くして該燃焼室内面にデポジットが付着するのを回避することができる。
【００１５】
特に、酸化チタン層は酸化チタン微粒子を混入したシリカゾルを燃焼室構成部品の表面に塗布して焼成してあるため、金属表面との固着性，電気絶縁性，および光活性に優れ、光触媒効果を高めることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、ピストンとシリンダブロックとの摺接面から燃焼室内に進入する潤滑油が付着し易いピストン冠面の外周部分と、シリンダヘッドのシリンダボアとの境界付近の環状領域部分を含んでいるため、これら最も潤滑油が付着し易い部分での潤滑油付着に起因するデポジットの発生を回避することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、吸気弁および排気弁の傘部を含んでいるため、これら吸気弁，排気弁の傘部の燃焼室側の表面では煤や未燃燃料に起因するデポジットの付着抑制効果が得られ、また、吸気弁の吸気ポート側の表面では吸気ポートから燃焼室に進入する燃料の付着に起因するデポジットの付着抑制効果が、および排気弁の排気ポート側の表面では燃焼室から排気ポートに流出する未燃燃料や煤の付着に起因するデポジットの付着抑制効果が得られる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の発明の効果に加えて、燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、シリンダヘッドとシリンダブロック、およびこれら両者間に介装したヘッドガスケットで形成された隙間の表面を含んでいるため、これらシリンダヘッドとシリンダブロックとの間のクエンチング（消炎）隙間に進入する潤滑油や燃料の付着に起因するデポジット付着抑制効果が得られる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、点火プラグの放電面以外の金属部分を含んでいるため、煤や未燃燃料の付着に起因する点火プラグの放電面周りへのデポジットの付着抑制効果が得られる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５の発明の効果に加えて、筒内噴射式火花点火機関の場合、燃焼室の酸化チタン層を形成した部分が、燃焼室に設けられた燃料噴射弁の燃焼室露出部分を含んでいるため、煤および噴射後の燃料、あるいは潤滑油の付着に起因する燃料噴射弁先端部分へのデポジットの付着抑制効果が得られる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、燃焼室に続く排気ポートの内表面にも、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成することによって酸化チタン層を形成してあるため、後期燃焼が持続される排気ポート内でも燃焼によって発生する光で酸化チタン層での光触媒作用が発揮され、煤や未燃燃料の付着に起因する排気ポート内面のデポジット付着抑制効果が得られる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７の発明の効果に加えて、排気ポートに続く排気マニホルドの内表面にも、酸化チタンの微粒子を混入したシリカゾルを塗布してこれを焼成することによって酸化チタン層を形成してあるため、後期燃焼が持続される排気マニホルド内でも燃焼によって発生する光で酸化チタン層での光触媒作用が発揮され、煤や未燃燃料の付着に起因する排気マニホルド内面のデポジット付着抑制効果が得られる。
【００２３】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８の発明の効果に加えて、酸化チタンとして最も光活性能力の高いアナターゼ型結晶の微粒子を用いているため、前記煤や未燃燃料等の有機物質をアナターゼ型結晶の酸化チタン微粒子の光触媒機能によって分解して、デポジットの付着抑制効果をより一層高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００２５】
図１において、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダブロック１，ピストン２，およびシリンダヘッド３で形成される燃焼室を示す。
【００２６】
この燃焼室４の内面を構成する部品の表面、具体的には前記ピストン２の冠面、およびシリンダヘッド３の内面には、図２にも示すように酸化チタン２１の微粒子を混入したシリカゾル２２を塗布してこれを焼成することによって酸化チタン層２０を形成して、燃焼室４で混合気の燃焼により発生する光で該酸化チタン層２０で光触媒反応が生じるようにしてある。
【００２７】
酸化チタン層２０の形成に用いられる酸化チタン２１としては、光活性能力が最も高いアナターゼ型結晶の微粒子、より好ましくは粒径が１〜２０ｎｍの微粒子を用いるとよい。
【００２８】
酸化チタン２１の微粒子の粒径が前記範囲よりも小さいと、シリカゾル２２と攪拌した際に酸化チタン２１の微粒子が凝集してしまい、また、粒径が前記範囲よりも大きいと酸化チタン２１の光活性が極端に低下してしまう。
【００２９】
一方、酸化チタン２１の微粒子を混入するシリカゾル２２の充填割合は５〜４０％にすることが好ましい。
【００３０】
これは、酸化チタン層２０の前記ピストン２冠面およびシリンダヘッド３内面等の金属表面との密着性と、該酸化チタン層２０の被膜の均一性および耐久性を得るためには前記充填割合が５％以上は必要であり、また、充填割合が４０％を越えてしまうと酸化チタン２１の光活性不良を生じてしまう。
【００３１】
また、酸化チタン層２０はシリカゾル２２が樹脂化する３００℃以上の温度で焼成するが、７００℃以上の高温側では酸化チタン２１の結晶がアナターゼ型からルチル型に変化してしまうため、７００℃よりも低温側で焼成することが肝要であり、特に、酸化チタン層２０を前述のようにピストン２，シリンダヘッド３等のアルミニウム部品に設ける場合、これらアルミニウム部品の耐熱性を考慮して焼成温度の上限を３５０℃〜４００℃とすることが望ましい。
【００３２】
このようにしてピストン２の冠面とシリンダヘッド３の内面とに酸化チタン層２０を形成した場合、燃焼室４内では図７に示すように混合気の燃焼過程で生じる分子の特定波長の発光が存在し、特に酸化チタン２１の光触媒の作用が活発となる約４００ｎｍ以下の波長の紫外線発光が生じ、このため、ピストン２冠面やシリンダヘッド３内面に付着した煤や未燃ＨＣおよび潤滑油成分等の有機物質が、この酸化チタン２１の光触媒反応によって分解される。
【００３３】
図８は同一条件でエンジンを運転した場合の酸化チタン層２０の有無によるピストン２冠面における有機物付着のガスクロマトグラフによる分析結果を示しており、酸化チタン層未処理のものでは同図の（ロ）に示すように、検出時間が９．６分，１４．３分，１６．４分，１８．１分，１９．６分，２３．２分，２４．４分の各時間帯で分子数の大きな炭化水素（ＨＣ）が検出されるが、酸化チタン層処理のものでは同図の（イ）に示すように炭化水素（ＨＣ）は検出されず、ピストン２冠面の酸化チタン層２０での光触媒機能が発揮されたことが判る。
【００３４】
一方、図９はこれら酸化チタン層２０の処理，未処理の各ピストン冠面における金属成分を検出した分析結果を示すもので、（イ）は酸化チタン層未処理品を、（ロ）は酸化チタン層処理品を示し、何れの場合もピストン２の冠面には潤滑油成分に特徴的なカルシウム（Ｃａ）やリン（Ｐ）が略同様に検出されている。
【００３５】
これらの分析結果から、少なくとも潤滑油は酸化チタン層２０の処理，未処理の何れのピストン２冠面にも付着するものの、酸化チタン層２０の処理品では炭化水素（ＨＣ）が分解されて清浄化されることが判る。
【００３６】
前述の潤滑油はピストン２とシリンダブロック１との摺動面を伝って燃焼室４内に進入し、従って、この潤滑油の付着はピストン２の冠面でもその外周部分、およびシリンダヘッド３のシリンダボアとの境界付近の環状領域部分が多くなる傾向にある。
【００３７】
そこで、前記酸化チタン層２０はこれらピストン２の冠面の外周部分、およびシリンダヘッド３のシリンダボアとの境界付近の環状領域部分に設けるだけでも有効である。
【００３８】
ここで、燃焼室４内には吸気弁５，排気弁６の各傘部５ａ，６ａが臨設配置されると共に、点火プラグが突出配置され、従って、これら吸，排気弁５，６および点火プラグも燃焼室４の内面を構成する部品となる。
【００３９】
そこで、これら吸，排気弁５，６および点火プラグ７にも前述のようにして酸化チタン層２０を設けることにより、燃焼室４内のデポジット対策がより有効となる。
【００４０】
吸気弁５および排気弁６については、酸化チタン層２０は各傘部５ａ，６ａの燃焼室４側の面だけでもよいが、図３に示すように各傘部５ａ，６ａの全表面と、各ステム５ｂ，６ｂの吸気ポート８，排気ポート９に露出する部分に酸化チタン層２０を設けることが望ましい。
【００４１】
また、点火プラグ７については、図４に示すように中心電極７ａとアース側電極７ｂの放電面以外の金属部分に酸化チタン層２０を形成する。
【００４２】
このように、吸，排気弁５，６に酸化チタン層２０を設けることにより、各傘部５ａ，６ａの燃焼室４側の表面では煤や未燃燃料等の有機物質が前述のように酸化チタン層２０での光触媒反応によって分解されてデポジットの付着抑制効果が得られ、また、同様に吸気弁５の吸気ポート８側の表面では吸気ポート８から燃焼室４に進入する燃料の付着に起因するデポジットの付着抑制効果が、および排気弁６の排気ポート９側の表面では燃焼室４から排気ポート９に流出する燃焼ガス中の未燃燃料や煤の付着に起因するデポジットの付着抑制効果が得られ、かつ、デポジットの付着によるこれら吸，排気弁５，６のスティックを回避することができる。
【００４３】
また、点火プラグ７にあっては前述と同様に酸化チタン層２０の存在により、該点火プラグ７の放電面周りへのデポジットの付着を回避することができる。
【００４４】
前記シリンダブロック１とシリンダヘッド３との間には金属製のヘッドガスケット１０が介装される関係上、これらシリンダブロック１とシリンダヘッド３との間にはヘッドガスケット１０の厚み相当のクエンチ（消炎）隙間Ｃが生じる。
【００４５】
そこで、このクエンチ隙間Ｃの表面にも図５に示すように酸化チタン層２０を形成することによって、燃焼室４内の総合的なデポジット対策を行うことができる。
【００４６】
即ち、前述のようにシリンダブロック１とシリンダヘッド２との結合部分にクエンチ隙間Ｃが存在していると、該隙間Ｃに潤滑油や燃料が進入付着してデポジット発生の原因となるが、これらクエンチ隙間Ｃに進入して表面に付着する有機物質は、酸化チタン層２０での光触媒反応により分解され、デポジットの堆積が回避される。
【００４７】
筒内噴射式火花点火機関では、図１の破線で示すように燃焼室４内に燃料噴射弁１１が設置される。
【００４８】
そこで、このような筒内噴射式火花点火機関にあっては、図６に示すように燃料噴射弁１１の燃焼室４内に露出する部分にも前述と同様に酸化チタン層２０が形成される。
【００４９】
このように燃料噴射弁１１の燃焼室露出部分に酸化チタン層２０を形成することにより、煤および噴射後の燃料、あるいは潤滑油の付着に起因する燃料噴射弁先端部へのデポジットの付着抑制効果が得られて、燃焼室４のデポジット対策を徹底することができる他、燃料噴射弁先端部分へのデポジット付着に起因する燃料噴射角度や燃料噴射量等が変化するのを回避できて燃焼の安定性と出力の向上を図ることができる。
【００５０】
一方、前記燃焼室４内の燃焼ガスは排気行程で排気ポート９へ排出されるが、この排気ポート９およびこれに続く排気マニホルド１２内でも燃焼が継続され、酸化チタンの光触媒反応に有効な燃焼光が発光される。
【００５１】
そこで、これら排気ポート９および排気マニホルド１２の内表面にも、図１に示すように前述と同様にして酸化チタン層２０を形成することによって、後期燃焼が持続されるこれら排気ポート９および排気マニホルド１２内でも前記酸化チタン層２０での光触媒作用が発揮され、煤や未燃燃料の付着に起因するデポジットの堆積を防止でき、筒内圧への影響を回避して燃焼の安定性および出力の向上を図るこができると共に、有害排気成分の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態における酸化チタン層の断面図。
【図３】本発明の一実施形態における吸，排気弁の説明図。
【図４】本発明の一実施形態における点火プラグの説明図。
【図５】本発明の一実施形態のヘッドガスケット介装部分の断面図。
【図６】本発明の一実施形態における燃料噴射弁の説明図。
【図７】燃焼室内における燃焼光の波長特性を示す説明図。
【図８】有機物質の付着分析結果を示す説明図。
【図９】ピストン冠面のオイル付着分析結果を示す説明図。
【符号の説明】
１  シリンダブロック
２  ピストン
３  シリンダヘッド
４  燃焼室
５  吸気弁
６  排気弁
７  点火プラグ
８  吸気ポート
９  排気ポート
１０  ヘッドガスケット
１１  燃料噴射弁
１２  排気マニホルド
２０  酸化チタン層
２１  酸化チタン
２２  シリカゾル
【図１】
0003541665.tif 000002
【図２】
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【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】
0003541665.tif 000008
【図８】
0003541665.tif 000009
【図９】
0003541665.tif 000010