(57)【要約】【課題】エンジン回転速度が高い運転領域での熱排出性の低下を抑えることのできるエンジンのシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド１０の底面１２に形成される溶射膜２２の膜厚は均一でなく、溶射膜２２の表面には窪み２２ａが形成されている。この窪み２２ａは、図１の上段に示す環状領域に対応して形成されている。窪み２２ａが形成された領域以外の膜厚は、正味燃料消費率の改善率を最大にする最適値に設定されている。窪み２２ａが形成された領域の膜厚は、この最適値の３０％〜８０％に設定されている。【選択図】図１
2018009554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を構成する底面に遮熱膜が形成されるエンジンのシリンダヘッドであって、
燃焼に伴い高温化する前記底面のうち相対的に低温となる領域として予め定めた領域に形成される前記遮熱膜の膜厚が、前記遮熱膜の膜厚を均一に形成した場合において正味燃料消費率の改善率を最大にする所定膜厚と等しく、
前記底面のうち相対的に高温となる領域として予め定めた領域に形成される前記遮熱膜の膜厚が、前記所定膜厚よりも薄いことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンのシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室は一般に、シリンダヘッドとシリンダブロックを合わせたときに、当該シリンダブロックのボア面と、当該ボア面に収容されるピストンの頂面と、当該シリンダヘッドの底面と、によって囲まれる空間として定義される。このような燃焼室の構成面、即ち、シリンダブロックのボア面、ピストンの頂面やシリンダヘッドの底面には、エンジンでの冷却損失の低減や、燃焼に伴い発生する熱からの保護を目的として、遮熱膜が形成されることがある。
【０００３】
特許文献１には、燃焼室を構成する底面に遮熱膜が形成された火花点火式エンジンのシリンダヘッドが開示されている。このシリンダヘッドにおいて、遮熱膜は、点火プラグが設けられる中心部において最も厚く、当該中心部から離れるほど薄くされている。遮熱膜の膜厚を上記の如くすることで、点火プラグに近い箇所での遮熱性を高めつつ、当該点火プラグから離れた箇所での遮熱性を低くすることができる。点火プラグから離れた箇所での遮熱性を低くできれば、燃焼室内の熱篭もりを抑えることができるので、当該箇所において発生し易いノッキングに対する耐性を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５９０５９号公報
【特許文献２】特開２０１５−０８１５２７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、燃焼に伴い発生した熱の一部は遮熱膜に移動する。遮熱膜に移動した熱は、当該遮熱膜が接する部材、即ち、シリンダブロック、ピストンやシリンダヘッドへと排出され、または、当該遮熱膜から燃焼室内に放出されて排気行程において当該燃焼室外に排出される。しかし、エンジン回転速度が高い運転領域では、各サイクルでの燃焼に伴い発生した熱の一部が短い間隔で次々に移動してくるので、上述した遮熱膜外への熱排出が追いつかなくなる。そのため、遮熱膜の温度が十分に下がり切らず、燃焼室内の温度や圧力が高いまま吸気行程を迎えることになるという問題がある。
【０００６】
特許文献１のシリンダヘッドでは、点火プラグが設けられる中心部で遮熱膜の膜厚が最大とされている。そのため、この遮熱膜の最大膜厚部には、点火プラグの周辺で発生した熱の多くが移動できることになる。そうすると、上述した高回転領域での熱排出性の低下が顕著となるので、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量が減少してしまう。従って、特許文献１のシリンダヘッドでは、遮熱膜の形成によって得られるはずの冷却損失の低減効果が薄れてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン回転速度が高い運転領域での熱排出性の低下を抑えることのできるエンジンのシリンダヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、燃焼室を構成する底面に遮熱膜が形成されるエンジンのシリンダヘッドであって、燃焼に伴い高温化する前記底面のうち相対的に低温となる領域として予め定めた領域に形成される前記遮熱膜の膜厚が、前記遮熱膜の膜厚を均一に形成した場合において正味燃料消費率の改善率を最大にする所定膜厚と等しく、前記底面のうち相対的に高温となる領域として予め定めた領域に形成される前記遮熱膜の膜厚が、前記所定膜厚よりも薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低温領域に形成される遮熱膜の膜厚が、遮熱膜の膜厚を均一に形成した場合において正味燃料消費率の改善率を最大にする所定膜厚と等しくされ、その一方で、高温領域に形成される遮熱膜の膜厚が当該所定膜厚よりも薄くされる。高温領域に形成される遮熱膜の膜厚が所定膜厚よりも薄ければ、遮熱膜外への熱排出がエンジン回転速度に関係なく常に速やかに行われことになる。よって、エンジン回転速度が高い運転領域において熱排出性が低下するのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッド１０の底面１２の構成を説明する図である。
【図２】図１の下段に示す窪み２２ａの位置関係を説明する図である。
【図３】吸気状態量一定、エンジン回転速度２０００ｒｐｍ、ＷＯＴの運転条件下で測定した正味燃料消費率の改善率と、溶射膜の膜厚との関係を示した図である。
【図４】シリンダヘッドの底面に膜厚均一の溶射膜を形成したエンジンでのエンジン回転速度と、燃費改善率（ベース比）との関係を示した図である。
【図５】シリンダヘッドの底面に形成する溶射膜の膜厚と、冷却損失の低減率との関係を示した図である。
【図６】圧力差（Ｐ４−Ｐｂ）と、溶射膜の膜厚との関係を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態の変形例に係るエンジンのシリンダヘッド４０の底面４２の構成を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドの製造方法の一例を説明する図である。
【図９】図８のステップ０１０の処理前のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１０】図８のステップ０１０の処理後のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１１】図８のステップ０２０の処理後のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１２】図８のステップ０３０，０４０の処理後のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１３】図８のステップ０５０の処理後のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１４】図８のステップ０６０の処理後のワーク５０の状態を説明する図である。
【図１５】シリンダヘッド４０の完成品の一例を示す図である。
【図１６】シリンダヘッドの底面の粗面化処理の具体例について説明するための図である。
【図１７】実施例において得られた溶射膜の外観とイメージ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
［シリンダヘッドの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン（一例として、過給器付き直列４気筒型のディーゼルエンジン）のシリンダヘッド１０の底面１２の構成を説明する図である。図１の上段に示すように、底面１２には、吸気バルブ（図示しない）によって開閉される吸気バルブ孔１４と、排気バルブ（図示しない）によって開閉される排気バルブ孔１６と、が２つずつ形成されている。吸気バルブ孔１４と排気バルブ孔１６によって囲まれる底面１２の中心部には、インジェクタ（図示しない）が挿入されるインジェクタ孔１８が形成されている。吸気バルブ孔１４の中間部には、グロープラグ（図示しない）が挿入されるグロープラグ孔２０が形成されている。
【００１３】
図１の下段は、吸気バルブ孔１４と排気バルブ孔１６の中間部と、インジェクタ孔１８の中心部とを通る線Ａ−Ａ’でのシリンダヘッド１０のイメージ断面が描かれている。このイメージ断面に示すように、底面１２は、遮熱膜としての溶射膜２２が形成された面と、溶射膜２２が形成されていない面と、から構成される。本実施の形態では、膜形成面がエンジン燃焼室の構成面に相当し、膜非形成面がシリンダブロック２４（図２参照）との合わせ面に相当している。
【００１４】
また、図１の下段に示すように、溶射膜２２の膜厚は均一でなく、溶射膜２２の表面には窪み２２ａが形成されている。この窪み２２ａは、図１の上段に示す環状領域に対応している。図２は、図１の下段に示す窪み２２ａの位置関係を説明する図である。図２の下段は図１の上段と同一であり、図２の上段は図１の上段に示した線Ａ−Ａ’と同じ位置を通る線Ｂ−Ｂ’でのエンジンのイメージ断面である。このイメージ断面に示すように、シリンダブロック２４にはピストン２６が収容されている。底面１２と対向するピストン２６の頂面２８には、キャビティ３０が形成されている。キャビティ３０は、頂面２８と接続される側面部３０ａと、円錐台状の山部３０ｂと、側面部３０ａと山部３０ｂを繋げる底面部３０ｃと、から構成されている。溶射膜２２の窪み２２ａは、底面部３０ｃに対向する領域に形成されている。
【００１５】
窪み２２ａが底面部３０ｃに対向する箇所に形成されているのは、溶射膜２２が形成されている領域のうち、この窪み２２ａが形成されている領域に燃焼ガスが接触するからである。というのも、圧縮上死点の近傍においてインジェクタから噴射された燃料を含むガスは、キャビティ３０の内側において着火して燃焼ガスとなる。そして、この燃焼ガスは、ピストン２６を押し下げながら（但し、図２の上段ではピストン２６は上方に移動する）キャビティ３０の外側に拡散していく。図２の上段に示す矢印は、キャビティ３０での燃焼ガスの流れ方向を表している。この矢印から分かるように、燃焼ガスは、底面部３０ｃや側面部３０ａの表面に沿うように移動しながらキャビティ３０の外側に向かう。このように、噴射燃料から生じた燃焼ガスは、底面部３０ｃに対向する底面１２の領域、即ち、窪み２２ａが形成された領域に接触する。そうすると、窪み２２ａが形成された領域は、溶射膜２２の他の領域に比べて相対的に高温化することになる。
【００１６】
ここで、溶射膜２２は、シリンダヘッド１０の母材（一例としてアルミニウム合金）よりも熱伝導率と体積熱容量が低いという熱特性を有している。このような熱特性を有する遮熱膜の代表としてアルマイト皮膜がある。しかし、アルマイト皮膜はピストン程度のサイズの部材への形成には適しているものの、シリンダヘッド級のサイズの部材になると膜形成に困難を伴う。この点、溶射膜は、シリンダヘッド級のサイズにも容易に形成ができる。これに加え、溶射膜は、溶射粒子間に隙間が形成される多孔質膜である点でアルマイト皮膜と共通し、更には、当該アルマイト皮膜に匹敵する熱特性を有している。そのため、エンジン燃焼室内の作動ガスの温度、即ち、吸気の温度や燃焼ガスの温度に溶射膜２２の表面温度を追従させることができる。よって、膨張行程での冷却損失を低減して燃費を向上でき、更には、吸気行程での作動ガスの加熱によるノッキングや異常燃焼の発生を抑制できる。
【００１７】
［溶射膜２２の膜厚を均一にした場合の問題点］
ところで、図３は、吸気状態量（吸気圧、吸入空気量等）一定、エンジン回転速度２０００ｒｐｍ、ＷＯＴの運転条件下で測定した正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）の改善率と、溶射膜の膜厚との関係を示した図である。なお、図３は、エンジンサイクルシミュレーションソフトウェア（一例として、ガンマテクノロジー社製のＧＴＰｏｗｅｒ）を使用して作成したものである。図３に示すように、溶射膜の膜厚には、正味燃料消費率の改善率を最大にする最適値が存在する。従って、図１等に示した溶射膜２２の膜厚をこの最適値に設定すれば、膨張行程での冷却損失の低減に一定以上の効果が期待できることになる。
【００１８】
しかし、溶射膜２２の膜厚を最適値に設定した場合であっても、この膜厚が一定であるときには、エンジン回転速度が高い運転領域で冷却損失の低減効果が薄れるという問題がある。図４は、シリンダヘッドの底面に膜厚均一の溶射膜を形成したエンジンでのエンジン回転速度と、燃費改善率（ベース比）との関係を示した図である。図４に示すように、シリンダヘッドの底面に形成する溶射膜の膜厚を均一とした場合は、エンジン回転速度が低い運転領域では優れた燃費改善率（ベース比）を示すものの、エンジン回転速度が高くなるにつれて燃費改善率（ベース比）が低下し、エンジン回転速度が高い運転領域では燃費改善が殆ど見られなくなる。
【００１９】
図４に示した関係は、溶射膜からの熱排出速度と、サイクル間隔との関係によって説明できる。即ち、燃焼ガスが溶射膜に接触すれば、当然ながらこの燃焼ガスの熱の一部が当該溶射膜に移動する。燃焼ガスから溶射膜に移動した熱は、当該溶射膜からシリンダヘッドへと排出され、または、当該溶射膜からエンジン燃焼室内に放出されて、排気行程においてエンジン燃焼室の外部に排出される。しかし、エンジン回転速度が高い運転領域では、各サイクルで発生した燃焼ガスの熱の一部が短い間隔で次々に移動してくるので、溶射膜からの熱排出が追いつかなくなる。故に、溶射膜の温度が十分に下がり切らず、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量が減少した結果、燃費改善率（ベース比）が低下してしまう。
【００２０】
図５は、シリンダヘッドの底面に形成する溶射膜の膜厚と、冷却損失の低減率との関係を示した図である。なお、図５は、図３を作成したときと同一の運転条件でのエンジンサイクルシミュレーションによって作成したものである。図５から分かるように、溶射膜が厚くなるほど冷却損失の低減率が高くなる。故に、図５に示した関係に基づいて溶射膜の全体を厚くすれば、エンジン回転速度が高い運転領域での燃費改善率（ベース比）の低下を緩和することが可能となる。
【００２１】
しかし、溶射膜の全体を厚くした場合には、図３で説明したように正味燃料消費率の改善率が低下してしまう。これを裏付けるのが図６である。図６は、圧力差（Ｐ４−Ｐｂ）と、溶射膜の膜厚との関係を示した図である。なお、図６は、図３を作成したときと同一の運転条件でのエンジンサイクルシミュレーションによって作成したものである。圧力Ｐ４は排気通路内の圧力であり、圧力Ｐｂは過給機のコンプレッサよりも下流側の吸気通路内の圧力である。図６に示すように、溶射膜の膜厚がある特定の値のときに圧力差（Ｐ４−Ｐｂ）が最小となる。ここで、圧力差（Ｐ４−Ｐｂ）は吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量と関係があり、当該圧力差（Ｐ４−Ｐｂ）が小さいほど当該空気量が多くなる。従って、図６によれば、溶射膜の膜厚が特定値よりも大きい場合は、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量が当該膜厚に応じて減少し、正味燃料消費率の改善率が低下することが分かる。
【００２２】
このような問題点に鑑み、本実施の形態では、窪み２２ａが形成された領域以外の膜厚を上述した最適値に設定し、尚且つ、窪み２２ａが形成された領域の膜厚を当該最適値の３０％〜８０％に設定している。このような膜厚差を設けた場合は、溶射膜２２の全領域を最適膜厚とする場合に比べて冷却損失の低減率が縮小するものの、燃焼ガスの接触によって相対的に高温化する領域での熱排出速度を高めることができる。従って、エンジン回転速度が高い運転領域において燃費改善率（ベース比）が低下するのを抑えることが可能となる。因みに、窪み２２ａが形成された領域の膜厚を最適値の３０％〜８０％とする理由は次のとおりである。即ち、膜厚を最適値の３０％以下とした場合には膜厚を均一にしたときと効果が変わらず、また、膜厚を最適値の８０％以上とした場合には溶射膜が薄くなりすぎて下地が露出してしまう可能性があるためである。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、エンジン回転速度が高い運転領域において燃費改善率（ベース比）が低下するのを抑えることが可能となる。
【００２４】
ところで、上記実施の形態では、底面１２に形成する溶射膜２２に窪み２２ａを形成することで溶射膜２２に薄膜部を設けたが、底面１２に窪みを形成することで当該薄膜部を設けてもよい。図７は、本発明の実施の形態の変形例に係るエンジンのシリンダヘッド４０の底面４２の構成を説明する図である。図７の上段に示す底面４２の基本的な構成は、図１の上段に示した底面１２と同じである。但し、図１の上段に示した底面１２とは異なり、図７の下段に示す底面４２には窪み４２ａが形成されている。この窪み４２ａは、図７の上段に示す環状領域を除いた領域に対応している。なお、図７の下段は、図１の上段に示した線Ａ−Ａ’と同じ位置を通る線Ｃ−Ｃ’でのシリンダヘッド４０のイメージ断面である。
【００２５】
底面４２に形成される溶射膜４４の膜厚は、窪み４２ａに対応する膜領域において上述した最適値に設定され、窪み４２ａに対応する膜領域以外において当該最適値の３０％〜８０％に設定されている。このような窪み４２ａを形成することで、溶射膜４４のうちの燃焼ガスの接触によって相対的に高温化する領域を薄くできるので、この薄膜部での熱排出速度をエンジン回転速度に関係なく常に高めることができる。従って、エンジン回転速度が高い運転領域において燃費改善率（ベース比）が低下するのを抑えることが可能となる。
【００２６】
また、上記実施の形態では、遮熱膜が溶射膜である例を説明した。しかし、溶射膜の代わりにエンジン燃焼室の構成面に粉末状の膜材料を直接的にスプレーすることで形成したスプレー膜、または、当該構成面に粉末状の膜材料を塗布することで形成した塗布膜を使用してもよい。スプレー膜や塗布膜であっても、溶射膜と同様の多孔質構造を有するものであれば、シリンダヘッドの母材よりも熱伝導率と体積熱容量が低い遮熱膜として機能することができる。また、溶射膜の代わりに上述したアルマイト皮膜を使用することも可能である。
【００２７】
［シリンダヘッドの製造方法］
図８乃至図１５は、本発明の実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドの製造方法の一例を説明する図である。図８乃至図１５では、図７に示したシリンダヘッド４０の製造例を説明する。図８に示す製造方法では、先ず、仕上げ加工が済んだシリンダヘッドのワーク５０の底面５２（下地）の粗面化処理が行われる（ステップ０１０）。底面５２の粗面化処理を行う理由は、底面５２の表面粗さを意図的に悪化させて、ここに形成する溶射膜の密着力をアンカー効果によって向上させるためである。図７に示した窪み４２ａに相当する窪みを設けるため、本ステップでは、窪み４２ａを形成する予定の領域と、窪み４２ａを形成しない予定の領域とで処理条件を変えることが望ましい。本ステップの粗面化処理は、レーザーマーキングにより行われる。但し、レーザーマーキングの代わりに、機械加工、ショットブラストまたはウォータージェットにより本ステップの粗面化処理を行ってもよい。
【００２８】
図９には、粗面化処理前のワーク５０の一例が描かれている。より詳細に述べると、図９の下段には、直列４気筒型のディーゼルエンジンのシリンダヘッドのワーク５０が描かれており、図９の上段には、このワーク５０のイメージ断面が描かれている。一方、図１０の上段には、粗面化処理後のワーク５０のイメージ断面が描かれている。このイメージ断面に描かれるように、粗面化処理後の底面５２には、窪み４２ａが形成されている。図１０の下段には、粗面化処理に使用するレーザーマーカー５４の一例と、レーザーマーカー５４による底面５２の処理範囲の一例とが描かれている。
【００２９】
図８に示す製造方法では、ステップ０１０に続いて、マスキング５６のワーク５０への取り付けが行われる（ステップ０２０）。図１１には、ワーク５０の底面５２にマスキング５６が載置された状態が描かれている。図１１に示すように、マスキング５６は、底面５２のうち、溶射膜を形成しない面をマスクするように載置されている。マスキング５６によってマスクされる面には、ワーク５０のシリンダブロックとの合わせ面と、吸気バルブ孔と、排気バルブ孔と、グロープラグ孔と、が少なくとも含まれている。
【００３０】
図８に示す製造方法では、ステップ０２０に続いて、底面５２に対する溶射処理が行われる（ステップ０３０，０４０）。図８においては、溶射処理によって中間層（ステップ０３０）および遮熱層（ステップ０４０）を有する二層構造の溶射膜が形成される。ステップ０３０，０４０では、例えば、マスキング５６に対向配置した溶射ガン５８をワーク５０の長手方向に往復させつつ、溶射ガン５８から噴射される高温のプラズマジェットを用いて粉末状の溶射材を底面５２に噴き付けるプラズマ溶射が行われる。但し、プラズマ溶射の代わりに、フレーム溶射、ＨＶＯＦ溶射等のその他の溶射プロセスにより本ステップの粗面化処理を行ってもよい。
【００３１】
図１２の上段には、溶射処理後のワーク５０のイメージ断面が描かれている。このイメージ断面に描かれるように、溶射処理後の底面５２には、表面の粗い溶射膜４４が形成される。図１２の下段には、底面５２の粗面化領域に向けてプラズマフレーム６２を噴射する溶射ガン５８と、プラズマフレーム６２に溶射材６４を導入するノズル６６と、を備えるプラズマ溶射装置６０が描かれている。ノズル６６から導入する溶射材６４の種類（例えば、中間層の溶射材としてニッケルクロム系のセラミックス粒子、遮熱層の溶射材としてジルコニア粒子）をステップ０３０とステップ０４０の間で変更することで、溶射膜４４を二層構造にできる。
【００３２】
図８に示す製造方法では、ステップ０４０に続いて、マスキング５６が取り外され（ステップ０５０）、膜表面の仕上げ処理が行われる（ステップ０６０）。図１３は、マスキング５６の取り外し後のワーク５０のイメージ断面が描かれている。図１４の上段は、仕上げ処理後のワーク５０のイメージ断面が描かれている。このイメージ断面に描かれるように、仕上げ処理後の底面５２には、表面が平滑化された溶射膜４４が形成される。図１４の下段には、砥石６８を用いた平面研削による溶射膜４４の表面の仕上げ加工の様子が描かれている。
【００３３】
図８に示す製造方法では、ステップ０６０に続いて、ワーク５０の最終洗浄が行われる（ステップ０７０）。本ステップでは例えば、底面５２に対向配置したノズル７０から底面５２に洗浄液を噴射して、ステップ０６０での仕上げ加工により発生した切削屑などの異物が除去される。最後に、ワーク５０の検査が行われる（ステップ０８０）。本ステップでは例えば、溶射膜４４の表面の検査や、吸気バルブ孔、インジェクタ孔等の形状検査がコンピュータ７２を用いて行われる。ステップ０８０を経ることで、図７に示したシリンダヘッド４０を得る。図１５は、シリンダヘッド４０の完成品の一例を示す図である。
【００３４】
［具体的な実施例］
１．シリンダヘッドの底面の粗面化処理
図１６は、シリンダヘッドの底面の粗面化処理の具体例について説明するための図である。この具体例では、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製のレーザーマーカーを用いたレーザーマーキングによって粗面化処理を行った。粗面化処理に際しては、溶射膜の膜厚を通常膜厚とする領域の掘り込みの深さが４０μｍで、膜厚を薄くする領域の掘り込みの深さが１０μｍとなるように条件を調整した。実際の条件は次のとおりである。
＜使用設備＞
設備：Ｐａｎａｓｏｎｉｃ  ＬＰ−ＭＡ０５
対象：直列４気筒型エンジンヘッド
処理範囲：図１６に示す底面４２（４気筒分）
＜設定条件（通常膜厚部）＞
出力：８０Ｗ
ピッチ幅：５０μｍ
スキャン速度：９００ｍｍ／ｓｅｃ
印字パルス：１０μｓ
線径：７０μｍ
＜設定条件（薄膜部。図１６の環状領域）＞
出力：８０Ｗ
ピッチ幅：７０μｍ
スキャン速度：１５００ｍｍ／ｓｅｃ
印字パルス：１０μｓ
線径：７０μｍ
【００３５】
２．シリンダヘッドの底面に対する溶射処理
シリンダヘッドにマスキングを装着後、エリコンメテコ製のプラズマ溶射装置によって溶射処理を行った。溶射処理に際しては、溶射膜が５０μｍの中間層と２５０μｍの遮熱層の二層構造となるように条件を調整した。実際の条件は次のとおりである。
（１）中間層
＜材料＞
Ｎｉ−２０Ｃｒ  平均粒径：２８μｍ
＜溶射条件＞
プラズマガス：Ａｒ−Ｈ２，ガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ（Ａｒ），４Ｌ／ｍｉｎ（Ｈ２）
プラズマ電流：４５０Ａ
粉末供給量：３０ｇ／ｍｉｎ
溶射距離：１５０ｍｍ
（２）遮熱層
＜材料＞
ＺｒＯ２  ３３％ＳｉＯ２  平均粒径：２７μｍ
＜溶射条件＞
プラズマガス：Ａｒ−Ｈ２，ガス流量：６０Ｌ／ｍｉｎ（Ａｒ），７Ｌ／ｍｉｎ（Ｈ２）
プラズマ電流：４５０Ａ
粉末供給量：５０ｇ／ｍｉｎ
溶射距離：１００ｍｍ
【００３６】
３．仕上げ処理
遮熱層の膜厚を調整するため、平面研削盤によってヘッド未加工面を基準にして７０μｍの膜厚さになるように研削を行った。研削後の膜表面の表面粗さＲａは１．５．μｍであった。
【００３７】
以上の処理により、通常膜厚部の膜厚６０μｍ、薄膜部の膜厚３０μｍ（＝通常膜厚部の膜厚の５０％）の溶射膜を形成した。図１７に、実際に得られた溶射膜の外観とイメージ断面を示す。なお、通常膜厚部の膜厚は、正味燃料消費率の改善率を最大にする最適値（図３参照）を採用した。
【００３８】
４．溶射膜の評価結果
上述の処理により得た溶射膜と、比較対象の溶射膜の燃費効果について評価した。比較対象の溶射膜は、膜厚を６０μｍで均一にした以外は上述の処理と同様にして形成した。溶射膜の諸元は下記表１のとおりである。なお、表１に示す「本発明」が上述の処理により得た溶射膜に相当し、「従来」が比較対象の溶射膜に相当している。
【００３９】
【表１】
2018009554.tif 000003
【００４０】
燃費効果の評価は、欧州の排ガステストサイクルであるＮＥＤＣ（Ｎｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ）に従った走行モードの代表点における燃費改善率（ベース比）を算出することにより行った。その結果、上述の処理により得た溶射膜は、低回転領域での燃費効果を維持したまま、高回転領域での燃費効果の低下を抑えることができることが確認された。また、モード全体を通じての比較では、上述の処理により得た溶射膜は、比較対象の溶射膜に対して燃費改善率（ベース比）が向上することが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１０，４０  シリンダヘッド
１２，４２，５２  底面
２２，４４  溶射膜
２２ａ，４２ａ  窪み
２４  シリンダブロック
２６  ピストン
５０  ワーク
【図１】
2018009554.tif 000004
【図２】
2018009554.tif 000005
【図３】
2018009554.tif 000006
【図４】
2018009554.tif 000007
【図５】
2018009554.tif 000008
【図６】
2018009554.tif 000009
【図７】
2018009554.tif 000010
【図８】
2018009554.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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