(57)【要約】【課題】エンジンの冷間始動時に燃焼室を構成する面での燃料液化を抑えて排気エミッションの改善を図ること。【解決手段】エンジンブロック１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド３を組み付けることにより構成される。シリンダブロック２のボア４には、アルミニウム合金製のピストン５が上下動可能に組み付けられる。このボア４と、ピストン５と、シリンダヘッド３とで囲まれた空間が燃焼室６となっている。ピストン５の頂面５ａには、燃料を浸透させるミクロ的に多孔質な被膜８が設けられる。被膜８は、数μｍ〜数十μｍの厚さを有し、二酸化珪素系又は酸化アルミニウム系の物質等を含む高輻射率物質より形成される。ピストン５の頂面５ａの反対側の底面にもミクロ的に多孔質な被膜を設けてもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室を構成する面の少なくとも一部に燃料が浸透する浸透部を設けたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
前記浸透部は、ミクロ的に多孔質であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
前記浸透部は、高輻射率物質より形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項４】
前記高輻射率物質は、少なくとも二酸化珪素（Ｓｉ０２）系又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系の物質を含むことを特徴とする請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記浸透部は、被膜であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項６】
前記浸透部は、数μｍ〜数十μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項７】
前記燃焼室を構成する面は、前記エンジンのシリンダに設けられたピストンの頂面を含み、その頂面に前記浸透部を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項８】
前記ピストンは、前記燃焼室に面しない底面を含み、その底面にミクロ的に凹凸な放熱部を設けたことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項９】
前記放熱部は、高輻射率物質より形成されることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項１０】
請求項７乃至９の何れか一つに記載のエンジンの燃焼室構造に使用されるピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの燃焼室を構成する面に改良を施したエンジンの燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レシプロエンジンのシリンダには、ピストンが設けられる。このピストンがシリンダ内を往復動することにより、エンジンが吸入、圧縮、爆発、排気の各作用をすることになる。このエンジンでは、シリンダヘッド底面、シリンダ内壁及びピストン頂面とで囲まれる空間により燃焼室が構成される。この燃焼室には、燃料又は混合気が導入され、それらが燃焼に供される。
【０００３】
一般に、エンジンの冷間始動時には、暖機の必要性から、エンジンの燃費や排気エミッションが悪化する傾向がある。暖機中に燃費が悪い理由として、エンジンの潤滑油温度が低くて粘度が高いことで機械損失が増すことと、冷機時にシリンダ内の燃料気化率が低いことで、良好な燃焼を維持するために暖機後よりも多目の燃料が供給されることが考えられる。暖機中に排気エミッションが悪い理由として、上記のように多目に供給される燃料がピストンの頂面やシリンダの内壁等に付着して液化し、未燃焼の燃料成分（ＨＣ等）の排出量が増えることが考えられる。特に、ピストンの頂面には、燃焼室に導入される燃料や混合気が直接ぶつかることが多く、燃料が付着しやすく、冷機時には燃料が液化しやすく気化し難い部位となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼室構造に関する技術では、燃焼室の構成面における燃料液化に着目した対策は特に見当たらず、燃焼室構成面に付着した燃料の気化を促進するような技術はこれまで特に提案されていない。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの冷間始動時に、燃焼室の構成面における燃料液化を抑えて、排気エミッションの改善を図ることを可能にしたエンジンの燃焼室構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの燃焼室を構成する面の少なくとも一部に燃料が浸透する浸透部を設けたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、燃焼室に導入されて燃焼室を構成する面に付着する燃料は、浸透部に浸透して捕捉され、その面上での燃料の液化が抑えられる。捕捉された燃料はその後の暖機に伴い順次蒸発することになる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、浸透部は、ミクロ的に多孔質であることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、浸透部がミクロ的に多孔質であることから、浸透部に捕捉された燃料は、その浸透部の中を毛管現象により拡がり、表面積が拡大されて燃料の蒸発が促進される。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、浸透部は、高輻射率物質より形成されることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、浸透部が高輻射率物質より形成されることから、浸透部の熱伝達が促進される。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、高輻射率物質は、少なくとも二酸化珪素（Ｓｉ０２）系又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系の物質を含むことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、高輻射率物質を二酸化珪素（Ｓｉ０２）系又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系の物質に特定することにより、被膜の熱伝達が促進される。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明において、浸透部は、被膜であることを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の作用に加え、燃焼室を構成する部品を製造した後、その表面に被膜を別途形成することにより浸透部が得られるので、構成部品に浸透部を一体に設ける必要がない。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の発明において、浸透部は、数μｍ〜数十μｍの厚さを有することを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５の何れか一つに記載の発明の作用に加え、浸透部が比較的薄いことから、熱応力による変形が起こり難い。又、浸透部が被膜である場合には、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも均一に形成される。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明において、燃焼室を構成する面は、エンジンのシリンダに設けられたピストンの頂面を含み、その頂面に浸透部を設けたことを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至６の何れか一つに記載の発明の作用において、ピストンの頂面に浸透部が設けられるので、燃焼室に導入されてピストンの頂面にぶつかる燃料が浸透部に浸透して捕捉され、その頂面上での燃料の液化が抑えられる。捕捉された燃料はその後の暖機に伴い順次蒸発することになる。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、ピストンは、燃焼室に面しない底面を含み、その底面にミクロ的に凹凸な放熱部を設けたことを趣旨とする。
【００２１】
上記発明の構成によれば、請求項７に記載の発明の作用に加え、燃焼室に面しないピストンの底面の表面積がミクロ的に凹凸な放熱部により拡大される。従って、ピストンの頂面では、燃焼室で発生する熱が浸透部を介して内部へ吸収されるが、ピストンの底面では、内部に吸収された熱が放熱部を介してクランク室側の空間へ効率よく放出される。これにより、ピストンの温度上昇が抑えられ、その頂面の温度上昇が抑えられる。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、放熱部は、高輻射率物質より形成されることを趣旨とする。
【００２３】
上記発明の構成によれば、請求項８に記載の発明の作用に加え、放熱部が高輻射率物質より形成されることから、放熱部の熱伝達が促進される。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至９の何れか一つに記載のエンジンの燃焼室構造に使用されるピストンであることを趣旨とする。
【００２５】
上記発明の構成によれば、このピストンをエンジンに使用することにより、請求項７乃至９の何れか一つに記載の発明の作用が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明のエンジンの燃焼室構造を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１に、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに使用されるエンジンブロック１の断面図をモデル化して示す。エンジンブロック１は、それぞれアルミニウム合金製のシリンダブロック２とシリンダヘッド３とにより構成される。シリンダブロック２のボア４には、アルミニウム合金製のピストン５が上下動可能に組み付けられる。このボア４の内面４ａと、ピストン５の頂面５ａと、シリンダヘッド３の底面（以下「ヘッド底面」と言う。）３ａとで囲まれた空間により燃焼室６が構成される。シリンダヘッド３の内部には、冷却用のウォータジャケット７が形成される。このウォータジャケット７を流れる冷却水によりシリンダヘッド３が冷却される。
【００２８】
一般に、実際のシリンダブロックには、複数のボアと複数のピストンが設けられるが、便宜上これらを省略して、図１のシリンダブロック２には、単に一つのボア４と一つのピストン５のみが示される（ピストン５の頂部付近のみが破断して示される。）。又、実際のシリンダヘッドの底面には、シリンダブロックの各ボアに対応して、凹部、吸気ポート及び排気ポート等が設けられるが、便宜上これらを省略して、図１のシリンダヘッド３には、単に平坦なヘッド底面３ａが示される。実際のウォータジャケットは複雑な形状を有するが、これを簡略化して、図１には、通直なウォータジャケット７が示される。
【００２９】
ここで、ピストン５の頂面５ａには、本発明の浸透部としてのミクロ的に多孔質な被膜８が形成される。この実施の形態で、被膜８は、数μｍ〜数十μｍの厚さを有する。この被膜８の厚さは、後述する燃料の捕捉量に適合させるために、数μｍ〜数十μｍの範囲の中で適宜設定すればよいが、より具体的には、「５〜３０μｍ」の厚さが有効である。
【００３０】
この実施の形態で、被膜８は、高輻射率物質により形成される。高輻射率物質とは、吸熱効率及び放熱効率の高い物質である。この高輻射率物質として、少なくとも二酸化珪素（Ｓｉ０２）系又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系の物質を含む物質を使用することができるが、この実施の形態では、高輻射率物質として、二酸化珪素のみが使用される。この場合の最適膜厚は「１０〜２０μｍ」であり、被膜８の輻射率に相当する赤外線放射率は「０．８７」である。
【００３１】
この実施の形態では、被膜８を形成するために「電解析出法」が採用される。この電解析出法では、先ず、アルカリ洗浄剤の中でピストン５の脱脂が行われる。次に、常温の水中でピストン５の洗浄が行われる。次に、ピストン５の頂面を除いて、ピストン５の表面にマスキングを施す。その後、高輻射率物質を主成分とする電解溶液中にピストン５が浸され、そのピストン５が陽極として通電される。これにより、目的とする頂面５ａのみにセラミックスの析出が起こり、被膜８が形成される。その後、マスキングを除去することにより、頂面５ａに被膜８を設けたピストン５が得られる。
【００３２】
図２には、図１に破線円で囲んだ部分を拡大して示す。電解析出法を実施したときの初期段階には、図２に示すように、ピストン５である基材１０上に、いわゆるアルマイト層１１が形成される。その後、通電を継続すると、セラミックスとの混在層である共析被膜層１２が形成される。続いて、共析被膜層１２が成長することにより、ミクロ的に多孔質なセラミック層１３が形成される。このようにして３層構造の被膜８が形成される。図２に示すように、各層１１〜１３の間の境界は明確ではない。
【００３３】
被膜８の形成は、通常、常温の水中で行われる。従って、被膜８を形成するために高温で焼成することがないので、ピストン５が熱により変形することがなく、ピストン５の寸法精度を損なうことがない。このことが、アルミニウム合金製のピストン５に対する被膜８の形成を容易にしている。又、電解析出法は、均一析出性にも優れるので、頂面５ａの形状が複雑な場合でも処理を容易にしている。
【００３４】
図３には、本実施の形態の被膜の表面を拡大した参考写真を示す。この写真からも明らかなように、被膜の表面は多孔質であるが、基材に対して非直線的であり、ピンホール状ではなく、孔形状は、概ね不規則であることが分かる。孔径は被膜の材質により異なるが、一般には、二酸化珪素系の物質で大きく、酸化アルミニウム系の物質で、サブミクロンオーダと小さく緻密になる傾向がある。
【００３５】
ここで、二酸化珪素系の被膜では、良好な耐食性が得られる。被膜が多孔質でありながら耐食性が良いのは、図２に示すように、基材１０とセラミック層１３との界面に生成している共析被膜層１２が緻密であることによるものと考えられる。又、図２に示すように、被膜８は、基材１０の表面に対して、アルミニウムの陽極酸化被膜、即ち、アルマイト層１１を介して傾斜的に結合していることから、基材１０からの剥離が生じることはなく、基材１０に対する密着性が良好である。加熱と冷却を繰り返すヒートサイクルによっても剥離が生じることはない。被膜８の耐熱性は良好であり、本実施の形態のように基材１０がアルミニウム合金製の場合には、基材１０よりも高い耐熱性を示すことになる。
【００３６】
以上説明した本実施の形態のエンジンの燃焼室構造によれば、燃焼室６に面するピストン５の頂面５ａに燃料を浸透させる浸透部として被膜８が設けられる。従って、燃焼室６に導入されてピストン５の頂面５ａにぶつかる燃料が被膜８に浸透して捕捉され、その頂面５ａ上での燃料の液化が抑えられる。被膜８に捕捉された燃料は、その後の暖機に伴い順次蒸発することになる。このため、エンジンの冷間始動時には、ピストン５の頂面５ａでの燃料液化が抑えられて、未燃焼の燃料成分（ＨＣ等）の発生を抑えることができ、排気エミッションを改善することができる。
【００３７】
しかも、この実施の形態では、浸透部としてミクロ的に多孔質な被膜８が採用されるので、被膜８に捕捉された燃料はミクロ的に多孔質な被膜８の中を毛管現象により拡がり、その表面積が拡大されて燃料の蒸発（気化）が促進される。このため、燃料気化が促進される分だけ、捕捉された燃料を早めに燃焼させることができ、未燃焼の燃料成分（ＨＣ等）の発生を更に低減させることができる。
【００３８】
ここで、ピストン５の頂面５ａでの燃料気化を想定した実験について説明する。この実験では、図４，５に示すように、アルミニウム合金製のプレート２１の上面２１ａに上記と同様の被膜８を形成してテストピース２２とした。又、図６に示すように、アルミニウム合金製のプレートのみよりなる対照ピース３０を準備した。そして、図４に示すように、常温雰囲気中で、テストピース２２を天秤２３の上に載せ、プレート２１の上に「約２０ｍｇ」のガソリン２４を滴下し、そのテストピース２２の重量を天秤２３で経時的に計測した。対照ピースについても同様の計測を行った。
【００３９】
図５，６に、ガソリン滴下後のテストピース２２と対照ピース３０のガソリン２４の状態を示す。図５に示すように、テストピース２２では、滴下したガソリン２４が被膜８に浸透して拡がり、そのガソリン２４の表面積が拡大した。これは、滴下されたガソリン２４の液滴がミクロ的に多孔質な被膜８の上を毛管現象により拡がることによるものと考えられる。一方、図６に示すように、対照ピース３０では、滴下したガソリン２４が液滴状に集まった。
【００４０】
図７には、テストピース２２と対照ピース３０に関する上記計測結果をガソリン残存重量率として比較して表に示す。図８に、図７の表をグラフに示す。図７，８から明らかなように、テストピース２２と対照ピース３０のガソリン残存量率はともに経時的に低下し、計測開始後１００秒前後までは急激に低下し、その後は緩やかに低下した。計測開始後１００秒のガソリン残存重量率は、テストピース２２では「１７．３％」となり、対照ピースの「４０．４％」より「２３．１％」だけ低かった。又、計測開始後２１０秒のガソリン残存重量率は、テストピース２２では「１１．３％」となり、対照ピースの「３１．９％」より「２０．６％」だけ低かった。計測開始後１０秒からの各計測タイミングにおける両ピースのガソリン残存重量率の差は「１９．６〜２４．３％」の範囲で変動したが、概ね「２０％」の差を示し、テストピース２２の方が対照ピースよりもガソリンが蒸発し易いことが分かる。
【００４１】
この実験結果から、本実施の形態のピストン５についても、冷間時にピストン５の頂面５ａに付着した燃料は、その頂面５ａの上で液滴化することなく被膜８に浸透し、浸透後も蒸発が促進されて、効率的に気化することが推測できる。このことにより、燃焼室６での未燃焼の燃料成分（ＨＣ等）の排出量を抑えることができ、エンジンの排気エミッションを改善できる。
【００４２】
ここで、本実施の形態のピストン５を使用したテストエンジンと、従来例のピストンを使用した対照エンジンとにつき、冷間始動時における未燃焼の燃料成分（ＴＨＣ）の排出量の経時変化を比較して図９にグラフにより示す。このグラフから明らかなように、テストエンジン及び対照エンジンともに、始動直後にＴＨＣの排出量は急増し、時刻ｔ１をピークに減少し、その後に安定することが分かる。このグラフから明らかなように、全般を通じて、テストエンジンの方が対照エンジンよりもＴＨＣの排出量が少なく、時刻ｔ１のピーク時には、概ね半分になることが分かる。このように、本実施の形態のエンジンの燃焼室構造において、上記のピストン５を使用することにより、エンジンの排気エミッションを大幅に改善することができた。
【００４３】
この実施の形態のピストン５では、その頂面５ａに対し、単に電解析出法により薄い被膜８を形成するだけなので、比較的簡易な構成により燃料の液滴化を防止して排気エミッションを改善することができ、しかも被膜８について高い信頼性を確保することができる。
【００４４】
この実施の形態では、被膜８の厚さが数μｍ〜数十μｍと比較的薄く、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも容易に均一に形成される。このことから、ピストン５の頂面５ａが複雑な凹凸形状を有する場合でも、その形状に対応して高品質な被膜８を設けることができる。又、被膜８の耐久性を向上させることができ、被膜８の効果を長期間にわたって持続させることができる。
【００４５】
この実施の形態では、ミクロ的に多孔質な被膜８が高輻射率物質、即ち、二酸化珪素により形成されることから、その被膜８の熱伝達が、ミクロ的に多孔質であることによる被膜８の表面積拡大の効果と相俟って更に促進される。従って、ピストン５の頂面５ａでは、被膜８による熱の吸収効率が高められる。このため、被膜８を速やかに温度上昇させることができ、その分だけ被膜８に捕捉された燃料の気化を促進することができ、燃料を早めに燃焼させることができ、未燃焼の燃料成分の発生を更に低減させることができる。
【００４６】
この実施の形態では、ピストン５の頂面５ａに対する被膜８の密着性が良好であることから、化学的にも安定となり、酸性度の高い水気に対しても安定した耐食性を得ることができ、アルミニウム合金製のピストン５の頂面５ａに腐食による欠損が生じることを防止することができる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明のエンジンの燃焼室構造を具体化した第２の実施の形態を図面に従って説明する。尚、本実施の形態を含む以下の各実施の形態で、前記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４８】
図１０には、図１に準ずるエンジンブロック１の断面図を示す。図１０に示すように、この実施の形態のピストン５では、燃焼室６に面する頂面５ａと、燃焼室６に面しない底面５ｂの両方に被膜８が設けられる点で、第１の実施の形態と構成が異なる。ここで、ピストン５の底面５ｂとは、ピストンスカート部の下端面とそのスカート部の内側面を含むものであり、ピストン５の外周面を除いたクランク室側に面する部分を意味する。図１０では、便宜上、ピストン５の底面５ｂが簡略化して示される。この実施の形態で、ピストン５の底面５ｂに設けられたミクロ的な多孔質な被膜８は、本発明のミクロ的に凹凸な放熱部に相当する。
【００４９】
従って、この実施の形態でも、ピストン５の頂面５ａにミクロ的に多孔質な被膜８が設けられるので、その被膜８により、頂面５ａでの燃料の気化促進と、それによる排気エミッションの改善に関し、第１の実施の形態のピストン５と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
それに加えて、この実施の形態では、ピストン５の頂面５ａと底面５ｂの両方にミクロ的に多孔質な被膜８が設けられることから、それら頂面５ａ及び底面５ｂの表面積が、それぞれ被膜８により拡大されることになる。従って、ピストン５の頂面５ａでは、燃焼室６で発生する熱が被膜８を介してピストン５の内部へ効率良く吸収されることになり、底面５ｂでは、ピストン５の内部に吸収された熱が被膜８を介してクランク室側の空間へ効率よく放出されることになる。このため、ピストン５それ自体は、吸熱により暖まり易く、放熱により冷め易くなり、その結果としてピストン５の温度上昇を抑えることができる。これにより、ピストン５の頂面５ａの温度上昇が抑えられ、その頂面５ａと底面５ｂとの間の温度勾配が小さくなる。この結果、ピストン５の頂面５ａと底面５ｂとの間の熱膨張歪みを抑えることができる。
【００５１】
ここで、ピストン５の加熱を想定した加熱実験について説明する。この実験では、図１１に示すように、アルミニウム合金製のプレート４１の上面４１ａ及び下面４１ｂに上記と同様の被膜８を形成してテストピース４２とした。又、アルミニウム合金製のプレートのみの対照ピース（図示略）を準備した。そして、６００Ｗの電気ヒータを熱源４３として、テストピース４２を、その下面４１ｂから加熱し、その下面４１ｂの温度変化を計測した。対照ピースについても同様の計測を行った。
【００５２】
図１２に、テストピース４２の計測結果を、図１３に、対照ピースの計測結果をそれぞれグラフに示す。図１２，１３から明らかなように、加熱開始後２０００秒の到達温度は、テストピース４２では「３３０℃」であり、対照ピースの「３７０℃」より「４０℃」低く、テストピース４２の方が暖まり難いことが分かる。又、図１２，１３から明らかなように、最高温度は、テストピース４２で「３５５℃」であり、対照ピースの「４６５℃」より「１１０℃」低く、テストピース４２の方で温度上昇が大幅に抑えられていることが分かる。この実験結果から、本実施の形態のピストン５について、燃焼室６の加熱から頂面５ａの温度上昇を有効に抑えらることが推測できる。
【００５３】
この実施の形態のピストン５では、その頂面５ａと底面５ｂに対して、電解析出法により単に薄い皮膜８を形成するだけなので、比較的簡易な構成により熱膨張歪みを低減させることができ、その被膜８について高い信頼性を確保することができる。
【００５４】
この実施の形態では、被膜８が数μｍ〜数十μｍの厚さであることから、被膜８は比較的薄く、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも容易に均一に形成される。このことから、ピストン５の頂面５ａ及び底面５ｂが複雑な凹凸形状を有する場合でも、その形状に対応して高品質な被膜８を設けることができる。又、被膜８の耐久性を向上させることができ、被膜８の効果を長期間にわたって持続させることができる。
【００５５】
この実施の形態では、ピストン５の頂面５ａ及び底面５ｂに設けられるミクロ的に多孔質な被膜８が高輻射率物質、即ち、二酸化珪素により構成されることから、それら被膜８の熱伝達が、ミクロ的に多孔質であることによる被膜８の表面積拡大の効果と相俟って更に促進される。従って、ピストン５の頂面５ａでは、被膜８による熱の吸収効率が高められ、ピストン５の底面５ｂでは、被膜８による熱の放出効率が高められる。このことにより、ピストン５の温度上昇をより速やかに抑えることができ、燃焼室６の温度が急速に上昇する場合でも、それに対応してピストン５の頂面５ａと底面５ｂとの間の熱膨張歪みを抑えることができる。
【００５６】
この実施の形態のピストン５では、燃焼室６で発生する熱が被膜８を介して内部へ効率良く吸収され、その内部から被膜８を介して効率良くクランク室側の空間へ放出されるので、燃焼室６における過剰な温度上昇を抑えることができる。このことにより、エンジンにおけるノッキングの発生を抑制することができ、空気の吸入効率を向上させることができる。
【００５７】
この実施の形態では、ピストン５に対する被膜８の密着性が良好であることから、化学的にも安定となり、酸性度の高い水気に対しても安定した耐食性を得ることができ、アルミニウム合金製のピストン５の頂面５ａ及び底面５ｂに腐食による欠損が生じることを防止することができる。このことから、繰り返しのヒートサイクルからの熱応力によるピストン５の頂面５ａと底面５ｂにおける亀裂の発生を防止することができる。
【００５８】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００５９】
（１）前記各実施の形態では、ピストン５の頂面５ａを、燃焼室６を構成する面の一部とし、その頂面５ａのみに浸透部としてのミクロ的に多孔質な被膜８を設けた。これに対し、ピストン５の頂面５ａに加え、燃焼室６を構成するヘッド底面３ａやボア４の内面４ａにも浸透部としての被膜を設けてもよい。或いは、ヘッド底面３ａ又はボア４の内面４ａのみに浸透部としての被膜を設けたり、頂面５ａ、ヘッド底面３ａ及び内面４ａのうち何れか二つの面に浸透部としての被膜を設けたりしてもよい。但し、ボア４の内面４ａに設けられる浸透部は、ピストン５との摺接を回避できる位置に配置すべきである。
【００６０】
（２）前記各実施の形態では、ミクロ的に多孔質な被膜８を燃料が浸透する浸透部として設けた。これに対し、ミクロ的に多孔質な被膜以外の構成、例えば、毛細管現象が得られる緻密な不織布状の被膜を浸透部として設けたり、浸透部を設ける基材表面の形質を改良（例えば、エッチングと熱処理等を組み合わせた行程による改良等）したりしてもよく、燃料の浸透が許容される浸透部であればピストン（基材）と別材料のものであっても同一材料のものであってもよい。
ここで、頂面にミクロ的に多孔質な被膜以外の浸透部が設けられ、底面にミクロ的に多孔質な被膜が設けられるピストンにあっては、燃焼室に面しない底面の表面積がミクロ的に多孔質な被膜により拡大されることになる。従って、ピストンの頂面では、燃焼室で発生する熱が浸透部を介して内部へ吸収されるが、ピストンの底面では、内部に吸収された熱がミクロ的に多孔質な被膜を介してクランク室側の空間へ効率よく放出される。このため、ピストン自体が暖まり難く、ピストンの頂面の温度上昇が抑えられ、その頂面と底面との間の温度勾配が小さくなる。この結果、ピストンの熱膨張や割れに関する効果や、エンジンのノッキングや空気吸入効率に関する効果として、第２の実施の形態と同じような効果を得ることができる。
【００６１】
（３）前記各実施の形態では、高輻射率物質として、二酸化珪素（Ｓｉ０２）を使用したが、高輻射率物質として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を使用したり、二酸化珪素と酸化アルミニウムの合成物を使用したり、二酸化珪素又は酸化アルミニウムとその他の物質の合成物を使用したりすることもできる。
【００６２】
（４）前記各実施の形態では、本発明をアルミニウム合金製のピストン５に具体化したが、マグネシウム合金製のピストンに具体化してもよい。
【００６３】
（５）前記各実施の形態では、被膜８の有効な厚さを「５〜３０μｍ」としたが、この厚さは、燃焼室の大きさに応じて数μｍ〜数十μｍの範囲で適宜決定することができる。
【００６４】
（６）前記第２の実施の形態では、ピストン５の底面５ｂに、ミクロ的に多孔質な被膜８によりミクロ的に凹凸な放熱部を設けた。これに対し、放熱部は、被膜でなくてもよく、ピストンの底面に直に形成されたミクロ的な凹凸であってもよい。
【００６５】
（７）前記各実施の形態では、浸透部又は放熱部としてのミクロ的に多孔質な被膜８を高輻射率物質により形成した。これに対し、この浸透部又は放熱部を高輻射率物質により形成することなく、単にミクロ的に多孔質又はミクロ的に凹凸な構成のみとすることもできる。この場合でも、ミクロ的に多孔質又はミクロ的に凹凸な構成による浸透部又は放熱部の表面積拡大によってピストン等の基材からの放熱を促進することができる。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンの燃焼室を構成する面の少なくとも一部に燃料が浸透する浸透部を設けたので、エンジンの冷間始動時に、燃焼室を構成する面での燃料液化を抑え、そのエンジンにつき未燃焼の燃料成分の排出を抑えて排気エミッションを改善することができる。
【００６７】
請求項２に記載の発明によれば、浸透部がミクロ的に多孔質であることから、浸透部に捕捉された燃料の表面積が拡大されて燃料の蒸発が促進される。このため、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料の蒸発が促進される分だけ、捕捉された燃料を早めに燃焼させることができ、未燃焼の燃料成分の発生を更に低減させることができる。
【００６８】
請求項３に記載の発明によれば、浸透部が高輻射率物質より形成されることから、浸透部による熱の吸収効率が高められる。このため、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、浸透部を速やかに温度上昇させることができ、その分だけ放熱部に捕捉された燃料の蒸発を促進することができ、燃料を早めに燃焼させることができ、未燃焼の燃料成分の発生を更に低減させることができる。
【００６９】
請求項４に記載の発明によれば、高輻射率物質を、少なくとも二酸化珪素系又は酸化アルミニウム系の物質を含むものとしたので、請求項３に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
請求項５に記載の発明によれば、浸透部を被膜としたので、請求項１乃至４の何れか一つの発明の効果に加え、燃焼室の構成部品に対して浸透部を別途形成することが可能となり、その構成部品の表面に対して比較的容易に浸透部を設けることができる。
【００７１】
請求項６に記載の発明によれば、浸透部の厚さを数μｍ〜数十μｍとしたので、請求項１乃至５の何れか一つに記載の発明の効果に加え、浸透部の熱応力による変形が起こり難くなり、燃焼室を構成する面に設けられる浸透部の耐久性を向上させることができる。又、浸透部が被膜である場合には、熱応力による剥離が起こり難くなり、被膜の効果を長期間にわたって持続させることができる。
【００７２】
請求項７に記載の発明によれば、ピストンの頂面に浸透部が設けられるので、請求項１乃至６の効果において、エンジンの冷間始動時に、ピストンの頂面での燃料液化を抑え、そのエンジンにつき未燃焼の燃料成分の排出を抑えて排気エミッションを改善することができる。
【００７３】
請求項８に記載の発明によれば、ピストンの底面にミクロ的に凹凸な放熱部を設けたので、請求項７に記載の発明の効果に加え、ピストンの温度上昇を抑えることができ、ピストンの頂面と底面との間の熱膨張歪みを抑えることができる。
【００７４】
請求項９に記載の発明によれば、放熱部が高輻射率物質より形成されるので、放熱部からの熱放出効率が高められる。このため、請求項８に記載の発明の効果に加え、ピストンの温度上昇をより速やかに抑えることができ、ピストンの頂面と底面との間の熱膨張歪みを抑えることができる。
【００７５】
請求項１０に記載の発明によれば、このピストンをエンジンに使用することにより、請求項７乃至９の何れか一つに記載の発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、エンジンブロックをモデル化して示す断面図である。
【図２】同じく、被膜の部分を示す拡大断面図である。
【図３】同じく、被膜の表面を拡大して示す参考写真である。
【図４】同じく、蒸発実験を示す概念図である。
【図５】同じく、テストピースを示す概念図である。
【図６】同じく、対照ピースを示す概念図である。
【図７】同じく、測定結果を示す表である。
【図８】同じく、測定結果を示すグラフである。
【図９】同じく、未燃焼燃料成分の排出量の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】第２の実施の形態に係り、エンジンブロックをモデル化して示す断面図である。
【図１１】同じく、加熱実験を示す概念図である。
【図１２】同じく、テストピースの温度変化を示すグラフである。
【図１３】同じく、対照ピースの温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　エンジンブロック
３ａ　ヘッド底面
４ａ　内面
５　　ピストン
５ａ　頂面
５ｂ　底面
６　　燃焼室
８　　被膜
【図１】
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【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】
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【図８】
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【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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