(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッド、シリンダブロック及びピストンによって形成される、該ピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積を調整する方法であって、
上記シリンダヘッドにおける上記燃焼室を形成する燃焼室形成部の内面と上記ピストンの少なくとも頂面に遮熱膜を形成する工程と、
上記シリンダヘッドの上記遮熱膜を有する燃焼室形成部の容積を測定する工程と、
上記燃焼室形成部の容積が所定の許容範囲外であるときに、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるように、上記燃焼室の容積を調整する工程とを備え、
上記燃焼室の容積調整工程では、各々トップランドに異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランドの外径が異なるようにされた複数のピストンを準備しておき、この複数のピストンのうちから上記シリンダヘッドに組み合わせるピストンを選定することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにすることを特徴とする遮熱膜付エンジン燃焼室容積の調整方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記燃焼室の容積を調整する工程では、さらに、上記シリンダヘッドの上記燃焼室形成部のスキッシュエリアの遮熱膜を追加工することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにすることを特徴とする遮熱膜付エンジン燃焼室容積の調整方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記シリンダブロックのボア面におけるピストンリングが当たらない上部に遮熱膜を形成しておき、
上記燃焼室の容積を調整する工程では、さらに、上記シリンダブロックのボア面上部の遮熱膜を追加工することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにすることを特徴とする遮熱膜付エンジン燃焼室容積の調整方法。
【請求項４】
請求項３において、
上記シリンダブロックのボア面におけるピストンリングが当たらない上部には、上記遮熱膜を予め設計値よりも厚く形成しておくことを特徴とする遮熱膜付エンジン燃焼室容積の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遮熱膜付エンジン燃焼室容積の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒エンジンにおいては、各気筒の燃焼室の圧縮比を所定範囲に収めることが重要になる。例えば、圧縮比が小さな気筒があると、エンジンの熱効率が低くなる。また、圧縮比が高い気筒があると、気筒間の燃焼のバランスが崩れ、振動や騒音の原因となる。圧縮比を所定範囲に収めるためのエンジンの燃焼室容積の調整方法の一例が特許文献１に記載されている。それは、鋳造によって得たシリンダヘッドのシリンダブロックとの合わせ面を切削加工し、この合わせ面からシリンダヘッドの燃焼室壁面の所定の基準面までの高さを計測し、この高さに基づいて燃焼室壁面に予め設けた余肉部を追加工する（余肉部の削り代を調整する）というものである。
【０００３】
一方、従来より、シリンダヘッドの燃焼室壁面やピストン頂面等に遮熱膜を形成して、エンジンの熱効率を向上させる提案は知られている。例えば、特許文献２には、マトリックス樹脂中にマイクロバブルを分散させた塗料をエンジンの燃焼室を形成する部品に塗布して遮熱膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５６７３０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エンジンの燃焼室形成部品に遮熱材を塗布して遮熱膜を形成する場合、その塗布という作業の性質上、遮熱膜を設計値通りの厚さにすることは一般に難しい。そのため、遮熱膜付エンジンでは、燃焼室の容積が設計値からずれ、各気筒の燃焼室の圧縮比にバラツキを生じ易い。これに対して、特許文献１に記載されているように、シリンダヘッドの燃焼室壁面に余肉部を設けて追加工することが考えられる。しかし、その追加工によって遮熱膜が部分的に薄くなり、或いは遮熱膜が部分的に削り取られて、燃焼室の遮熱性が低下する結果となる。また、そのような余肉部を設けることが設計上難しいケースもある。
【０００６】
従って、遮熱膜付エンジンにおいては、遮熱性の低下を抑えながら、圧縮比を所定範囲に収めることが求められる。本発明はこの課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、シリンダヘッドの遮熱膜を設けた燃焼室形成部の容積を測定し、これに基いて適合するピストンを選定することにより、エンジン燃焼室の容積を調整するようにした。
【０００８】
すなわち、ここに開示する方法は、エンジンのシリンダヘッド、シリンダブロック及びピストンによって形成される、該ピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積を調整する方法であって、
上記シリンダヘッドにおける上記燃焼室を形成する燃焼室形成部の内面と上記ピストンの少なくとも頂面に遮熱膜を形成する工程と、
上記シリンダヘッドの上記遮熱膜を有する燃焼室形成部の容積を測定する工程と、
上記燃焼室形成部の容積が所定の許容範囲外であるときに、上記燃焼室の容積を所定の許容範囲に収まるように調整する工程とを備え、
上記燃焼室の容積調整工程では、各々トップランドに異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランドの外径が異なるようにされた複数のピストンを準備しておき、この複数のピストンのうちから上記シリンダヘッドに組み合わせるピストンを選定することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにすることを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、シリンダヘッドの燃焼室形成部の内面とピストンの少なくとも頂面に遮熱膜を形成するから、エンジン燃焼室の遮熱要求に応えることが容易になる。そうして、各々トップランドに異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランドの外径が異なるようにされた複数のピストンを準備しておき、この複数のピストンのうちから上記シリンダヘッドに組み合わせるべきピストンを選定することによって、上記燃焼室の容積を許容範囲に収めるから、エンジンの遮熱性を損なうことなく、エンジンの各気筒の圧縮比を所定範囲に収めることができる。また、遮熱膜の膜厚の調整によってトップランドの外径が異なる複数のピストンを準備することができ、その準備が簡便になる。
【００１０】
好ましい実施形態の一つでは、上記燃焼室の容積を調整する工程において、さらに、上記シリンダヘッドの上記燃焼室形成部のスキッシュエリアの遮熱膜を追加工することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにする。ここに、シリンダヘッドのスキッシュエリアは、ピストンが圧縮上死点にきたときに燃焼室の周辺側にある混合気を点火プラグ付近に押し出す部分であり、遮熱要求度は低いことから、該スキッシュエリアの遮熱膜が薄くなることはエンジンの熱効率に大きく影響しない。
【００１１】
上記燃焼室の容積を調整する工程では、さらに、上記ピストンの燃焼室を形成する面、及び／又は上記シリンダブロックの燃焼室を形成する面を追加工することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにしてもよい。その追加工面は遮熱膜が形成されていても、遮熱膜が形成されていなくてもよい。つまり、追加工面に遮熱膜が形成されているときは、その遮熱膜を切削することになり、追加工面に遮熱膜が形成されていないときは、ピストン及び／又はシリンダヘッドの本体を切削することになる。
【００１２】
好ましい実施形態の一つは、上記シリンダブロックのボア面におけるピストンリングが当たらない上部に遮熱膜を形成しておき、上記燃焼室の容積を調整する工程では、さらに、上記シリンダブロックのボア面上部の遮熱膜を追加工することによって、上記燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにする。遮熱膜の形成により、エンジンの遮熱性確保に有利になる。この場合、追加工によって遮熱膜が薄くなっても、ピストンのトップランドやシリンダブロックのボア面の遮熱要求度は低いから、エンジン全体としてみたときの遮熱性には大きな影響が出ない。ここで、「上記シリンダブロックのボア面におけるピストンリングが当たらない上部」を換言すれば、ピストンが上死点位置にあるときにそのピストントップランド部分の面と対面するボア面である。
【００１３】
好ましいのは、上記シリンダブロックのボア面におけるピストンリングが当たらない上部には、上記遮熱膜を予め設計値よりも厚く形成しておくことである。
【００１４】
すなわち、シリンダヘッドの燃焼室形成部の容積が許容範囲の上限値を超えている場合は、その超過分を埋め合わせする（燃焼室容積を小さくする方向に調整する）必要があるところ、遮熱膜の厚さが設計値通りであれば、その遮熱膜を切削すると、かえって燃焼室容積が許容範囲を超えて拡大することになる。
【００１５】
これに対して、遮熱膜を予め設計値よりも厚く形成しておくと、遮熱膜を切削後も設計値よりも大きい厚さに残すことが可能になるから、シリンダヘッドの燃焼室形成部の容積が許容範囲の上限値よりも大きい場合でも、遮熱膜の切削によって燃焼室容積を許容範囲に収まるように調整することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリンダヘッドの燃焼室形成部とピストンの少なくとも頂面に遮熱膜を形成し、シリンダヘッドの遮熱膜を有する燃焼室形成部の容積が所定の許容範囲外であるときに、予め準備した各々トップランドに異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランドの外径が異なるようにされた複数のピストンのうちから上記シリンダヘッドに組み合わせるピストンを選定することにより、燃焼室の容積が所定の許容範囲に収まるようにしたから、エンジンの遮熱性を損なうことなく、エンジンの各気筒の圧縮比を所定範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン構造を示す断面図。
【図２】同エンジンのシリンダヘッドの燃焼室形成部を示す下面図。
【図３】ピストン及びシリンダライナに形成された遮熱膜を模式的に示す断面図。
【図４】本発明に係る調製方法の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１９】
＜エンジンの燃焼室＞
図１に示す直噴エンジンＥは４バルブエンジンであり、同図において、１はピストン、３はシリンダブロック、５はシリンダヘッド、７はシリンダライナ、９はシリンダヘッド５の吸気ポート１１を開閉する吸気バルブ、１３は排気ポート１５を開閉する排気バルブ、１７は燃料噴射弁である。ピストン１の頂面には、キャビティ１９が形成されている。ピストン１の上部にはピストンリング２１が嵌められている。吸排気ポート１１，１５の開口部にはバルブシート２２が圧入されている。
【００２０】
エンジンＥの燃焼室は、厳密には、シリンダヘッド５のペントルーフ型の燃焼室形成部１０、ピストン１のトップランド２３から頂面にわたる部分、シリンダブロック３のシリンダライナ７のボア面におけるピストンリング２１が当たらない上部、並びに吸排気バルブ９，１３のバルブヘッド面（燃焼室に臨む面）によって形成される。
【００２１】
図２に示すように、シリンダヘッド５の中央に燃料噴射弁１７の取付孔２４が配設されている。また、点火プラグの図示は省略しているが、シリンダヘッド５の２つの吸気口２７，２７間に点火プラグ取付孔２９が配設されている。なお、符号２５は排気口であり、これら２つの排気口２５，２５間にも点火プラグ取付孔２９が配設されていてもよい。また、本実施形態のエンジンＥでは、燃焼室周辺部の２箇所、すなわち、燃焼室中央からみて相並ぶ２つの吸気口２７，２７よりも外側と、相並ぶ２つの排気口２５，２５よりも外側に、それぞれ圧縮上死点付近でスキッシュ流を生じさせる欠円状のスキッシュエリア３０，３０が設けられている。
【００２２】
上記エンジンＥにおいては、その熱効率を高めるために、シリンダヘッド５の燃焼室形成部１０の内面とピストン１の少なくとも頂面に遮熱膜が形成される。好ましくは、ピストン１のトップランド２３、シリンダライナ７のボア面におけるピストンリング２１が当たらない上部(ピストン１のトップランド２３に対面するボア面)、及び／又は吸排気バルブ９，１３のバルブヘッド面にも遮熱膜が形成される。
【００２３】
図３は一例としてピストン１の頂面及びトップランド２３、並びにシリンダライナ７のボア面におけるピストンリング２１が当たらない上部に形成された遮熱膜３１を模式的に示す。同図において、３３はピストンリング溝である。遮熱膜３１は、マトリックス樹脂（シリコーン）に多数の無機酸化物の中空状粒子を分散させてなる。
【００２４】
＜燃焼室容積の調整方法＞
以下、ピストン１が上死点にあるときの燃焼室の容積Ｂを調整する方法を説明する。その基本的流れは図４に示すとおりである。
【００２５】
[燃焼室形成部の加工]（ステップＳ１）
シリンダヘッド５の燃焼室形成部１０の内面（燃焼室を形成する面）を機械加工する。すなわち、吸気口２７及び排気口２５のバルブシート圧入部を除いて当該内面を全面加工する。
【００２６】
[遮熱膜の形成]（ステップＳ２）
シリンダヘッド５の燃焼室形成部１０の内面とピストン１の少なくとも頂面に遮熱膜３１を形成する。すなわち、マトリックス樹脂材に多数の無機酸化物の中空状粒子を分散させてなる遮熱材を遮熱膜形成部に塗布し、マトリックス樹脂材を加熱硬化させることによって、上記遮熱膜３１を形成する。ピストン１のトップランド２３にも遮熱膜を形成する。この場合、後述の燃焼室容積Ｂの調整のために、各々トップランド２３に異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランド２３の外径が異なるようにされた複数のピストン１を準備する。必要に応じて、シリンダライナ７のボア面におけるピストンリング２１が当たらない上部にも遮熱膜を形成する。
【００２７】
[燃焼室形成部の容積測定]（ステップＳ３）
シリンダヘッド５の遮熱膜を有する燃焼室形成部１０の容積Ａを測定する。例えば、シリンダヘッド５におけるシリンダブロック３との合わせ面から燃焼室形成部１０の所定部位までの高さｈを計測し、この高さｈに燃焼室形成部１０の開口面積Ｓ及び所定の係数Ｋを乗算することによって、燃焼室形成部１０の容積Ａを求めることができる。
【００２８】
或いは、燃焼室形成部１０の内面に設定された複数点の位置座標を接触式三次元測定機によって求め、その位置座標の設計データからのずれに基いて設計データ上の燃焼室容積からの容積誤差量を算出して、その誤差量に基いて実際の燃焼室形成部１０の容積Ａを求めるようにしてもよい。或いは、レーザーや超音波を用いた非接触式位置センサによって容積Ａを求めるようにしてもよく、或いは、燃焼室形成部１０を撮影し、その画像処理によって容積Ａを求めるようにしてもよい。
【００２９】
[容積判定]（ステップＳ４）
燃焼室形成部１０の容積Ａが所定の許容範囲内（予め設定された上限値及び下限値の範囲内）にあるか否かを判定する。燃焼室形成部１０の容積Ａが当該許容範囲内にあるときは、ステップＳ５に進んで、当該燃焼室形成部１０に対して、寸法が所定の許容範囲内にあるピストン１を選定して組み合わせることにより、燃焼室の容積Ｂを所定の許容範囲に収める。
【００３０】
燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲外であるときは、ステップＳ６の燃焼室の容積Ｂを調整する工程に進む。
【００３１】
[燃焼室容積Ｂの調整]（ステップＳ６）
この燃焼室容積Ｂの調整手法としては、次の（イ）〜（ハ）の３つがある。（ハ）の適合ピストンの選定を必須の調整手法とし、必要に応じて、（イ）〜（ロ）の追加工のいずれか一つを、又は複数の追加工を組み合わせて実行することにより、燃焼室容積Ｂが所定の許容範囲に収まるようにする。すなわち、（イ）〜（ロ）の追加工によって燃焼室容積Ｂを許容範囲に近づけた上で、適合ピストンを選定する（ハ）というように、追加工と適合ピストンの選定を組み合わせて燃焼室容積Ｂを許容範囲に収めるようにしてもよい。
【００３２】
（イ）シリンダヘッド５の燃焼室形成部１０のスキッシュエリア３０の遮熱膜を追加工によって切削する。
【００３３】
これは、燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲の下限値よりも小さいときに取り得る手法であり、スキッシュエリア３０の遮熱膜の切削によって容積Ａが大きくなり、燃焼室容積Ｂを許容範囲に収めることが容易になる。スキッシュエリア３０は、遮熱要求度が低い部分であるから、遮熱膜の切削によって、エンジンＥの断熱性能が大きく損なわれることは避けられる。
【００３４】
燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲に収まっている場合は、トップランド２３の遮熱膜が設計値よりも厚くなっているピストン１は使用せず、寸法が所定の許容範囲内にあるピストン１を組み合わせることにより、燃焼室の容積Ｂを所定の許容範囲に収めることになる。
【００３５】
（ロ）シリンダライナ７の上部の遮熱膜を追加工によって切削する。
【００３６】
すなわち、燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲の下限値よりも小さいときに、シリンダライナ７の遮熱膜の切削によって容積Ａが大きくなり、燃焼室容積Ｂを許容範囲に収めることが容易になる。シリンダライナ７は、遮熱要求度が低い部分であるから、この場合も、エンジンＥの断熱性能が大きく損なわれることは避けられる。
【００３７】
シリンダライナ７の遮熱膜の追加工においては、その遮熱膜を予め設計値よりも厚く形成しておくこともできる。このケースでは、燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲の下限値よりも小さいときには、シリンダライナ７の遮熱膜を設計値よりも薄くなるように切削する。一方、燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲の上限値よりも大きいときには、シリンダライナ７の遮熱膜を設計値よりも薄くならない範囲で切削する。
【００３８】
但し、シリンダライナ７の遮熱膜を予め設計値よりも厚くした場合は、燃焼室形成部１０の容積Ａが許容範囲に収まっている場合も、シリンダライナ７の遮熱膜を設計厚さになるように切削する必要がある。
【００３９】
（ハ）燃焼室形成部１０の容積Ａに適合するピストン１を選定する。
【００４０】
先に述べたように、各々トップランド２３に異なる厚さの遮熱膜が形成されて該トップランド２３の外径が異なるようにされた複数のピストン１を準備しておく。そうして、その複数のピストン１のうちから燃焼室形成部１０の容積Ａに適合するピストン１を選定して当該燃焼室形成部１０に組み合わせることにより、燃焼室容積Ｂを許容範囲に収める。
【００４１】
なお、上記（ロ）においては、シリンダライナ７の遮熱膜を追加工するようにしたが、遮熱膜が形成されていないシリンダライナであっても、又はシリンダライナを設けていないシリンダブロックであっても、そのボア面の上部を追加工することによって、燃焼室容積Ｂを許容範囲に収めることができる。
【００４２】
また、上記（イ）と（ロ）は組み合わせて実行することもできる。例えば、スキッシュエリアの遮熱膜の追加工（イ）によって容積Ａを少し拡大して上で、さらにシリンダライナの遮熱膜の追加工（ロ）を行なうことによって、燃焼室容積Ｂを許容範囲に収めるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、遮熱膜の形成に遮熱材の塗布という手法を採用したが、ＺｒＯ２等の遮熱材を遮熱膜形成部に溶射することによって遮熱膜を形成することもでき、本発明は、遮熱膜の形成方法は問わない。
【符号の説明】
【００４４】
Ｅ    エンジン
１    ピストン
３    シリンダブロック
５    シリンダヘッド
７    シリンダライナ
１０    燃焼室形成部
２３    トップランド
３０    スキッシュエリア
３１    遮熱膜
【図１】
0006361538.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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