(57)【要約】【課題】短時間に且つ安価に遮熱膜を内燃機関の燃焼室内壁に形成する。【解決手段】内燃機関１０におけるシリンダボア１２とシリンダヘッド１５下面とピストン１３頂部とで区画される燃焼室１６の内壁に遮熱膜２３を形成する方法であって、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセル２５が含有されたメッキ液を用いて燃焼室１６の内壁にメッキを施すことで、メッキ層２４及びメッキ層２４内に介在するマイクロカプセル２５を含む遮熱膜２３を燃焼室１６の内壁に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における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の内壁に遮熱膜を形成する方法であって、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセルが含有されたメッキ液を用いて前記燃焼室の内壁にメッキを施すことで、メッキ層及び前記メッキ層内に介在する前記マイクロカプセルを含む遮熱膜を前記燃焼室の内壁に形成することを特徴とする遮熱膜の形成方法。
【請求項２】
前記マイクロカプセルを、前記メッキ液の主成分と同一材質の材料により製造する請求項１に記載の遮熱膜の形成方法。
【請求項３】
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る内燃機関において、前記燃焼室の内壁に形成された遮熱膜を備え、前記遮熱膜は、前記燃焼室の内壁に形成されたメッキ層と、前記メッキ層内に介在する中空の金属製又は合金製のマイクロカプセルとを含むことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における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の内壁に遮熱膜を形成する方法、及び、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る内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮熱層を内燃機関の燃焼室内壁に形成することで、燃焼室内の燃焼ガスからの熱伝達を低減させて燃費の向上を図る技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１等に記載されているように、アルミ製のピストン本体頂面部に、熱伝導率の低いセラミック製のピストンヘッド部分を、ピストン本体との間に空気層（隙間）を設けて取り付けるという方法が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法では、セラミック製のピストンヘッド部分の熱容量が大きく、吸気行程中もピストンヘッド部分の温度が高い状態となり得る。そのため、充填効率が上がらず、却って燃費が悪化してしまう虞がある。
【０００６】
また、膜厚の薄い遮熱膜を燃焼室内壁に形成することが考えられる。しかしながら、公知の工法（例えば、溶射等）では、遮熱膜の施工に時間がかかり、また、遮熱膜を安価に大量生産することができない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、短時間に且つ安価に遮熱膜を内燃機関の燃焼室内壁に形成することにある。
【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、本発明は、内燃機関における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の内壁に遮熱膜を形成する方法であって、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセルが含有されたメッキ液を用いて前記燃焼室の内壁にメッキを施すことで、メッキ層及び前記メッキ層内に介在する前記マイクロカプセルを含む遮熱膜を前記燃焼室の内壁に形成することを特徴とする遮熱膜の形成方法である。
【０００９】
前記マイクロカプセルを、前記メッキ液の主成分と同一材質の材料により製造しても良い。
【００１０】
また、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備える内燃機関において、前記燃焼室の内壁に形成された遮熱膜を備え、前記遮熱膜は、前記燃焼室の内壁に形成されたメッキ層と、前記メッキ層内に介在する中空の金属製又は合金製のマイクロカプセルとを含むことを特徴とする内燃機関である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、短時間に且つ安価に遮熱膜を内燃機関の燃焼室内壁に形成す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】本発明の一実施形態に係る遮熱膜の形成方法が適用される内燃機関を示し、（ａ）は内燃機関の概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図２】マイクロカプセルを作る方法の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る遮熱膜の形成方法を示す説明図である。
【図４】変形例に係る内燃機関の概略図である。
【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（ａ）に示すように、本実施形態に係る内燃機関（本実施形態では、直噴式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（摺動）するピストン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、リエントラントタイプのキャビティ）１３ｂが凹設されている。
【００１５】
図１（ａ）に示す内燃機関（直噴式ディーゼルエンジン）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。
【００１６】
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（遮熱層）２３が形成される。より詳細には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、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）に形成され、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセル２５を含有するメッキ液を用いてピストン１３の頂部にメッキを施してなる。そのため、本実施形態の遮熱膜２３は、ピストン１３の頂部に形成されたメッキ層２４と、メッキ層２４内に介在するマイクロカプセル２５とを含むものである。つまり、本実施形態の遮熱膜２３は、マイクロカプセル２５の内部空間により形成される遮熱層（遮熱空気層）として機能するものである。
【００１７】
次に、本実施形態に係る遮熱膜２３の形成方法を図２及び図３を用いて説明する。
【００１８】
〔１〕マイクロカプセルの準備
マイクロカプセル２５を作る方法は種々あるが、マイクロカプセル２５を作る方法の一例を図２に示す。つまり、マイクロカプセル２５を作る方法は、以下に説明する方法には限定はされない。
【００１９】
本実施形態では、ニッケルメッキを用いると想定し、マイクロカプセル２５をニッケル製とする。
【００２０】
先ず、図２（ａ）に示すように、ニッケルの子粒子を、樹脂製の母粒子に、衝撃力により打ち込む。つまり、子粒子を母粒子に高速で噴射する。その後、図２（ｂ）に示すように、母粒子と子粒子との結合体を加熱し、図２（ｃ）に示すように、結合体（子粒子）から母粒子を溶かし出して中空のニッケル製のマイクロカプセル２５とする。
【００２１】
マイクロカプセル２５の粒径Ｒは、例えば０．１〜２０μｍ程度とする。また、マイクロカプセル２５の外殻となる子粒子は、ナノ粒子サイズのものとする。
【００２２】
なお、本実施形態においてマイクロカプセル２５をニッケル製としたのは、後述する無電解メッキの場合は、ニッケルメッキとすることが多いためである。ニッケルメッキ以外のメッキとする場合は、そのメッキの種類に応じて子粒子も変える。つまり、マイクロカプセル２５を、メッキ液の主成分と同一材質の材料により製造するのが好ましい。
【００２３】
しかしながら、マイクロカプセル２５の材料は、メッキ液の主成分と同一材質の材料には限定はされず、種々の材料（例えば、メッキ液の主成分よりも融点が高い材料）を用いることが可能である。
【００２４】
〔２〕遮熱膜の形成
上述の〔１〕で準備したニッケル製のマイクロカプセル２５を、アルミ合金製のピストン１３（被メッキ体）に付着させるために、無電解メッキを用いる。
【００２５】
無電解メッキとは、例えば図３に示すように、メッキ槽２６内における金属塩（Ｍ；本実施形態では、Ｎｉ）と還元剤（Ｒｅｄ）とが共存する溶液（無電解メッキ液）に、被メッキ体を浸漬させてメッキを被メッキ体の表面に成膜させるもので、還元剤（Ｒｅｄ）の酸化（Ｏｘ）によって放出される電子が金属イオンに転移し、被メッキ体の表面に金属被膜が形成される。
【００２６】
無電解メッキの際に、上述の〔１〕で準備したニッケル製のマイクロカプセル２５を無電解メッキ液中に浮遊（混合）させておくと、上述の反応でニッケルが被メッキ体の表面に成膜する際に、マイクロカプセル２５も取り込まれ、図１（ｂ）に示すような気泡層（遮熱膜２３）をピストン１３（被メッキ体）に形成することができる。
【００２７】
遮熱膜２３の厚さＴは、例えば５０〜１００μｍ程度とする。
【００２８】
なお、メッキの手法は無電解メッキには限定はされず、他の手法のメッキ（例えば、電気メッキ）であっても良い。また、メッキの種類はニッケルメッキには限定はされず、ニッケルメッキ以外のメッキであっても良い。
【００２９】
以上要するに、本実施形態によれば、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセル２５が含有されたメッキ液を用いて燃焼室１６を形成するピストン１３の頂部にメッキを施すことで、メッキ層２４及びメッキ層２４内に介在するマイクロカプセル２５を含む遮熱膜２３をピストン１３の頂部に形成するので、短時間に且つ安価に遮熱膜２３をピストン１３（相手部材）に形成することが可能となる。
【００３０】
即ち、本実施形態では、中空の金属製又は合金製のマイクロカプセル２５が含有されたメッキ液を用いて燃焼室１６を形成するピストン１３の頂部にメッキを施すので、溶射等と比較して短時間に且つ安価に遮熱膜２３をピストン１３（相手部材）に形成することが可能となる。また、本実施形態の遮熱膜２３は、マイクロカプセル２５の内部空間により形成される遮熱層（遮熱空気層）として機能するものであるので、メッキ液の主成分やマイクロカプセル２５の材料自体に熱伝導率の低いものを採用する必要はない。そのため、メッキ液の主成分やマイクロカプセル２５の材料は種々の材料を使用することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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を形成したが、これには限定はされず、図４に示すように、燃焼室１６を形成するシリンダヘッド１５の下面又はシリンダボア１２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４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。また、シリンダボア１２に遮熱膜２３を形成する場合には、遮熱膜２３の表面にホーニング加工等の表面処理を施すことが考えられる。
【００３３】
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４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。
【００３４】
また、内燃機関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、内燃機関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。
【符号の説明】
【００３５】
１０  内燃機関
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  メッキ層
２５  マイクロカプセル
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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