JP2012159059A - 内燃機関とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性と耐ノッキング性の双方に優れた内燃機関とその製造方法を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１の底面１ａとシリンダブロック２のボア２ａと該ボア２ａ内を摺動するピストン３の頂面３ａとから燃焼室ＮＳが構成され、シリンダヘッド１の底面１ａから点火プラグ４が燃焼室に臨む内燃機関１０であって、少なくともシリンダヘッド１の底面１ａには遮熱膜５が形成されており、この遮熱膜５による断熱性能は、点火プラグ近傍が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関とその製造方法にかかり、特に断熱性と耐ノッキング性の双方に優れた内燃機関とその製造方法に関するものである。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関は、主にエンジンブロックとシリンダヘッドから構成されており、その燃焼室は、シリンダブロックのボア面と、このボアに組み込まれたピストン頂面と、シリンダヘッドの底面と、シリンダヘッド内に配設された吸入および排気バルブの頂面から画成されている。昨今の内燃機関に要求される高出力化にともなってその冷却損失を低減することが重要になってくるが、この冷却損失を低減する方策の一つとして、燃焼室の内壁にセラミックスからなる断熱被膜を形成する方法を挙げることができる。

しかし、上記するセラミックスは一般に低い熱伝導率を有し、かつ高い熱容量を有することから、定常的な表面温度上昇による吸気効率の低下やノッキング（燃焼室内に熱が篭ることに起因する異常燃焼）が発生するために燃焼室の内壁への被膜素材として普及していないのが現状である。

このことから、燃焼室の壁面に形成される断熱被膜は、耐熱性と断熱性は勿論のこと、低熱伝導率と低熱容量の素材から形成されるのが望ましい。さらに、この低熱伝導率および低熱容量であることに加えて、燃焼室内での燃焼時の爆発圧や噴射圧、熱膨張と熱収縮の繰り返し応力に耐え得る素材から被膜が形成されること、およびシリンダブロック等の母材への密着性が高い素材から被膜が形成されることが望ましい。

ここで、従来の公開技術に目を転じるに、断熱構造を採用しながらもノッキングの発生を抑制できる内燃機関が特許文献１に開示されている。具体的には、燃焼室の周囲に冷却手段が配設されると共に燃焼室を形成する内壁面に断熱層が配設され、この燃焼室に開口するポートを開閉する吸気弁及び排気弁と該燃焼室に臨んで配設された点火プラグとを備える火花点火式の内燃機関において、断熱層のうち、点火プラグから直線距離で最も遠い部位近傍に配設された断熱層の断熱能力を他の部位に配設された断熱層の断熱能力よりも低くしたものである。

燃焼室においては、特に点火プラグが設けられたシリンダヘッド底面の該点火プラグの近傍から外側へ向かってたとえば同心円状に火炎が広がり、点火プラグから離れた位置でノッキングが生じ易いことから、点火プラグから離れた位置での熱篭りを抑制することによってこの領域での温度上昇を防ぎ、ノッキングを抑制することができる。

特許文献１で開示される内燃機関においては、点火プラグから直線距離で最も遠い部位近傍に配設された断熱層の断熱能力を他の部位に配設された断熱層の断熱能力よりも低くしているが、火炎が点火プラグから同心円状に広がっていくことに鑑みれば、点火プラグから直線距離で最も遠い部位近傍の断熱能力のみを低くしても、その途中位置でのノッキング抑制を図ることができないなど、高いノッキング抑制効果は得られ難い。

特開２０１０−２２２９８４号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、断熱性と耐ノッキング性の双方に優れた内燃機関とその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による内燃機関は、シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関であって、少なくともシリンダヘッドの底面には遮熱膜が形成されており、前記遮熱膜による断熱性能は点火プラグ近傍が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減するものである。

本発明の内燃機関は、少なくともシリンダヘッドの底面に断熱性能を有する遮熱膜を有するものであり、この遮熱膜は、点火プラグ近傍が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減するものであり、シリンダヘッドの底面において点火プラグを中心にたとえば同心円状に遮熱膜の断熱性能を低減させることにより、同心円状に漸次温度上昇抑制効果を高めることができ、もってシリンダヘッドの底面において点火プラグ近傍から離れた領域は勿論のこと、当該底面の全域における耐ノッキング性を向上させることができる。

ここで、「断熱性能が漸次低減する」とは、直線的もしくは二次曲線的に連続して断熱性能が低減する形態や、段階的に（多段状に）断熱性能が低減する形態の双方を含む意味である。

本発明の内燃機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのいずれを対象としたものであってもよく、その構成は既述するように、エンジンブロックとシリンダヘッドから主として構成され、その燃焼室は、シリンダブロックのボア面と、このボアに組み込まれたピストン頂面と、シリンダヘッドの底面と、シリンダヘッド内に配設された吸入および排気バルブの頂面から画成されている。

そして、「少なくともシリンダヘッドの底面には」とは、シリンダヘッドの底面のみに断熱性能が漸次低減する遮熱膜が形成されることのほかに、燃焼室を形成するピストンの頂面にも別途の遮熱膜が形成され、この別途の遮熱膜の断熱性能においては点火プラグに対応する領域が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する形態などを含む意味である。本発明者等によれば、燃焼室を構成する部材のうち、点火プラグやこれに対応する位置からたとえば同心円状に離れる壁面を有する部材としてシリンダヘッドの底面とピストン頂面が特定されており、シリンダヘッドの底面やさらにピストンの頂面において点火プラグやこれに対応する位置から断熱性能が漸次低減する遮熱膜を設けておくことにより、使用する遮熱膜材料を抑制しながら断熱性と耐ノッキング性の双方に優れた内燃機関を得ることができる。

なお、内燃機関の燃焼室を構成する母材は、アルミニウムやその合金、チタンやその合金を挙げることができ、遮熱膜を陽極酸化被膜から形成することができる。たとえばアルミニウムやその合金を母材とする壁面に陽極酸化被膜からなる遮熱膜が形成される場合に、この陽極酸化被膜はアルマイトとなる。

ここで、「断熱性能が漸次低減する遮熱膜」の実施の形態として、以下で示す３つの形態を挙げることができる。

その一つの形態は、点火プラグ近傍の遮熱膜の膜厚が最も厚く、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の膜厚が薄くなっているものである。

また、他の形態は、点火プラグ近傍の遮熱膜の表面の粗度が最も小さく、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の表面の粗度が大きくなっているものである。
遮熱膜の表面の粗度が大きくなるにつれてその伝熱面積が大きくなり、放熱性能が高められることから断熱性能は低減する。

さらに他の形態は、前記遮熱膜の内部に気孔が形成されていて、点火プラグ近傍の遮熱膜の気孔率が最も大きく、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の気孔率が小さくなっているものである。

遮熱膜の気孔率が小さくなるにつれて放熱性能が高められることから断熱性能は低減する。

また、本発明は内燃機関の製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関の製造方法であって、シリンダヘッドの底面の上に筒状治具を配して容器を形成し、該容器内に酸性電解液を収容して該底面を陽極とし、該酸性電解液内に陰極を形成し、さらにシリンダヘッドの底面を点火プラグに対応する領域と点火プラグから離れた領域で画成する遮蔽板を酸性電解液内に設け、点火プラグに対応する領域においては、点火プラグ取付け箇所の近傍に酸性電解液を流れ込ませて外部へ排出する排出機構を設け、外部から前記容器内に酸性電解液を注入する注入機構を設ける第１のステップ、陽極と陰極間に電圧を印加して陽極酸化処理をおこない、かつ、排出機構による酸性電解液の排出と注入機構による酸性電解液の注入をおこなって点火プラグに対応する領域において酸性電解液を循環させることにより、点火プラグ近傍の遮熱膜の膜厚が最も厚く、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の膜厚が薄くなっている遮熱膜であって、点火プラグ近傍の断熱性能が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する遮熱膜を有する内燃機関を製造する第２のステップ、からなるものである。

本発明の製造方法は、シリンダヘッドの底面において陽極酸化被膜からなる遮熱膜を点火プラグ近傍の膜厚が最も厚く、点火プラグから遠ざかるにつれて膜厚が薄くなるように形成することで点火プラグ近傍の断熱性能が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する遮熱膜をシリンダヘッドに形成して内燃機関を製造する方法である。

たとえば遮熱膜がアルマイトからなる場合に、アルマイトは酸性電解液の流速が速いほどアルマイト成長が促進される。

そこで、まず、シリンダヘッドの底面の上に筒状治具を配して容器を形成し、この容器内に酸性電解液を収容してシリンダヘッドの底面を陽極とし、酸性電解液内に陰極を形成し、さらにシリンダヘッドの底面を点火プラグに対応する領域と点火プラグから離れた領域で完全に画成するたとえばリング状の遮蔽板を酸性電解液内に設けておく。この形態では、リング状の遮蔽板の内側に点火プラグに対応する領域が配設されることになる。

遮蔽板の内側では、酸性電解液の排出と注入を順次おこなって酸性電解液を循環させることにより、アルマイト成長を促進させながら、点火プラグからたとえば同心円状に遮熱膜の膜厚が漸次薄くなるように調整することができる。なお、この陽極酸化処理の際に、シリンダヘッドのボア面や点火プラグ、吸気バルブ、排気バルブが酸性電解液で腐食しないように、陽極酸化処理の際には、シリンダヘッドに代わって筒状治具を使用して収容容器を形成し、シリンダヘッドの底面に臨む点火プラグ用開口や吸気バルブ用開口、排気バルブ用開口をマスキングしておくのがよい。

一方、リング状の遮蔽板の外側の点火プラグから離れた領域においては、酸性電解液の循環が図られることがなく、酸性電解液が澱んでいることからアルマイト成長は促進されず、その膜厚を薄く形成することができる。

なお、「点火プラグに対応する領域」や「点火プラグから離れた領域」の境界ラインは任意であり、点火プラグからどの程度の範囲に相対的に厚い遮熱膜を形成するのがより一層ノッキング低減効果を高めることができるか等の観点から、実験や解析等の結果に基づいて境界ラインの設定がおこなわれる。

ここで、遮蔽板の内側において、点火プラグからたとえば同心円状に遮熱膜の膜厚を所望に漸次薄くするための方策として、前記排出機構は、点火プラグに向って凸形状のテーパー面を有し、凸形状の先端から内部に延びる排出路を具備する治具と、吸引源と、から構成されており、点火プラグに対応する領域において、前記凸形状の先端が点火プラグ位置に位置付けられ、テーパー面の外側から凸形状の先端に向かって酸性電解液の流入速度が高くなるように調整されているのが好ましい。

凸形状のテーパー面のテーパー角を所望に調整することにより、テーパー面の外側から凸形状の先端に向かって変化する酸性電解液の流入速度や流入速度の変化の程度を所望に調整することができ、遮熱膜の膜厚を所望に変化させることができる。

ここで、前記治具がコイル状管路を内蔵するとともに回転自在となっており、コイル状管路内を冷却液が循環して治具が冷却されながら回転するのが好ましい。

アルマイト処理の際には発熱が生じ、形成されたアルマイト被膜が自身の熱によって溶解する可能性がある。そのため、アルマイト処理の際に酸性電解液を冷却するのが好ましい。

そこで、上記治具の内部において、たとえばその中心を通る排出路の周りにループを描くコイル状管路を配設し、このコイル状管路に冷却液を循環させながら回転させることにより、冷却された治具によって酸性電解液の冷却を図り、もってアルマイト成長の際の発熱によるアルマイト被膜の劣化を抑制することができ、さらには、循環する酸性電解液の流速を治具の回転によってさらに高めることができ、もってアルマイト成長を一層促進させることができる。

さらに、本発明の内燃機関の製造方法の他の実施の形態は、シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関の製造方法であって、シリンダヘッドの底面の上に筒状治具を配して容器を形成し、該容器内に酸性電解液を収容して該底面を陽極とし、該酸性電解液内に陰極を形成し、陽極と陰極間に電圧を印加して陽極酸化処理をおこなうことにより、外側に開放された多数の気孔を有した遮熱膜を形成する第１のステップ、シリンダヘッドの底面を点火プラグに対応する領域と点火プラグから離れた領域に分け、点火プラグから離れた領域の遮熱膜にはその表面にマスキングをおこない、前記点火プラグに対応する領域の遮熱膜に対して沸騰水または水蒸気による封孔処理、もしくは孔を具備しない薄膜でのコーティング処理、もしくは双方の処理を施す第２のステップ、からなるものである。

遮熱膜が形成されるシリンダヘッドの底面は、実際には比較的複雑な形状を呈していることから、点火プラグ近傍から同心円状にその膜厚を精緻に漸次薄く調整するのは容易でない。

一方、陽極酸化処理して形成された遮熱膜は一般に、外側に開放された多数の気孔を有した遮熱膜となる。

そこで、循環する酸性電解液の流速を制御して遮熱膜の膜厚を調整する上記治具を廃して、シリンダヘッドの底面の全面に陽極酸化処理して遮熱膜を形成した後に、点火プラグから離れた領域の遮熱膜にのみマスキングをおこない、点火プラグに対応する領域の遮熱膜に封孔処理やコーティング処理を施して外側に開放された多数の気孔を閉塞する。このことにより、点火プラグから離れた領域の遮熱膜はその気孔が外側に開放されているためにその表面積が大きく、もって断熱性能を低下させることができ、逆に点火プラグに対応する領域の遮熱膜はその気孔が閉塞されることで表面積が相対的に小さく、断熱性能を高く調整することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関によれば、少なくともシリンダヘッドの底面において、点火プラグ近傍の断熱性能が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する遮熱膜が形成されていることにより、断熱性と耐ノッキング性の双方に優れた内燃機関となる。

本発明の内燃機関の一実施の形態の縦断面図である。 図１のII−II矢視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに、遮熱膜の実施の形態の縦断面図である。 本発明の内燃機関の他の実施の形態の縦断面図である。 本発明の内燃機関の製造方法の一実施の形態を説明した模式図である。 図５のVI−VI矢視図である。 本発明の内燃機関の製造方法の他の実施の形態を説明した模式図である。 本発明の内燃機関の製造方法のさらに他の実施の形態を説明した模式図である。 図８のIX−IX矢視図である。 図８の製造方法で製造された遮熱膜を示した縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の内燃機関とその製造方法の実施の形態を説明する。なお、図１〜４（図３ｃを除く）で示した遮熱膜はアルマイト被膜であることから、図示する遮熱膜は図３ｃや図８〜１０で示す遮熱膜と同様に多数の気孔を具備するものであるが、これらの図面においては気孔の図示を省略している。

図１は本発明の内燃機関の一実施の形態の縦断面図であり、図２は図１のII−II矢視図である。

図示する内燃機関１０は、ガソリンエンジンをその対象としたものであり、その内部に不図示の冷却水ジャケットが形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２上に配設されたシリンダヘッド１と（図１は内燃機関１０を上下反転させており、シリンダヘッド１が下方に位置している）、シリンダヘッド１内に画成された吸気ポート１ｂおよび排気ポート１ｃとそれらが燃焼室ＮＳに臨む開口に昇降自在に装着された吸気バルブ１ｄおよび排気バルブ１ｅと、シリンダヘッド１の底面１ａの中央位置もしくは略中央位置で燃焼室ＮＳに臨む点火プラグ４と、シリンダブロック２の下方開口（図１ではこの下方開口は上方に向いている）から昇降自在に形成されたピストン３から大略構成されている。なお、本発明の内燃機関がディーゼルエンジンを対象としたものであってもよいことは勿論のことである。

この内燃機関１０を構成する各構成部材はともにアルミニウムもしくはその合金から形成されている。なお、構成部材がアルミニウムもしくはその合金以外の素材で形成され、かつ、構成部材の表面がアルミニウムもしくはその合金にてアルミ化されている形態であってもよい。

内燃機関１０を構成する、シリンダブロック２のシリンダボア面２ａと、シリンダヘッド１の底面１ａと、ピストン３の頂面３ａから燃焼室ＮＳが画成される。

そして、シリンダヘッドの底面１ａには、陽極酸化被膜（アルマイト被膜）からなる遮熱膜５が形成されている。

この遮熱膜５は、図１，２で示すように、点火プラグ４の近傍の膜厚が最も厚く、点火プラグ４から遠ざかるにつれて膜厚が薄くなっている。

より具体的には、図２で示すように、シリンダヘッド１の底面１ａの中央位置にある点火プラグ４を中心に、径方向外側（Ｘ方向）へ同心円状（図２の点線円Ｃ）に膜厚が漸次薄くなっており、図３ａで示すように、点火プラグ４の近傍の膜厚：ｔ１、その外側領域の膜厚：ｔ２、さらにその外側でシリンダヘッドの外周領域の膜厚：ｔ３の順で膜厚が薄くなっており、たとえば図３ａで示すように、シリンダヘッドの最外周で膜厚がゼロとなるように遮熱膜５が形成されている。

このように点火プラグ４の近傍から外側に向かって遮熱膜５の膜厚が直線的に漸次薄くなっていることにより、遮熱膜５による断熱性能を点火プラグ４の近傍で最も高く、点火プラグ４から遠ざかるにつれて断熱性能を漸次低減させることができる。そして、このように断熱性能を点火プラグ４を中心に同心円状に漸次低減させることで、燃焼室ＮＳの断熱性能を保証しながら、点火プラグ４から離れた位置（最も離れた位置のほか、中心と最外周の途中の任意位置）で生じ易いノッキングを効果的に抑制することができる（耐ノッキング性の向上）。

ここで、図３ｂ、ｃには、遮熱膜の他の実施の形態を示している。

図３ｂで示す遮熱膜５Ａは、点火プラグ４の近傍から外側に向かって膜厚が段階的に漸次薄くなっているものである（点火プラグ４の近傍から順に、膜厚がｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８の順で薄くなっている）。

一方、図３ｃで示す遮熱膜５Ｂは、その内部に多数の気孔ｈ、…を有するものであり、点火プラグ４の近傍の気孔率が最も大きく（気孔ｈが相対的に密に配設されている）、点火プラグ４から遠ざかるにつれて気孔率が小さくなっているものである。気孔率が小さくなるにつれて放熱性能が高められることから、断熱性能はシリンダヘッドの底面１ａの外側に向かって漸次低減することになる。

また、図示を省略するが、遮熱膜による断熱性能が点火プラグ近傍で最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する実施の形態として、点火プラグ近傍の遮熱膜の表面の粗度を最も小さくし、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の表面の粗度が大きくなっている実施の形態を挙げることができる。遮熱膜の表面の粗度が大きくなるにつれてその伝熱面積が大きくなり、放熱性能が高められることから断熱性能は低減することになる。

図４は、本発明の内燃機関の他の実施の形態の縦断面図を示したものである。

この内燃機関１０Ａは、図１で示す内燃機関１０の具備するシリンダヘッドの底面１ａに設けられた遮熱膜５に加えて、ピストン３の頂面３ａにも別途のアルマイト被膜からなる遮熱膜５’が形成されたものである。

この遮熱膜５’も、対向位置にある点火プラグ４に対応する頂面３ａの中央位置の膜厚：ｔ９が最も厚く、頂面３ａの外周に向かって漸次膜厚が薄くなっている（膜厚ｔ９、ｔ１０、ｔ１１の順で薄くなっている）。

次に、図５〜図１０を参照して、本発明の内燃機関の製造方法、より具体的には、内燃機関のシリンダヘッドの底面に遮熱膜を形成する方法を概説する。なお、以下、３種の製造方法の実施の形態を説明するが、図５，６を参照して第１の実施の形態の製造方法を、図７を参照して第２の実施の形態の製造方法を、図８〜１０を参照して第３の実施の形態の製造方法をそれぞれ説明する。

（製造方法の第１の実施の形態）
まず、第１のステップとして、図５，６で示すように、シリンダヘッドの底面１ａの上に筒状治具２Ａを配設して容器を形成し、容器を構成する治具壁面２Ａａとシリンダヘッドの底面１ａからなる容器内に酸性電解液Ｌを収容して底面１ａを陽極とし、該酸性電解液Ｌ内に不図示の陰極を形成する。

次に、シリンダヘッドの底面１ａを、点火プラグに対応する領域Ａ１と点火プラグから離れた領域Ａ２で画成する平面位置にリング状の遮蔽板６を酸性電解液Ｌ内に設ける。なお、リング状の遮蔽板６によって分離された２つの領域である、点火プラグに対応する領域Ａ１と点火プラグから離れた領域Ａ２の境界ラインの設定に際しては、点火プラグからどの程度の範囲に相対的に厚い遮熱膜を形成するのがより一層ノッキング低減効果を高めることができるか等の観点から、実験や解析等の結果に基づいてその設定がおこなわれるのがよい。なお、この陽極酸化処理の際に、シリンダヘッドのボア面や点火プラグ、吸気バルブ、排気バルブが酸性電解液で腐食しないように、陽極酸化処理の際には、シリンダヘッド２に代わって筒状治具２Ａを使用して収容容器を形成し、シリンダヘッドの底面１ａに臨む点火プラグ用開口や吸気バルブ用開口、排気バルブ用開口は図示する治具Ｊにてマスキングしておく。

点火プラグに対応する領域Ａ１においては、点火プラグ取り付け位置の近傍に酸性電解液Ｌを流れ込ませて外部へ排出する排出機構である治具７を設け、さらに、外部からシリンダブロック２内に酸性電解液を注入する注入機構である流入管８を治具７の周囲に配設する。

ここで、治具７は、点火プラグ取り付け位置に向って凸形状のテーパー面７ａを有し、凸形状のテーパー面７ａの先端開口７ｃから内部に延びる排出路７ｂを具備している。

次に、第２のステップとして、陽極と陰極間に電圧を印加して陽極酸化処理をおこない、シリンダヘッドの底面１ａ表面にアルマイト被膜からなる遮熱膜を形成する。

この陽極酸化処理に当たり、不図示の吸引ポンプを作動させることによって、治具７の先端開口７ｃから酸性電解液Ｌを吸引し（Ｙ３方向）、排出路７ｂを介して吸引された酸性電解液Ｌを外部排出し（Ｙ１方向）、これと同時に別途の酸性電解液Ｌを流入管８を介して領域Ａ１内に提供することにより（Ｙ２方向）、領域Ａ１内で酸性電解液Ｌの還流（循環）を図る。アルマイト被膜は、その形成過程で酸性電解液の流速が速いほどその成長が促進されることから、領域Ａ１では酸性電解液Ｌの循環を図ることにより、アルマイト被膜の膜厚を所望に厚く形成することができる。

また、領域Ａ１では、アルマイト成長を促進させることに加えて、点火プラグの近傍の膜厚を最も厚くし、点火プラグ４から遠ざかるにつれて膜厚を漸次薄くするようにして遮熱膜を形成することが必要である。

このことに関し、図示する治具７はそのテーパー面７ａの角度が調整されていて、先端開口７ｃに向かってテーパー面７ａとシリンダヘッドの底面１ａの間の隙間幅が除々に小さくなっていることから（隙間ｓ３，ｓ２、ｓ１の順で漸次小さくなっている）、還流する酸性電解液Ｌは先端開口７ｃに近づくにつれてその流速を増し、結果として、先端開口７ｃ（もしくは点火プラグ取り付け位置）に近い位置で最もアルマイト成長が促進され、外側に向かってその成長度合いが除々に低下することになる。したがって、図示する治具７を適用することで、点火プラグの近傍の膜厚を最も厚くし、点火プラグから遠ざかるにつれて膜厚を漸次薄くするようにして遮熱膜を形成することができる。

一方、アルマイト成長を促進させずに薄膜を形成したい領域Ａ２においては、リング状の遮蔽板６と治具壁面２Ａａの間で酸性電解液Ｌが澱んでいて、領域Ａ１のように酸性電解液Ｌの還流がないことから、領域Ａ１に比して薄膜の遮熱膜を形成することができる。

（製造方法の第２の実施の形態）
図７で示す製造方法は、第１の実施の形態の製造方法（第１、第２のステップ）とその内容は同じものであるが、適用する治具７Ａが改良された製造方法となっている。

図示する治具７Ａは、自転軸を中心に回転自在となっており（Ｚ方向）、かつ、その内部の排出路７ｂの周囲にコイル状管路７ｄを具備するものである。

アルマイト処理の際には発熱が生じ、形成されたアルマイト被膜が自身の熱によって溶解する可能性がある。そのため、アルマイト処理の際に酸性電解液を冷却するのが好ましい。そこで、治具７Ａの内部のコイル状管路７ｄに冷却液を循環させながら（Ｙ４方向）回転させることにより、冷却された治具７Ａによって酸性電解液Ｌの冷却を図り、もってアルマイト成長の際の発熱によるアルマイト被膜の溶解を抑制することができ、さらには、循環する酸性電解液Ｌの流速を治具７Ａの回転によってさらに高めることができ、もってアルマイト成長を一層促進させることができる。

（製造方法の第３の実施の形態）
まず、第１のステップとして、図８で示すように、陽極酸化処理をおこなうことによって外側に開放された多数の気孔ｈ、…を有した遮熱膜５Ｃをシリンダヘッドの底面１ａ表面に形成する。

次に、第２のステップとして、点火プラグから離れた領域Ａ２の遮熱膜にのみマスキング材９を配設してマスキングをおこない、点火プラグに対応する領域Ａ１の遮熱膜に封孔処理やコーティング処理を施すことで、図１０で示すように領域Ａ１の遮熱膜のみ、外側に開放された多数の気孔ｈ、…の端部を閉塞部ｔで閉塞する。

領域Ａ１の遮熱膜のみ閉塞部ｔで閉塞することにより、点火プラグから離れた領域Ａ２の遮熱膜はその気孔ｈが外側に開放されているためにその表面積が大きく、もって断熱性能を低下させることができ、逆に点火プラグに対応する領域Ａ１の遮熱膜はその気孔が閉塞されることで表面積が相対的に小さく、断熱性能を高く調整することができる。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…シリンダヘッド、１ａ…底面、１ｂ…吸気ポート、１ｃ…排気ポート、１ｄ…吸気バルブ、１ｅ…排気バルブ、２…シリンダブロック、２ａ…シリンダボア面、２Ａ…筒状治具、３…ピストン、３ａ…ピストン頂面、４…点火プラグ、５，５’，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…遮熱膜（アルマイト被膜）、６…リング状の遮蔽板、７，７Ａ…治具、７ａ…凸形状のテーパー面、７ｂ…排出路、７ｃ…先端開口、７ｄ…コイル状管路、８…流入管、９…リング状のマスキング材、１０，１０Ａ…内燃機関、Ａ１…点火プラグに対応する領域、Ａ２…点火プラグから離れた領域、Ｌ…酸性電解液、ＮＳ…燃焼室、ｈ…気孔、ｔ…閉塞部、Ｊ…治具

Claims (11)

1. シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関であって、
   少なくともシリンダヘッドの底面には遮熱膜が形成されており、
   前記遮熱膜による断熱性能は点火プラグ近傍が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する内燃機関。
2. 点火プラグ近傍の遮熱膜の膜厚が最も厚く、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の膜厚が薄くなっている請求項１に記載の内燃機関。
3. 点火プラグ近傍の遮熱膜の表面の粗度が最も小さく、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の表面の粗度が大きくなっている請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記遮熱膜の内部には気孔が形成されており、
   点火プラグ近傍の遮熱膜の気孔率が最も大きく、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の気孔率が小さくなっている請求項１に記載の内燃機関。
5. 前記ピストンの頂面にも別途の遮熱膜が形成されており、
   前記別途の遮熱膜による断熱性能は点火プラグに対応する領域が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 前記遮熱膜がアルマイト被膜である請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
7. シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関の製造方法であって、
   シリンダヘッドの底面の上に筒状治具を配して容器を形成し、該容器内に酸性電解液を収容して該底面を陽極とし、該酸性電解液内に陰極を形成し、さらにシリンダヘッドの底面を点火プラグに対応する領域と点火プラグから離れた領域で画成する遮蔽板を酸性電解液内に設け、点火プラグに対応する領域においては、点火プラグ取付け箇所の近傍に酸性電解液を流れ込ませて外部へ排出する排出機構を設け、外部から前記容器内に酸性電解液を注入する注入機構を設ける第１のステップ、
   陽極と陰極間に電圧を印加して陽極酸化処理をおこない、かつ、排出機構による酸性電解液の排出と注入機構による酸性電解液の注入をおこなって点火プラグに対応する領域において酸性電解液を循環させることにより、点火プラグ近傍の遮熱膜の膜厚が最も厚く、点火プラグから遠ざかるにつれて遮熱膜の膜厚が薄くなっている遮熱膜であって、点火プラグ近傍の断熱性能が最も高く、点火プラグから遠ざかるにつれて断熱性能が漸次低減する遮熱膜を有する内燃機関を製造する第２のステップ、からなる内燃機関の製造方法。
8. 前記排出機構は、点火プラグに向って凸形状のテーパー面を有し、凸形状の先端から内部に延びる排出路を具備する治具と、吸引源と、から構成されており、点火プラグに対応する領域において、前記凸形状の先端が点火プラグ位置に位置付けられ、テーパー面の外側から凸形状の先端に向かって酸性電解液の流入速度が高くなるように調整されている請求項７に記載の内燃機関の製造方法。
9. 前記治具がコイル状管路を内蔵するとともに回転自在となっており、
   コイル状管路内を冷却液が循環して治具が冷却されながら回転する請求項８に記載の内燃機関の製造方法。
10. シリンダヘッドの底面とシリンダブロックのボアと該ボア内を摺動するピストンの頂面とから燃焼室が構成され、シリンダヘッドの底面から点火プラグが燃焼室に臨む内燃機関の製造方法であって、
    シリンダヘッドの底面の上に筒状治具を配して容器を形成し、該容器内に酸性電解液を収容して該底面を陽極とし、該酸性電解液内に陰極を形成し、陽極と陰極間に電圧を印加して陽極酸化処理をおこなうことにより、外側に開放された多数の気孔を有した遮熱膜を形成する第１のステップ、
    シリンダヘッドの底面を点火プラグに対応する領域と点火プラグから離れた領域に分け、点火プラグから離れた領域の遮熱膜にはその表面にマスキングをおこない、前記点火プラグに対応する領域の遮熱膜に対して沸騰水または水蒸気による封孔処理、もしくは孔を具備しない薄膜でのコーティング処理、もしくは双方の処理を施す第２のステップ、からなる内燃機関の製造方法。
11. 前記遮熱膜がアルマイト被膜である請求項７〜１０のいずれかに記載の内燃機関の製造方法。

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