JP2018150903A

JP2018150903A - Method for manufacturing internal combustion engine

Info

Publication number: JP2018150903A
Application number: JP2017048772A
Authority: JP
Inventors: 武久藤田; Takehisa Fujita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a crack from progressing into a base material, in an internal combustion engine formed with a heat insulation film at a surface of the base material of a component constituting a wall surface of a combustion chamber.SOLUTION: A method for manufacturing an internal combustion engine includes: performing shot-peening at a surface of a base material of a component constituting a wall surface of a combustion chamber of an internal combustion engine to impart compressive residual stress at the surface of the base material and form a compressive residual stress layer; and then forming a heat insulation film having thermal conductivity and a thermal capacity per unit volume that are lower than the base material by thermal spraying on the compressive residual stress layer.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、燃焼室に面する断熱膜を有する内燃機関及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having a heat insulating film facing a combustion chamber and a method for manufacturing the same.

特許文献１は、内燃機関を開示している。当該内燃機関の燃焼室は、ピストンの上面とシリンダヘッドの底面に挟まれている。燃焼室に面するピストンの上面には、キャビティが形成されている。また、燃焼室に面するシリンダヘッドの底面には、全体的に断熱膜が形成されている。但し、断熱膜の膜厚は一様ではない。ピストンのキャビティに対向するキャビティ領域及びキャビティ領域の周りの周縁領域を考えたとき、周縁領域の断熱膜には研磨加工が施される。その結果、周縁領域における断熱膜は、キャビティ領域における断熱膜よりも薄くなる。例えば、周縁領域における断熱膜の膜厚は５０〜１５０μｍであり、キャビティ領域における断熱膜の膜厚は１５０〜２５０μｍである。 Patent document 1 is disclosing the internal combustion engine. The combustion chamber of the internal combustion engine is sandwiched between the upper surface of the piston and the bottom surface of the cylinder head. A cavity is formed on the upper surface of the piston facing the combustion chamber. In addition, a heat insulating film is entirely formed on the bottom surface of the cylinder head facing the combustion chamber. However, the thickness of the heat insulating film is not uniform. When considering the cavity region facing the cavity of the piston and the peripheral region around the cavity region, the heat insulating film in the peripheral region is polished. As a result, the heat insulating film in the peripheral region is thinner than the heat insulating film in the cavity region. For example, the film thickness of the heat insulating film in the peripheral region is 50 to 150 μm, and the film thickness of the heat insulating film in the cavity region is 150 to 250 μm.

特許文献２も、シリンダヘッドの燃焼室壁面に断熱膜（遮熱膜）が形成された内燃機関を開示している。当該断熱膜を形成する際、スプレーや刷毛を用いることにより、燃焼室壁面に断熱膜が塗布される。また、断熱膜を塗布する前に、燃焼室壁面に付着している油脂等の汚れを除去するために、燃焼室壁面に対してショットブラストが行われる。 Patent Document 2 also discloses an internal combustion engine in which a heat insulating film (heat insulating film) is formed on the combustion chamber wall surface of the cylinder head. When forming the heat insulation film, the heat insulation film is applied to the wall surface of the combustion chamber by using a spray or a brush. In addition, shot blasting is performed on the wall surface of the combustion chamber in order to remove dirt such as oil and fat adhering to the wall surface of the combustion chamber before applying the heat insulating film.

特許文献３は、燃焼室壁面に断熱コーティング膜を形成する技術を開示している。当該技術によれば、燃焼室壁面に塗料を塗布して塗膜を形成し、塗膜を焼き付けることにより、断熱コーティング膜が形成される。断熱コーティング膜を形成する前の予備処理として、燃焼室壁面にショットブラスト、エッチング、化成処理等が行われてもよい。 Patent document 3 is disclosing the technique which forms a heat insulation coating film in a combustion chamber wall surface. According to this technique, a heat insulating coating film is formed by applying a paint to the combustion chamber wall surface to form a coating film and baking the coating film. As pretreatment before forming the heat insulating coating film, shot blasting, etching, chemical conversion treatment, or the like may be performed on the combustion chamber wall surface.

特開２０１６−０７５２２６号公報JP 2006-075226 A 特開２０１６−１９６８３４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-196834 特開２０１２−１７２６１９号公報JP 2012-172619 A

上記の先行技術では、シリンダヘッドの底面に断熱膜が形成される。高温の燃焼室に曝される断熱膜の表面に微小亀裂が存在する場合、その微小亀裂が起点となって亀裂が進展する可能性がある。そのような亀裂がシリンダヘッドの内部まで進展すると、疲労強度が低下し、シリンダヘッドが破損しやすくなる。 In the above prior art, a heat insulating film is formed on the bottom surface of the cylinder head. When a microcrack exists on the surface of the heat insulating film exposed to the high-temperature combustion chamber, the microcrack may start from the microcrack and may develop. When such a crack propagates to the inside of the cylinder head, the fatigue strength is lowered and the cylinder head is easily damaged.

本発明の１つの目的は、燃焼室の壁面を構成する部品の母材表面に断熱膜が形成された内燃機関において、当該母材内部にまで亀裂が進展することを防止することができる技術を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a technique capable of preventing cracks from progressing to the inside of a base material in an internal combustion engine in which a heat insulating film is formed on the surface of the base material of a component constituting the wall surface of the combustion chamber. It is to provide.

本発明の１つの観点において、内燃機関の製造方法が提供される。
その製造方法は、
前記内燃機関の燃焼室の壁面を構成する部品の母材の表面にショットピーニングを実施することによって、前記表面に圧縮残留応力層を形成する工程と、
前記母材よりも熱伝導率及び単位体積当たりの熱容量が低い断熱膜を、溶射によって、前記圧縮残留応力層上に形成する工程と
を含む。 In one aspect of the present invention, a method for manufacturing an internal combustion engine is provided.
The manufacturing method is
Forming a compressive residual stress layer on the surface by performing shot peening on a surface of a base material of a component constituting a wall surface of a combustion chamber of the internal combustion engine;
Forming a heat insulating film having lower thermal conductivity and lower heat capacity per unit volume than the base material on the compressive residual stress layer by thermal spraying.

本発明によれば、断熱膜を形成する際の下地処理として、母材表面に対してショットピーニングが実施され、それにより、高強度の圧縮残留応力層が形成される。そして、その圧縮残留応力層上に、溶射によって断熱膜が形成される。言い換えれば、母材と断熱膜との界面に、高強度の圧縮残留応力層が形成される。従って、仮に断熱膜の表面に微小亀裂が発生したとしても、その亀裂が母材内部まで進展することが防止される。すなわち、疲労強度の低下を防止し、部品の破損を防止することが可能となる。 According to the present invention, shot peening is performed on the surface of the base material as a base treatment when forming the heat insulating film, whereby a high-strength compressive residual stress layer is formed. Then, a heat insulating film is formed on the compressive residual stress layer by thermal spraying. In other words, a high-strength compressive residual stress layer is formed at the interface between the base material and the heat insulating film. Therefore, even if a micro crack is generated on the surface of the heat insulating film, the crack is prevented from extending to the inside of the base material. That is, it is possible to prevent a decrease in fatigue strength and to prevent breakage of parts.

また、ショットピーニングによって母材表面は粗くなる。その結果、溶射において優れたアンカー効果が実現される。すなわち、溶射によって形成される断熱膜と母材との密着力が向上する。このように、本発明によれば、ショットピーニングを実施することによって、疲労強度の増強と密着力の向上の両立が可能となる。 Further, the surface of the base material becomes rough due to shot peening. As a result, an excellent anchor effect is realized in thermal spraying. That is, the adhesion between the heat insulating film formed by thermal spraying and the base material is improved. As described above, according to the present invention, both shot strength and fatigue strength can be improved by performing shot peening.

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構造を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る内燃機関のピストンの構造を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the piston of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの構造を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the cylinder head of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの断熱膜の形成方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation method of the heat insulation film | membrane of the cylinder head of the internal combustion engine which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの断熱膜の形成方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation method of the heat insulation film | membrane of the cylinder head of the internal combustion engine which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの断熱膜の形成方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation method of the heat insulation film | membrane of the cylinder head of the internal combustion engine which concerns on this Embodiment.

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る内燃機関及びその製造方法を説明する。 An internal combustion engine and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

１．内燃機関の構造
図１は、本実施の形態に係る内燃機関１の構造を概略的に示す断面図である。図１に示される内燃機関１は、圧縮着火式のエンジン（ディーゼルエンジン）である。この内燃機関１は、主な構成として、燃焼室１０、シリンダブロック２０、ピストン３０、及びシリンダヘッド４０を備えている。燃焼室１０は、シリンダブロック２０、ピストン３０、及びシリンダヘッド４０によって囲まれた空間である。 1. Structure of Internal Combustion Engine FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an internal combustion engine 1 according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type engine (diesel engine). The internal combustion engine 1 includes a combustion chamber 10, a cylinder block 20, a piston 30, and a cylinder head 40 as main components. The combustion chamber 10 is a space surrounded by the cylinder block 20, the piston 30, and the cylinder head 40.

より詳細には、シリンダブロック２０は、燃焼室１０の側壁を形成する円筒形状のシリンダライナ２１（シリンダボア）を備えている。シリンダライナ２１の円筒形状の中心軸は、以下「中心軸Ｃ」と呼ばれる。また、以下の説明において、中心軸Ｃに平行な方向は「Ｚ方向」と呼ばれ、Ｚ方向と直交する平面は「ＸＹ平面」と呼ばれる。 More specifically, the cylinder block 20 includes a cylindrical cylinder liner 21 (cylinder bore) that forms the side wall of the combustion chamber 10. The cylindrical central axis of the cylinder liner 21 is hereinafter referred to as “central axis C”. In the following description, a direction parallel to the central axis C is referred to as a “Z direction”, and a plane orthogonal to the Z direction is referred to as an “XY plane”.

ピストン３０は、シリンダライナ２１の内周面に沿ってＺ方向に摺動するように設けられている。このピストン３０の上面３１が、燃焼室１０に面しており、燃焼室１０の底面を形成している。ピストン３０の上面３１は、以下、「ピストン上面３１」と呼ばれる。 The piston 30 is provided so as to slide in the Z direction along the inner peripheral surface of the cylinder liner 21. The upper surface 31 of the piston 30 faces the combustion chamber 10 and forms the bottom surface of the combustion chamber 10. The upper surface 31 of the piston 30 is hereinafter referred to as “piston upper surface 31”.

シリンダヘッド４０は、ピストン上面３１と対向するようにシリンダブロック２０上に設置されている。このシリンダヘッド４０の底面４１が、燃焼室１０に面しており、燃焼室１０の上面を形成している。シリンダヘッド４０の底面は、以下、「ヘッド底面４１」と呼ばれる。ヘッド底面４１は、ＸＹ平面とほぼ平行である。 The cylinder head 40 is installed on the cylinder block 20 so as to face the piston upper surface 31. A bottom surface 41 of the cylinder head 40 faces the combustion chamber 10 and forms an upper surface of the combustion chamber 10. The bottom surface of the cylinder head 40 is hereinafter referred to as a “head bottom surface 41”. The head bottom surface 41 is substantially parallel to the XY plane.

このように、燃焼室１０は、シリンダライナ２１、ピストン上面３１、及びヘッド底面４１によって囲まれている。特に、ピストン３０が移動するＺ方向において、ピストン上面３１とヘッド底面４１とは対向しており、燃焼室１０は、それらピストン上面３１とヘッド底面４１によって挟まれている。 As described above, the combustion chamber 10 is surrounded by the cylinder liner 21, the piston upper surface 31, and the head bottom surface 41. In particular, in the Z direction in which the piston 30 moves, the piston upper surface 31 and the head bottom surface 41 face each other, and the combustion chamber 10 is sandwiched between the piston upper surface 31 and the head bottom surface 41.

シリンダヘッド４０には、更に、燃料噴射弁５０及びグロープラグ６０が取り付けられている。燃料噴射弁５０は、燃焼室１０に燃料を噴射する。典型的には、燃料噴射弁５０は、中心軸Ｃの近傍に取り付けられる。グロープラグ６０は、内燃機関１の始動補助装置として機能する。 A fuel injection valve 50 and a glow plug 60 are further attached to the cylinder head 40. The fuel injection valve 50 injects fuel into the combustion chamber 10. Typically, the fuel injection valve 50 is attached in the vicinity of the central axis C. The glow plug 60 functions as a start assist device for the internal combustion engine 1.

図２は、Ｚ方向から見たピストン３０の構造を概略的に示すＸＹ平面図である。図２中の線Ｉ−Ｉ’に沿った内燃機関１の断面構造が、図１で示された断面構造に相当する。以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るピストン３０のピストン上面３１について詳しく説明する。 FIG. 2 is an XY plan view schematically showing the structure of the piston 30 viewed from the Z direction. The cross-sectional structure of the internal combustion engine 1 along the line I-I 'in FIG. 2 corresponds to the cross-sectional structure shown in FIG. Hereinafter, the piston upper surface 31 of the piston 30 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施の形態に係るピストン３０のピストン上面３１には、凹状のキャビティ３２が形成されている。このキャビティ３２は、燃焼室１０の一部である。ピストン上面３１のうちキャビティ３２が形成されている部分は、以下「キャビティ面３１Ａ」と呼ばれる。つまり、ピストン上面３１のうちキャビティ面３１Ａが、凹状のキャビティ３２を形成している。一方、ピストン上面３１のうちキャビティ３２が形成されていない部分、すなわち、キャビティ面３１Ａ以外の部分は、以下「非キャビティ面３１Ｂ」と呼ばれる。非キャビティ面３１Ｂは、ＸＹ平面と平行であり、ピストン上面３１のうちシリンダヘッド４０に最も近い。 A concave cavity 32 is formed on the piston upper surface 31 of the piston 30 according to the present embodiment. The cavity 32 is a part of the combustion chamber 10. A portion of the piston upper surface 31 where the cavity 32 is formed is hereinafter referred to as a “cavity surface 31A”. That is, the cavity surface 31 A of the piston upper surface 31 forms a concave cavity 32. On the other hand, a portion of the piston upper surface 31 where the cavity 32 is not formed, that is, a portion other than the cavity surface 31A is hereinafter referred to as a “non-cavity surface 31B”. The non-cavity surface 31 B is parallel to the XY plane and is closest to the cylinder head 40 on the piston upper surface 31.

図１及び図２に示される例において、キャビティ３２は、中心軸Ｃを含む中央領域に形成されている。非キャビティ面３１Ｂは、ピストン上面３１の周縁領域に円環状に形成されている。キャビティ面３１Ａは、円環状の非キャビティ面３１Ｂに囲まれるように形成されている。 In the example shown in FIGS. 1 and 2, the cavity 32 is formed in a central region including the central axis C. The non-cavity surface 31 B is formed in an annular shape in the peripheral region of the piston upper surface 31. The cavity surface 31A is formed so as to be surrounded by an annular non-cavity surface 31B.

図３は、Ｚ方向から見たシリンダヘッド４０の構造を概略的に示すＸＹ平面図である。図３中の線Ｉ−Ｉ’に沿った内燃機関１の断面構造が、図１で示された断面構造に相当する。シリンダヘッド４０には、吸気バルブ７０及び排気バルブ８０も形成されている。吸気バルブ７０は、燃焼室１０に空気を導入する吸気ポート（図示されない）を開閉するように設けられている。排気バルブ８０は、燃焼室１０から排気を排出する排気ポート（図示されない）を開閉するように設けられている。以下、図１及び図３を参照して、本実施の形態に係るシリンダヘッド４０のヘッド底面４１について詳しく説明する。 FIG. 3 is an XY plan view schematically showing the structure of the cylinder head 40 as viewed from the Z direction. The cross-sectional structure of the internal combustion engine 1 along the line I-I 'in FIG. 3 corresponds to the cross-sectional structure shown in FIG. An intake valve 70 and an exhaust valve 80 are also formed in the cylinder head 40. The intake valve 70 is provided to open and close an intake port (not shown) for introducing air into the combustion chamber 10. The exhaust valve 80 is provided so as to open and close an exhaust port (not shown) for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 10. Hereinafter, the head bottom surface 41 of the cylinder head 40 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3.

本実施の形態に係るシリンダヘッド４０のヘッド底面４１には、断熱膜４２が形成されている。断熱膜４２の熱伝導率は、シリンダヘッド４０の母材のものよりも低い。また、断熱膜４２の単位体積当たりの熱容量は、シリンダヘッド４０の母材のものよりも低い。例えば、シリンダヘッド４０の母材はアルミニウム合金であり、断熱膜４２はセラミック系材料で形成される。このような断熱膜４２がヘッド底面４１に形成されることにより、ヘッド底面４１からの冷却損失が低減される。 A heat insulating film 42 is formed on the head bottom surface 41 of the cylinder head 40 according to the present embodiment. The heat conductivity of the heat insulating film 42 is lower than that of the base material of the cylinder head 40. Further, the heat capacity per unit volume of the heat insulating film 42 is lower than that of the base material of the cylinder head 40. For example, the base material of the cylinder head 40 is an aluminum alloy, and the heat insulating film 42 is formed of a ceramic material. By forming such a heat insulating film 42 on the head bottom surface 41, cooling loss from the head bottom surface 41 is reduced.

図３に示される例では、断熱膜４２は、ヘッド底面４１の一部にだけ形成されている。より詳細には、シリンダヘッド４０のヘッド底面４１は、第１領域４１Ａと第２領域４１Ｂとに区分けされる。第１領域４１Ａは、ピストン上面３１のキャビティ３２と対向する領域である。一方、第２領域４１Ｂは、ピストン上面３１の非キャビティ面３１Ｂと対向する領域である。第２領域４１Ｂは、円環状の非キャビティ面３１Ｂに対応して円環状になっており、第１領域４１Ａは、円環状の第２領域４１Ｂに囲まれている。そして、断熱膜４２は、第２領域４１Ｂには形成されておらず、第１領域４１Ａだけに形成されている。 In the example shown in FIG. 3, the heat insulating film 42 is formed only on a part of the head bottom surface 41. More specifically, the head bottom surface 41 of the cylinder head 40 is divided into a first region 41A and a second region 41B. The first region 41A is a region facing the cavity 32 of the piston upper surface 31. On the other hand, the second region 41B is a region facing the non-cavity surface 31B of the piston upper surface 31. The second region 41B has an annular shape corresponding to the annular non-cavity surface 31B, and the first region 41A is surrounded by the annular second region 41B. The heat insulating film 42 is not formed in the second region 41B, but is formed only in the first region 41A.

ピストン上面３１の非キャビティ面３１Ｂとヘッド底面４１の第２領域４１Ｂとの間の空間は、スキッシュエリアである。断熱膜４２を第２領域４１Ｂには形成せず、第１領域４１Ａにだけ形成することにより、スキッシュエリアのクリアランスを容易に確保することが可能になる。 A space between the non-cavity surface 31B of the piston upper surface 31 and the second region 41B of the head bottom surface 41 is a squish area. By forming the heat insulating film 42 only in the first region 41A without forming it in the second region 41B, the clearance of the squish area can be easily secured.

但し、本実施の形態に係る内燃機関１の構造は、図１〜図３で示されたものに限られない。例えば、断熱膜４２は、ヘッド底面４１の全体に形成されてもよい。 However, the structure of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment is not limited to that shown in FIGS. For example, the heat insulating film 42 may be formed on the entire head bottom surface 41.

２．製造方法
次に、本実施の形態に係る内燃機関１の製造方法、特にシリンダヘッド４０の断熱膜４２の形成方法について詳しく説明する。図４〜図６は、本実施の形態に係るシリンダヘッド４０の断熱膜４２の形成方法を説明するための断面図である。 2. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, particularly a method of forming the heat insulating film 42 of the cylinder head 40 will be described in detail. 4-6 is sectional drawing for demonstrating the formation method of the heat insulation film | membrane 42 of the cylinder head 40 which concerns on this Embodiment.

図４には、シリンダヘッド４０の母材１００が示されている。母材１００は、例えばアルミニウム合金である。母材表面１００Ｓは、シリンダヘッド４０がシリンダブロック２０に組み付けられたときに燃焼室１０側に向く面である。その母材表面１００Ｓに対してショットピーニングが実施される。 FIG. 4 shows the base material 100 of the cylinder head 40. The base material 100 is, for example, an aluminum alloy. The base material surface 100 S is a surface facing the combustion chamber 10 side when the cylinder head 40 is assembled to the cylinder block 20. Shot peening is performed on the base material surface 100S.

図５には、ショットピーニング実施後の母材１００が示されている。ショットピーニングが実施された結果、母材表面１００Ｓの表面は粗くなり、また、母材表面１００Ｓ近傍に圧縮残留応力（compressive residual stress）が付与される。圧縮残留応力が付与され、疲労強度が高くなった層は、以下「圧縮残留応力層１００Ｒ」と呼ばれる。例えば、圧縮残留応力層１００Ｒは５０μｍ以上形成される。 FIG. 5 shows the base material 100 after the shot peening has been performed. As a result of the shot peening, the surface of the base material surface 100S becomes rough, and compressive residual stress is applied in the vicinity of the base material surface 100S. The layer to which the compressive residual stress is applied and the fatigue strength is increased is hereinafter referred to as “compressive residual stress layer 100R”. For example, the compressive residual stress layer 100R is formed with a thickness of 50 μm or more.

その後、図６に示されるように、母材１００の圧縮残留応力層１００Ｒ上に断熱膜４２が形成される。この断熱膜４２は、母材１００よりも熱伝導率の低い材料を溶射することによって成膜される。溶射皮膜の内部には施工の過程で気泡が形成される。これにより、断熱膜４２の単位体積当たりの熱容量は、母材１００よりも低くなる。 Thereafter, as shown in FIG. 6, a heat insulating film 42 is formed on the compressive residual stress layer 100 R of the base material 100. The heat insulating film 42 is formed by spraying a material having a lower thermal conductivity than the base material 100. Bubbles are formed in the thermal spray coating during the construction process. As a result, the heat capacity per unit volume of the heat insulating film 42 is lower than that of the base material 100.

このように、本実施の形態によれば、断熱膜４２を形成する際の下地処理として、シリンダヘッド４０の母材１００に対してショットピーニングが実施され、それにより、高強度の圧縮残留応力層１００Ｒが形成される。そして、その圧縮残留応力層１００Ｒ上に、溶射によって断熱膜４２が形成される。言い換えれば、母材１００と断熱膜４２との界面に圧縮残留応力層１００Ｒが形成される。これによる効果は、次の通りである。 As described above, according to the present embodiment, shot peening is performed on the base material 100 of the cylinder head 40 as a base treatment when forming the heat insulating film 42, thereby achieving a high-strength compressive residual stress layer. 100R is formed. Then, a heat insulating film 42 is formed on the compressive residual stress layer 100R by thermal spraying. In other words, the compressive residual stress layer 100 R is formed at the interface between the base material 100 and the heat insulating film 42. The effect of this is as follows.

溶射によって形成される断熱膜４２の表面には、微小亀裂が存在する可能性がある。断熱膜４２は高温の燃焼室１０に曝されるが、断熱膜４２の表面に微小亀裂が存在する場合、その微小亀裂が起点となって亀裂が進展する可能性がある。そのような亀裂がシリンダヘッド４０の母材１００の内部まで進展すると、疲労強度が低下し、シリンダヘッド４０が破損しやすくなる。本実施の形態によれば、断熱膜４２と母材１００との界面に、高強度の圧縮残留応力層１００Ｒが形成される。従って、仮に断熱膜４２の表面に微小亀裂が発生したとしても、その亀裂がシリンダヘッド４０の母材１００の内部まで進展することが防止される。すなわち、シリンダヘッド４０の疲労強度の低下を防止し、シリンダヘッド４０の破損を防止することが可能となる。 There may be microcracks on the surface of the heat insulating film 42 formed by thermal spraying. Although the heat insulating film 42 is exposed to the high-temperature combustion chamber 10, if there is a microcrack on the surface of the heat insulating film 42, the microcrack may start from the microcrack and may develop. When such a crack progresses to the inside of the base material 100 of the cylinder head 40, the fatigue strength is lowered and the cylinder head 40 is easily damaged. According to the present embodiment, a high-strength compressive residual stress layer 100 R is formed at the interface between the heat insulating film 42 and the base material 100. Therefore, even if a micro crack is generated on the surface of the heat insulating film 42, the crack is prevented from extending to the inside of the base material 100 of the cylinder head 40. That is, the fatigue strength of the cylinder head 40 can be prevented from being lowered, and the cylinder head 40 can be prevented from being damaged.

また、ショットピーニングによって母材表面１００Ｓは粗くなる。その結果、溶射において優れたアンカー効果が実現される。すなわち、溶射によって形成される断熱膜４２と母材１００との密着力が向上する。このように、本実施の形態によれば、ショットピーニングを実施することによって、疲労強度の増強と密着力の向上の両立が可能となる。 Moreover, the base material surface 100S becomes rough by shot peening. As a result, an excellent anchor effect is realized in thermal spraying. That is, the adhesion between the heat insulating film 42 formed by thermal spraying and the base material 100 is improved. Thus, according to the present embodiment, it is possible to achieve both enhancement of fatigue strength and improvement of adhesion by performing shot peening.

尚、本実施の形態に係る断熱膜４２の形成方法の適用先は、シリンダヘッド４０だけに限られない。本実施の形態に係る断熱膜４２の形成方法は、燃焼室１０の壁面を構成する他の部品（例えばシリンダライナ２１）にも適用可能である。その場合でも本実施の形態と同じ効果が得られる。 Note that the application destination of the method for forming the heat insulating film 42 according to the present embodiment is not limited to the cylinder head 40. The method for forming the heat insulating film 42 according to the present embodiment can also be applied to other components (for example, the cylinder liner 21) constituting the wall surface of the combustion chamber 10. Even in that case, the same effect as the present embodiment can be obtained.

１内燃機関
１０燃焼室
２０シリンダブロック
２１シリンダライナ
３０ピストン
３１ピストン上面
３１Ａキャビティ面
３１Ｂ非キャビティ面
３２キャビティ
４０シリンダヘッド
４１ヘッド底面
４１Ａ第１領域
４１Ｂ第２領域
４２断熱膜
５０燃料噴射弁
６０グロープラグ
７０吸気バルブ
８０排気バルブ
１００母材
１００Ｓ母材表面
１００Ｒ圧縮残留応力層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 10 Combustion chamber 20 Cylinder block 21 Cylinder liner 30 Piston 31 Piston upper surface 31A Cavity surface 31B Non-cavity surface 32 Cavity 40 Cylinder head 41 Head bottom surface 41A 1st area | region 41B 2nd area | region 42 Thermal insulation film 50 Fuel injection valve 60 Glow plug 70 Intake valve 80 Exhaust valve 100 Base material 100S Base material surface 100R Compressive residual stress layer

Claims

A method for manufacturing an internal combustion engine, comprising:
Forming a compressive residual stress layer on the surface by performing shot peening on a surface of a base material of a component constituting a wall surface of a combustion chamber of the internal combustion engine;
Forming a heat insulating film having a lower thermal conductivity and a lower heat capacity per unit volume than the base material on the compressive residual stress layer by thermal spraying.