JP6232954B2

JP6232954B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6232954B2
Application number: JP2013234182A
Authority: JP
Inventors: 学立野; 暁生川口; 西田　秀之; 秀之西田; 英男山下; 洋希猪熊; 晃山下; 一康岩田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: US20160273484A1; EP3069003B1; EP3069003A1; US9957916B2; WO2015072227A1; CN105705759B; JP2015094292A; CN105705759A

Description

この発明は、内燃機関に関し、より詳細には、陽極酸化処理による皮膜（陽極酸化皮膜）が形成されたピストンを備える内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、アルミ合金製のピストン母材の頂面を陽極酸化処理することで形成したポーラス層と、当該ポーラス層の表面にＹ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ_２粉末をプラズマ溶射することで形成した皮膜層とを備える陽極酸化皮膜が開示されている。ポーラス層は、陽極酸化処理の過程で形成された多数の細孔を有しており、これらの細孔を塞ぐように皮膜層が設けられる。このような構造の陽極酸化皮膜は、従来のセラミック系の断熱膜よりも低熱伝導率かつ低熱容量であるため、内燃機関の冷却損失の低減に有利である。また、特許文献１では、被覆層との接合性を向上させる目的でポーラス層の表面に凹凸パターンを形成してから封孔処理を行い、その後に被覆層を仕上げ加工している。これにより、当該凹凸パターンの形成により生じた被覆層の起伏を平滑化している。

特許文献２には、ピストン母材の頂面を陽極酸化処理することで形成したポーラス層の細孔内に、白金などの金属を担持させた陽極酸化皮膜が開示されている。特許文献１とは異なり、特許文献２ではポーラス層の封孔処理はなされない。但し、特許文献２の陽極酸化皮膜によれば、金属の触媒作用によって燃焼室内で生じた煤を酸化して浄化できる。

特許文献３には、直噴式または副室式のディーゼル機関の上死点近傍における燃焼室の死容積に対応する燃焼室の側面、即ち、ピストンの頂面と上部側面、シリンダライナの上部の非摺動面およびシリンダヘッドの燃焼室側の面の外周部分にＺｒＯ_２などの断熱材をコーティングまたは接着したことが開示されている。特許文献３の断熱材は、いわゆるセラミック系の断熱材であり陽極酸化皮膜ではない。

特開２０１２−７２７４５号公報特開２０１２−１２２４４５号公報特開昭６１−１４２３２０号公報

ところで、特許文献１や２の陽極酸化処理は、ピストン母材のアルミニウムを酸化しつつ、当該ピストンの表面から内部に向かって無数の細孔を形成するものである。そのため、陽極酸化処理後に形成されるポーラス層の表面は平滑ではなく、一定の表面粗さが存在する。特許文献１の如くポーラス層の封孔処理を行った場合でも同様である。故に、ピストンの表面に陽極酸化皮膜を形成した場合は、当該皮膜の形成領域において火炎の成長が阻害されて燃焼速度が低下する可能性がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。即ち、燃焼速度の低下を抑制しつつ、陽極酸化皮膜による効果を発揮させることを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
シリンダヘッドに対向する頂面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されたピストンと、前記頂面に向かって燃料を噴射可能な噴射弁と、を備える内燃機関であって、
前記頂面は、噴射燃料を着火させるキャビティを構成するキャビティ面と、当該キャビティ面の外側において前記頂面の外周を構成するスキッシュ面と、前記スキッシュ面と前記キャビティ面の間に形成されたテーパ面と、を備え、
前記スキッシュ面の全域に、前記陽極酸化皮膜が形成された第１粗面領域が設けられ、
前記キャビティ面と前記テーパ面を含む領域に、前記陽極酸化皮膜が形成された第２粗面領域と、前記第１粗面領域および第２粗面領域よりも表面粗さの小さい滑面領域であって、前記第１粗面領域および前記第２粗面領域に形成された陽極酸化皮膜よりも表面粗さの小さい陽極酸化皮膜が形成される、または、前記ピストンの母材が露出する滑面領域と、が設けられることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記噴射弁の先端には、複数の噴孔が放射状に設けられ、
前記ピストンが上死点に位置する場合において前記噴孔の各中心を通る直線と交わる前記キャビティ面の夫々の交点を通り、尚且つ、当該交点から前記キャビティ面の中央および前記スキッシュ面の両方に延びる帯状の領域に、前記滑面領域が設けられることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記キャビティの中央部には、前記ピストンの中心から前記シリンダヘッドに向かって隆起する山部が形成され、
前記山部の頂部および中腹部の表面に前記第２粗面領域が設けられ、前記山部の麓部の表面に前記滑面領域が設けられることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の何れかの発明において、
前記テーパ面の全域に、前記第２粗面領域が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、第１粗面領域および第２粗面領域よりも表面粗さの小さい滑面領域をキャビティ面とテーパ面を含む領域に設けたので、成長初期の火炎が接触する頂面の領域において、火炎の成長が抑制されることを抑制できる。また、スキッシュ面の全域に陽極酸化皮膜を形成した第１粗面領域を設けたので、成長後期の火炎が接触する頂面の領域においては、当該皮膜による効果を発揮させることができる。

実施の形態１の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。実施の形態１の内燃機関の構造を示す断面図である。実施の形態２の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。実施の形態２の内燃機関の構造を示す断面図である。実施の形態３の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。実施の形態３の内燃機関の構造を示す断面図である。実施の形態４の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。実施の形態４の内燃機関の構造を示す断面図である。参考例１の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例１の内燃機関の構造を示す断面図である。参考例２の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例２の内燃機関の構造を示す断面図である。参考例３の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例３の内燃機関の構造を示す断面図である。参考例４の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例５の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例６の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。参考例７の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。

実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１について図１乃至図２を参照しながら説明する。

図１は、実施の形態１の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１に示すように、ピストン１０は、シリンダブロック（図示しない）の内面にその側面が摺接する円筒状のスカート部１２と、スカート部１２の上端部に形成された所定肉厚の冠部１４と、ピストンピン（図示しない）を支持するピンボス部１６と、から構成されている。

冠部１４の側面には、３つのピストンリング溝１８が形成されている。冠部１４の上面（以下、「ピストン頂面」ともいう。）の中央には、キャビティ部２０が凹設されている。キャビティ部２０は、その開口縁２０ａから冠部１４の内部に向かうように形成された側壁部２２と、側壁部２２の最深箇所から上向きに立ち上がるように形成された円錐台状の山部２４とから構成されている。キャビティ部２０の外側には、当該キャビティ部２０を取り囲むように形成されたテーパ部２６が形成されている。テーパ部２６は、ピストン頂面側から下方に向かうほど径が縮小している。キャビティ部２０の外側には、冠部１４の外縁１４ａと同じ高さのスキッシュ部２８が形成されている。

テーパ部２６の表面（以下、「テーパ面」ともいう。）およびスキッシュ部２８の表面（以下、「スキッシュ面」ともいう。）の全体には、陽極酸化皮膜３０が形成されている。陽極酸化皮膜３０は、多孔質皮膜と封孔材とから構成される。多孔質皮膜は、ピストン１０の母材であるアルミニウム合金の陽極酸化処理により形成される皮膜（アルマイト皮膜）である。封孔剤は、陽極酸化処理の過程で形成された細孔を封止してアルマイト皮膜の熱疲労を抑制する目的で設けられるものである。封孔材としては、シリカ等の耐熱性のある材料が主成分として作用する材料（好ましくはポリシラザン）が用いられる。

陽極酸化皮膜３０は、アルミニウム合金よりも低熱伝導率かつ低熱容量であることは言うまでもなく、従来のセラミック系の断熱膜よりも低熱伝導率かつ低熱容量である。そのため、セラミック系の断熱膜のように膜形成面を常に高温に保つのではなく、内燃機関のサイクル間で変動するガスの温度に膜形成面を追従させることが可能となる。即ち、膜形成面の温度を吸入〜圧縮行程（２サイクルエンジンの場合、上昇行程）においては低温にし、膨張〜排気行程（２サイクルエンジンの場合、下降行程）においては高温にできる。従って、陽極酸化皮膜３０を形成すれば、内燃機関の熱効率のみならず吸気効率をも向上できるので、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減といった効果が得られる。

但し、陽極酸化皮膜３０は、キャビティ部２０の表面（以下、「キャビティ面」ともいう。）には形成されていない。つまり、陽極酸化皮膜３０は、テーパ面およびスキッシュ面には形成され、キャビティ面には形成されていない。このような２つの領域を設けた理由は、陽極酸化皮膜３０の表面粗さにある。即ち、アルマイト皮膜の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は６．０〜８．０μｍであり、封孔処理後の陽極酸化皮膜３０の表面粗さも３．０〜４．０μｍである。一方、キャビティ面は、アルミニウム合金の表面粗さ（０．５〜１．５μｍ）に等しくなる。なお、これらの算術平均粗さＲａは、ＪＩＳＢ６０１（２００１）に準拠して測定した値である。

図２は、実施の形態１の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図１のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン１０は圧縮上死点に位置している。噴射弁からの燃料噴射は、圧縮上死点の近傍で燃料が燃焼するように当該上死点前に行われる。噴射弁３２の先端には噴孔が設けられているので、当該噴孔からの噴射燃料は図２に示す墳孔の軸線に沿って側壁部２２に向かい、その途中で着火する。図２の破線矢印は、火炎の成長方向を示している。即ち、火炎は、側壁部２２の表面に衝突して反射し山部２４の表面（以下、「隆起面」ともいう。）を流れる本流（矢印(i)）と、テーパ面を駆け上がるように流れる支流（矢印(ii)）とに分かれて成長する。

図２に示すように、本流の成長方向には陽極酸化皮膜３０が形成されていない。このため、火炎の成長が陽極酸化皮膜３０によって阻害されて燃焼速度（筒内での平均燃焼速度）が低下するのを良好に抑制できる。他方、支流の成長方向には陽極酸化皮膜３０が形成されている。しかし、支流を形成する火炎は、燃焼時のピストン５０の下降により生じる逆スキッシュ流のアシストを受けてスキッシュ部２８側に向かうことができるので、本流を形成する火炎に比べて燃焼速度に及ぼす影響が少ない。このような理由から、本実施の形態ではテーパ面に陽極酸化皮膜３０を形成し、当該皮膜による効果を高めている。

以上、本実施の形態によれば、テーパ面に形成した陽極酸化皮膜３０によって、当該皮膜による効果を高めることができる。なお、図１乃至図２で説明したピストン１０は、キャビティ面をシール（ゴムシール等）しながらピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

ところで、上記実施の形態１においては、キャビティ面には陽極酸化皮膜３０を非形成としたが、キャビティ面に陽極酸化皮膜３０を形成してもよい。但しこの場合は、ピストン頂面の全体に陽極酸化皮膜３０を形成した後、指向性のある研磨手法（例えばエアロラップ等）にてキャビティ面の表面粗さが０．５〜１．５μｍとなるように研磨する。このような滑面領域を設ければ、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例は、後述の実施形態においても同様に適用できる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図３乃至図４を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図３は、実施の形態２の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図３に示すように、陽極酸化皮膜３０は、テーパ面およびスキッシュ面に形成されている。陽極酸化皮膜３０は、山部２４の頂部２４１および中腹部２４２の表面にも形成されている。他方、山部２４の麓部２４３の表面と、側壁部２２の表面には陽極酸化皮膜３０が形成されていない。

図４は、実施の形態２の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図３のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン１０は圧縮上死点に位置している。図２で既に説明したように、本流（図４の矢印(i)）を形成する火炎の成長が陽極酸化皮膜３０によって阻害される。但し、頂部２４１や中腹部２４２の表面には成長後期の火炎が接触するので、生成初期の火炎が接触する麓部２４３や側壁部２２の表面に比べて燃料速度への影響が少ない。このような理由から、本実施の形態では頂部２４１や中腹部２４２の表面に陽極酸化皮膜３０を形成し、当該皮膜による効果を高めている。

以上、本実施の形態によれば、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、図３乃至図４で説明したピストン１０は、麓部２４３や側壁部２２の表面をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図５乃至図６を参照しながら説明する。なお、既述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、その説明を省略するものとする。

図５は、実施の形態３の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図５に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ａが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２４ａが複数設けられている。同様に、テーパ面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２６ａが複数設けられている。領域２２ａ，２４ａ，２６ａは均等な間隔で設けられており、個々の領域２２ａと領域２４ａと領域２６ａは、連続して帯状の領域を形成している。但し、帯状領域のそれぞれは互いに連続していない。帯状領域の幅は開口縁２０ａ付近が最も広く、ここからスキッシュ部２８側と頂部２４１側に向かうほど狭くなっている。帯状領域の数は噴射弁３２の先端に放射状に設けられる噴孔の数に対応している。帯状領域を除くピストン頂面には、陽極酸化皮膜３０が形成されている。

図６は、実施の形態３の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図５のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン１０は圧縮上死点に位置している。図２で説明したように、支流（図６の矢印(ii)）を形成する火炎は、本流（図６の矢印(i)）を形成する火炎に比べて燃焼速度に及ぼす影響が少ない。しかしながら、支流を形成する火炎の成長領域（即ち、領域２６ａ）を陽極酸化皮膜３０の非形成領域とすれば、当然、当該火炎の成長の阻害を抑制できる。これに加え、本実施の形態では、本流を形成する火炎の成長領域（即ち、領域２２ａおよび領域２４ａ）を陽極酸化皮膜３０の非形成領域とする。これにより、燃焼速度の低下抑制効果と、陽極酸化皮膜３０による効果とを両立させることができる。

以上、本実施の形態によれば、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、図５乃至図６で説明したピストン１０は、側壁部２２の表面と墳孔の軸線の交点を通り、尚且つ、当該交点からスキッシュ部２８側と頂部２４１側の両方に延びる帯状領域をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図７乃至図８を参照しながら説明する。なお、既述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、その説明を省略するものとする。

図７は、実施の形態４の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図７に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｂが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２４ｂが複数設けられている。同様に、テーパ面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２６ｂが複数設けられている。領域２２ｂ，２６ｂは、実施の形態３の領域２２ａ，２６ａと同様の領域である。他方、領域２４ｂは、麓部２４３の表面にのみ形成される点で実施の形態３の領域２４ａと異なる。

図８は、実施の形態４の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図７のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン１０は圧縮上死点に位置している。麓部２４３の表面にのみ領域２４ｂを形成したのは、実施の形態２と同様の理由による。即ち、頂部２４１や中腹部２４２の表面には成長後期の火炎が接触するので、生成初期の火炎が接触する麓部２４３の表面に比べて燃料速度への影響が少ないためである。

以上、本実施の形態によれば、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、図７乃至図８で説明したピストン１０は、側壁部２２の表面と墳孔の軸線の交点を通り、尚且つ、当該交点からスキッシュ部２８側と麓部２４３側の両方に延びる帯状領域をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

以下、本発明の検討の過程において本発明者らが考案した別の発明を参考例として開示する。なお、既述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、その説明を省略するものとする。

参考例１．
図９は、参考例１の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図９に示すピストン５０は、テーパ部を備えていない点で実施の形態１のピストン１０と異なる。陽極酸化皮膜３０は、スキッシュ面には形成され、キャビティ面には形成されていない。

図１０は、参考例１の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図９のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン５０は圧縮上死点に位置している。既に図２で説明したように、噴射弁３２の噴孔から噴射された燃料は側壁部２２に向かい、その途中で着火する。図１０の破線矢印は、火炎の成長方向を示している。即ち、火炎は、側壁部２２の表面に衝突して反射し隆起面に沿って成長する。

図１０に示すように、火炎の成長方向には陽極酸化皮膜３０が形成されていない。このため、火炎の成長が陽極酸化皮膜３０によって阻害されて燃焼速度（筒内での平均燃焼速度）が低下するのを良好に抑制できる。従って、燃焼速度の低下に伴う熱効率の低下や、全負荷性能の低下を抑制できる。即ち、燃焼速度の低下を抑制しつつ、陽極酸化皮膜による効果を発揮させることができる。図１０に示した内燃機関について本発明者らが実験を行ったところ、ピストン頂面の全域に陽極酸化皮膜を形成した場合に得られる燃費を上回る効果が示された。

なお、図９乃至図１０で説明したピストン５０は、キャビティ面をシール（ゴムシール等）した状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

参考例２．
図１１は、参考例２の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１１に示すように、スキッシュ面の全体には、陽極酸化皮膜３０が形成されている。陽極酸化皮膜３０は、山部２４の頂部２４１および中腹部２４２にも形成されている。他方、山部２４の麓部２４３の表面と、側壁部２２の表面には陽極酸化皮膜３０が形成されていない。

図１２は、参考例２の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図１１のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン５０は圧縮上死点に位置している。既に図１０で説明したように、陽極酸化皮膜３０によって火炎の成長が阻害されると燃焼速度が低下する。但し、麓部２４３や側壁部２２の表面には生成初期の火炎が接触するのに対し、頂部２４１や中腹部２４２の表面には成長後期の火炎が接触する。このような理由から、麓部２４３や側壁部２２の表面には陽極酸化皮膜３０を非形成として火炎の成長の阻害を抑制し、同時に、頂部２４１や中腹部２４２の表面には陽極酸化皮膜３０を形成して当該皮膜による効果を高めている。

以上、本参考例によれば、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１１乃至図１２で説明したピストン５０は、麓部２４３や側壁部２２の表面をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

参考例３．
図１３は、参考例３の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１３に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない円形状の領域２２ｃが複数設けられている。各領域２２ｃの直径φは約８ｍｍであり、これらは均等な間隔で設けられている。領域２２ｃの数は噴射弁３２の先端に放射状に設けられる噴孔の数に対応している。領域２２ｃを除くピストン頂面には、陽極酸化皮膜３０が形成されている。

図１４は、参考例３の内燃機関の構造を示す断面図である。本図は、図１３のＡ−Ａ断面に対応しており、本図においてピストン５０は圧縮上死点に位置している。既に図１０で説明したように、噴射弁３２の噴孔からの噴射燃料は、図１０に示す墳孔の軸線に沿って側壁部２２に向かい、その途中で着火する。そのため、ピストン頂面のうち、生成初期の火炎が真っ先に接触するのは側壁部２２である。当該火炎は側壁部２２の表面に衝突するように接触するので、この接触箇所に陽極酸化皮膜３０が形成されているとその成長に影響を及ぼす可能性が高い。このような理由から、領域２２ｃには陽極酸化皮膜３０を非形成としている。

以上、本参考例によれば、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１３乃至図１４で説明したピストン５０は、側壁部２２の表面と墳孔の軸線の交点を中心とする円形状領域をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

参考例４．
図１５は、参考例４の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１５に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｄが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２４ｃが複数設けられている。領域２２ｄ，２４ｃは均等な間隔で設けられており、個々の領域２２ｄと領域２４ｃは連続して帯状の領域を形成している。但し、帯状領域のそれぞれは互いに連続していない。帯状領域の幅は開口縁２０ａ側が最も広く、頂部２４１側に向かうほど狭くなっている。帯状領域の数は噴射弁３２の先端に放射状に設けられる噴孔の数に対応している。帯状領域を除くピストン頂面には、陽極酸化皮膜３０が形成されている。

参考例３においては、生成初期の火炎が衝突する領域（領域２２ｃ）を陽極酸化皮膜３０の非形成領域とした。しかしながら、衝突後の火炎は隆起面に沿って成長するので、この表面に陽極酸化皮膜３０が形成されていると、燃焼速度が若干低下する可能性がある。このような理由から、本参考例では、成長初期の火炎が衝突する側壁部２２の領域のみならず、衝突後の火炎が成長する領域（即ち、領域２２ｄおよび領域２４ｃ）を陽極酸化皮膜３０の非形成領域としている。

以上、本参考例によれば、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１５で説明したピストン５０は、側壁部２２の表面と墳孔の軸線の交点を通り、尚且つ、当該交点から開口縁２０ａ側と頂部２４１側の両方に延びる帯状領域をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

参考例５．
図１６は、参考例５の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１６に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｅが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２４ｄが複数設けられている。領域２２ｅは、参考例４の領域２２ｄと同様の領域である。他方、領域２４ｄは、麓部２４３の表面にのみ形成される点で参考例４の領域２４ｃと異なる。

麓部２４３の表面にのみ領域２４ｄを形成したのは、参考例２と同様の理由による。即ち、頂部２４１や中腹部２４２の表面には成長後期の火炎が接触するので、生成初期の火炎が接触する麓部２４３の表面に比べて燃料速度への影響が少ないためである。

以上、本参考例によれば、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１６で説明したピストン５０は、側壁部２２の表面と墳孔の軸線の交点を通り、尚且つ、当該交点から開口縁２０ａ側と麓部２４３側の両方に延びる帯状領域をシールした状態でピストン頂面を陽極酸化処理し、その後、封孔処理することにより製造できる。

参考例６．
図１７は、参考例６の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１７に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｆが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２４ｅが複数設けられている。領域２２ｆ，２４ｅは、参考例４の領域２２ｄ，２４ｃと基本的に同様の領域である。但し、帯状領域の幅の点において参考例４と異なる。この理由は、本参考例の内燃機関が、気筒内に吸入する空気を横方向に回転させて渦を巻くようにした旋回流（スワール流）を発生させる内燃機関であるためである。

図１７に示す方向にスワール流を発生させる場合、当該スワール流の回転方向に火炎が流される。そのため、帯状領域の幅が狭いと、流された火炎が陽極酸化皮膜３０に接触する可能性がある。このような理由から、本参考例では、帯状領域の幅を広くして火炎の成長の阻害を抑制している。

以上、本参考例によれば、スワール流を発生させる内燃機関においても、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１７で説明したピストン５０は、参考例４同様にして製造できる。

参考例７．
図１８は、参考例７の内燃機関に適用されるピストンの斜視図である。図１８に示すように、側壁部２２の表面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｇが複数設けられている。同様に、隆起面には、陽極酸化皮膜３０が形成されていない領域２２ｆが複数設けられている。領域２２ｇ，２２ｆは、参考例５の領域２２ｅ，２４ｄと基本的に同様の領域である。但し、帯状領域の幅の点において参考例５と異なる。この理由は、参考例６と同様、本参考例の内燃機関が、スワール流を発生させる内燃機関であるためである。従って、本参考例では、帯状領域の幅を広くして火炎の成長の阻害を抑制している。

以上、本参考例によれば、スワール流を発生させる内燃機関においても、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。なお、図１８で説明したピストン５０は、参考例５同様にして製造できる。

１０，５０ピストン
１４冠部
１４ａ外縁
２０キャビティ部
２０ａ開口縁
２２側壁部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ皮膜非形成領域
２４山部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ皮膜非形成領域
２６テーパ部
２６ａ，２６ｂ皮膜非形成領域
２８スキッシュ部
３０陽極酸化皮膜
３２噴射弁
２４１頂部
２４２中腹部
２４３麓部

Claims

シリンダヘッドに対向する頂面の少なくとも一部に陽極酸化皮膜が形成されたピストンと、前記頂面に向かって燃料を噴射可能な噴射弁と、を備える内燃機関であって、
前記頂面は、噴射燃料を着火させるキャビティを構成するキャビティ面と、当該キャビティ面の外側において前記頂面の外周を構成するスキッシュ面と、前記スキッシュ面と前記キャビティ面の間に形成されたテーパ面と、を備え、
前記スキッシュ面の全域に、前記陽極酸化皮膜が形成された第１粗面領域が設けられ、
前記キャビティ面と前記テーパ面を含む領域に、前記陽極酸化皮膜が形成された第２粗面領域と、前記第１粗面領域および第２粗面領域よりも表面粗さの小さい滑面領域であって、前記第１粗面領域および前記第２粗面領域に形成された陽極酸化皮膜よりも表面粗さの小さい陽極酸化皮膜が形成される、または、前記ピストンの母材が露出する滑面領域と、が設けられることを特徴とする内燃機関。
前記噴射弁の先端には、複数の噴孔が放射状に設けられ、
前記ピストンが上死点に位置する場合において前記噴孔の各中心を通る直線と交わる前記キャビティ面の夫々の交点を通り、尚且つ、当該交点から前記キャビティ面の中央および前記スキッシュ面の両方に延びる帯状の領域に、前記滑面領域が設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記キャビティの中央部には、前記ピストンの中心から前記シリンダヘッドに向かって隆起する山部が形成され、
前記山部の頂部および中腹部の表面に前記第２粗面領域が設けられ、前記山部の麓部の表面に前記滑面領域が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記テーパ面の全域に、前記第２粗面領域が設けられることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関。