WO2017195277A1 - レシプロエンジンおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2017195277A1
WO2017195277A1 PCT/JP2016/063904 JP2016063904W WO2017195277A1 WO 2017195277 A1 WO2017195277 A1 WO 2017195277A1 JP 2016063904 W JP2016063904 W JP 2016063904W WO 2017195277 A1 WO2017195277 A1 WO 2017195277A1
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tin
film
iron
cylinder
peripheral surface
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PCT/JP2016/063904
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恒雄 磯部
安行 村瀬
恒明 高井
祐也 市川
一清 高橋
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating engine and a manufacturing method thereof.
  • a typical reciprocating engine includes a cylinder including a cylindrical inner peripheral surface, a cylinder head that forms a combustion chamber, a piston that reciprocates in the cylinder as the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, And a piston ring that reciprocates.
  • Patent Document 1 discloses forming an iron plating layer on the inner peripheral surface of an aluminum alloy cylinder in order to improve the wear resistance of the cylinder.
  • the iron plating layer may be corroded by droplets containing a sulfuric acid component. That is, when fuel containing sulfur burns, exhaust gas containing sulfur oxides is generated. In the case of operating conditions in which the temperature of the exhaust gas greatly decreases, sulfur oxide in the exhaust gas and moisture in the air combine to produce sulfuric acid, which causes condensation on the inner wall surface of the cylinder. There is a time.
  • the position above the sliding range of the piston ring (the position of the cylinder head) tends to be corroded.
  • one of the objects of the present invention is to provide a reciprocating engine that can effectively prevent the iron film from being corroded by sulfuric acid caused by sulfur contained in the exhaust gas, and a method for manufacturing the same. .
  • a cylinder including an inner peripheral surface formed of an aluminum alloy, a cylinder head that forms a combustion chamber in which a mixture of air and fuel burns, and combustion of the mixture in the combustion chamber Accordingly, the piston reciprocates between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder, and the cylinder reciprocates between the top dead center and the bottom dead center together with the piston.
  • a piston ring that seals a gap therebetween, an inner peripheral surface on which the piston ring slides, covers an inner peripheral surface of the cylinder, and a cylindrical iron film formed of an iron-containing material containing iron, and The inner peripheral surface of the iron coating corresponding to a region closer to the combustion chamber than the sliding region corresponding to the region from the bottom dead center of the piston ring to the top dead center of the piston ring on the inner peripheral surface of the iron coating Covering the non-sliding area of And a cylindrical tin film formed of tin-containing material comprising's, provides a reciprocating engine.
  • the reciprocating engine can be reduced in weight and size as compared with the case where the sleeve is cast into the cylinder, and the temperature distribution of the cylinder is reduced. Can improve.
  • the position above the sliding range of the piston ring (the position of the cylinder head) tends to progress corrosion.
  • part of the carbon in the fuel becomes fine particles (soot) and floats in the combustion gas.
  • Part of the heel adheres to the inner wall surface of the cylinder.
  • soot adhering to the inner wall surface of the cylinder the soot in the sliding range of the piston ring is scraped downward (toward the crankshaft), but the position above the sliding range outside the sliding range (cylinder head) The upper soot at (toward) is deposited. Then, sulfuric acid is absorbed and retained in the deposited soot, which can promote corrosion of iron plating.
  • Such retention of sulfuric acid can be a factor that promotes corrosion of the iron film, but the contact of sulfuric acid with the iron film is hindered by the tin film.
  • the non-sliding region on the inner peripheral surface of the iron film where sulfuric acid due to sulfur contained in the exhaust gas easily collects is covered with the tin film. Therefore, corrosion of the iron film by sulfuric acid can be effectively prevented.
  • At least one of the following features may be added to the reciprocating engine.
  • the sliding area of the inner peripheral surface of the iron film includes a peeling area in which the residue formed of the tin-containing material remains in the recess.
  • the piston ring slides in the peeling region of the iron film where the tin-containing material remains in the recess.
  • the piston ring substantially contacts only the iron coating. Therefore, the wear resistance of the engine can be maintained.
  • the sliding area and the non-sliding area are covered with a tin initial film in the manufacturing process of the engine. Thereafter, the tin initial film bonded to the sliding region is scraped off, for example, by sliding the piston ring. Thereby, the peeling area
  • the tin initial film is formed in both the sliding area and the non-sliding area, it is not necessary to mask the sliding area when forming the tin initial film. Therefore, the initial tin film can be easily formed while maintaining the wear resistance of the engine. In particular, when the region where the tin initial film is formed coincides with the region where the iron film is formed, the specifications of the jig used when forming the iron film and the tin initial film can be made common.
  • the tin film covers only the non-sliding region.
  • a cross hatch pattern is provided on the inner peripheral surface of the iron film.
  • the honing process for scraping the surface layer of the iron film is performed on the iron film. Therefore, a cross hatch pattern remains on the inner peripheral surface of the iron film. In the sliding area, the cross hatch pattern is exposed.
  • the lubricating oil is held in a plurality of spiral grooves that form a cross hatch pattern.
  • the thickness of the tin film is smaller than the thickness of the iron film.
  • the tin film is thin, the time required for forming the tin film can be shortened. Therefore, it is possible to shorten the time required for manufacturing the reciprocating engine while effectively preventing the corrosion of the iron film by sulfuric acid.
  • Another embodiment of the present invention includes a cylinder including an inner peripheral surface formed of an aluminum alloy, a cylinder head that forms a combustion chamber in which a mixture of air and fuel burns, and combustion of the mixture in the combustion chamber Accordingly, the piston reciprocates between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder, and the cylinder reciprocates between the top dead center and the bottom dead center together with the piston. And a piston ring for sealing a gap between the two.
  • the method of manufacturing the reciprocating engine includes an inner peripheral surface on which the piston ring slides, covers an inner peripheral surface of the cylinder, and forms a cylindrical iron film formed of an iron-containing material including iron.
  • the iron film is bonded to the inner peripheral surface of the cylinder, and then the tin film is bonded to the inner peripheral surface of the iron film.
  • the tin film covers a non-sliding region where the iron film is easily corroded by sulfuric acid. Therefore, corrosion of the iron film by sulfuric acid can be effectively prevented.
  • the reciprocating engine can be reduced in weight and size and the temperature distribution of the cylinder can be improved as compared with the case where the sleeve is cast into the cylinder.
  • At least one of the following features may be added to the method for manufacturing the reciprocating engine.
  • the tin film forming step covers both the sliding region and the non-sliding region, and an initial film forming step of bonding a tin initial film formed of the tin-containing material to an inner peripheral surface of the iron film; After the initial film forming step, there is a peeling step of removing a part of the tin initial film covering the sliding region and leaving the remaining portion of the tin initial film covering the non-sliding region as the tin film.
  • the tin initial film formed of the tin-containing material is bonded to both the sliding region and the non-sliding region, and a part of the tin initial film is scraped off from the sliding region.
  • the tin initial film does not disappear completely from the sliding area, but remains as a residue in the recess of the sliding area. Since the tin initial film is scraped off, the piston ring slides on the iron film during normal operation of the reciprocating engine. Therefore, the wear resistance of the engine can be maintained.
  • the tin initial film is formed in both the sliding area and the non-sliding area, it is not necessary to mask the sliding area when forming the tin initial film. Therefore, the initial tin film can be easily formed while maintaining the wear resistance of the engine. In particular, when the region where the tin initial film is formed coincides with the region where the iron film is formed, the specifications of the jig used when forming the iron film and the tin initial film can be made common.
  • the peeling step is a step of leaving the tin film only in the non-sliding region.
  • the peeling step is a step of scraping a part of the tin initial film covering the sliding area with the piston ring by reciprocating the piston.
  • the tin initial film formed of the tin-containing material is bonded to both the sliding region and the non-sliding region.
  • the piston ring rubs against the initial tin film covering the sliding area.
  • the tin initial film is gradually scraped from the sliding area by the piston ring.
  • a portion of the tin initial film is removed from the sliding region.
  • the piston ring since the piston ring does not contact the remaining portion of the tin initial film covering the non-sliding region, the tin initial film remains only in the non-sliding region. Therefore, it is possible to leave the tin film only in the non-sliding region only by performing a trial operation of the engine.
  • the reciprocating engine manufacturing method includes a cross-hatch pattern formed on an inner peripheral surface of the iron film by grinding a surface layer of the iron film with a grindstone after the iron film forming step and before the tin film forming step.
  • the honing process of forming is further included.
  • a honing process for scraping off the surface layer of the iron film is performed on the iron film. Therefore, a cross hatch pattern remains on the inner peripheral surface of the iron film. In the sliding area, the cross hatch pattern is exposed.
  • the lubricating oil is held in a plurality of spiral grooves that form a cross hatch pattern.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the arrangement, posture, size, and the like of each member are not limited to the arrangement shown in FIG.
  • the engine 1 is a reciprocating engine in which a piston 3 reciprocates in a cylinder 2.
  • the engine 1 is a four-stroke single cylinder gasoline engine for a motorcycle.
  • the engine 1 may be a two-stroke gasoline engine, a diesel engine, or a multi-cylinder engine.
  • the engine 1 is not limited to a motorcycle, and may be provided in a vehicle, a ship, or an aircraft, or may be provided in a transportation means other than these.
  • the vehicle may be a snow vehicle traveling on snow, a land vehicle traveling on land, or a vehicle other than these.
  • Land vehicles include motorcycles, tricycles, and automobiles.
  • the saddle riding type vehicle belongs to both snow vehicles and land vehicles.
  • the engine 1 includes a cylinder 2 including a cylindrical inner peripheral surface 2a that surrounds the center line L1, a cylinder head 5 that forms a combustion chamber 4 in which a mixture of fuel and air burns, and the mixture in the combustion chamber 4 It includes a piston 3 that reciprocates between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder 2 with combustion.
  • FIG. 1 shows a state where the piston 3 and the piston rings 20 to 22 are located at the bottom dead center.
  • the engine 1 further includes a crankshaft 7 that rotates around the crank axis Ac as the piston 3 reciprocates, and a connecting rod 6 that connects the piston 3 and the crankshaft 7 to each other.
  • the cylinder 2 is provided in the cylinder body 8, and the crankcase 9 is connected to the cylinder body 8.
  • the cylinder body 8 and the crankcase 9 of the engine 1 accommodate the crankshaft 7.
  • the engine 1 includes a spark plug 10 that generates a spark in the combustion chamber 4, an intake port 11 that supplies gas to the combustion chamber 4, an exhaust port 13 that exhausts exhaust gas from the combustion chamber 4, and intake air that opens and closes the intake port 11.
  • a valve 12, an exhaust valve 14 that opens and closes the exhaust port 13, and a valve operating device (not shown) that drives the intake valve 12 and the exhaust valve 14 are included.
  • the combustion chamber 4, the intake port 11, and the exhaust port 13 are provided in the cylinder head 5 of the engine 1.
  • An intake passage 15 that guides gas is connected to the combustion chamber 4 via the intake port 11.
  • the exhaust passage 18 for guiding the exhaust gas is connected to the combustion chamber 4 via the exhaust port 13.
  • the engine 1 includes a throttle valve 16 that changes the flow rate of the gas supplied to the combustion chamber 4 and a fuel supply device that supplies fuel to the combustion chamber 4.
  • the fuel supply device may be a carburetor or a fuel injector 17 (fuel injector).
  • FIG. 1 shows an example in which the fuel injector 17 injects fuel toward the intake passage 15.
  • the fuel injector 17 may inject fuel toward the combustion chamber 4.
  • the amount of fuel injected from the fuel injector 17 and the ignition timing of the spark plug 10 are controlled by an ECU 19 (Electronic Control Unit) of the engine 1.
  • the engine 1 includes a plurality of piston rings 20 to 22 that reciprocate in the cylinder 2 together with the piston 3 between the top dead center and the bottom dead center.
  • the plurality of piston rings 20 to 22 include a compression ring that seals a gap between the cylinder 2 and the piston 3, and an oil ring 22 that supplies lubricating oil to the inner wall surface of the cylinder 2.
  • the compression ring includes a top ring 20 that is closest to the combustion chamber 4 and a second ring 21 that is disposed between the top ring 20 and the oil ring 22. Each ring is fitted in an annular groove provided on the outer peripheral surface of the piston 3.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the inner wall surface of the cylinder 2 including the iron film 31 and the tin film 32.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the surface layer of the inner wall surface of the cylinder 2.
  • the cylinder body 8 and the cylinder head 5 are both made of an aluminum alloy. Therefore, the inner peripheral surface 2a of the cylinder 2 is formed of an aluminum alloy. Similarly, the inner surface 5a of the cylinder head 5 forming the combustion chamber 4 is made of an aluminum alloy. An inner peripheral surface 2 a of the cylinder 2 is opened at an end surface 2 b of the cylinder 2. The end face of the cylinder head 5 is overlaid on the end face 2b of the cylinder 2 via a gasket (not shown).
  • the inner peripheral surface 2 a of the cylinder 2 is covered with a cylindrical iron film 31.
  • the iron film 31 is coupled to the inner peripheral surface 2 a of the cylinder 2.
  • the inner peripheral surface 31a of the iron coating 31 includes a sliding region R1 where the piston rings 20 to 22 slide and a non-sliding region R2 where the piston rings 20 to 22 do not slide.
  • FIG. 3 shows a state where the piston 3 and the top ring 20 are located at the top dead center.
  • the sliding region R1 corresponds to a cylindrical region from the bottom dead center of the oil ring 22 (see FIG. 1) to the top dead center of the top ring 20 on the inner peripheral surface 31a of the iron coating 31.
  • the non-sliding region R ⁇ b> 2 corresponds to a cylindrical region from the top dead center of the top ring 20 to the upper end of the iron coating 31 on the inner peripheral surface 31 a of the iron coating 31.
  • the non-sliding region R2 extends in the axial direction of the cylinder 2 from the sliding region R1 toward the combustion chamber 4. As shown in FIG. 2, the non-sliding region R2 is shorter in the axial direction than the sliding region R1.
  • the non-sliding region R ⁇ b> 2 is covered with a cylindrical tin film 32.
  • the tin film 32 is bonded to the iron film 31.
  • the tin film 32 is thinner than the iron film 31.
  • the thickness of the tin film 32 is, for example, 1 to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the iron film 31 is, for example, 80 to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the iron film 31 is a value after the honing process described later is performed.
  • the machining allowance in the honing process is, for example, 30 to 60 ⁇ m.
  • the thicknesses of the iron coating 31 and the tin coating 32 are not limited to these. Similarly, the machining allowance in the honing process is not limited to this.
  • the iron film 31 is formed of an iron-containing material containing iron (Fe).
  • the tin film 32 is formed of a tin-containing material containing tin (Sn).
  • the iron-containing material is a material mainly composed of iron.
  • the tin-containing material is a material mainly composed of tin.
  • Tin-containing materials are materials that do not corrode or hardly corrode with sulfuric acid.
  • the iron-containing material may contain components other than iron.
  • the tin-containing material may contain components other than tin.
  • a specific example of the iron-containing material is an alloy of iron and phosphorus in which fine particles of silicon carbide (SiC) are dispersed.
  • the fine particles of silicon carbide are an example of hard particles that improve the wear resistance of the iron coating 31.
  • the iron film 31 is provided with a plurality of cracks 33.
  • the crack 33 is a needle-like thin hole.
  • the lubricating oil is held in a part of the cracks 33 opened at the inner peripheral surface 31 a of the iron film 31.
  • the number of cracks 33 is adjusted according to the conditions of electroplating.
  • the number of cracks 33 per 1 cm cross section of the iron coating 31 perpendicular to the iron coating 31 is preferably 500 to 2000 / cm.
  • the seizure resistance can be improved while maintaining the strength of the iron film 31. That is, if the number of cracks 33 is less than 500, the amount of lubricating oil retained on the iron coating 31 is reduced, so that seizure resistance is relatively lowered. Moreover, when the number of the cracks 33 exceeds 2000, the intensity
  • a cross hatch pattern 34 is formed in both the sliding region R1 and the non-sliding region R2 of the iron film 31.
  • the cross hatch pattern 34 is a pattern of a plurality of spiral grooves 35 formed by a honing process described later.
  • the cross hatch pattern 34 is hidden by the tin film 32.
  • the cross hatch pattern 34 is exposed.
  • the iron film 31 includes a plurality of recesses 36 that are recessed from the inner peripheral surface 31 a of the iron film 31.
  • the spiral groove 35 and the crack 33 are included in the plurality of recesses 36.
  • a residue 37 different from the iron film 31 remains in the recess 36.
  • the residue 37 is a part of the tin initial film 41 formed in the manufacturing process of the engine 1 described later.
  • the sliding region R1 corresponds to a peeling region where the tin initial film 41 has been removed.
  • FIG. 4 is a process diagram for explaining an example of the manufacturing process of the engine 1.
  • 5A to 5D are schematic cross-sectional views showing the surface layer of the inner wall surface of the cylinder 2 when each step shown in FIG. 4 is performed.
  • FIG. 5A shows a state after the iron film 31 is formed.
  • FIG. 5B shows a state after the honing process is performed.
  • FIG. 5C shows a state after the tin initial film 41 is formed.
  • FIG. 5D shows a state after the tin initial film 41 is scraped off by the piston rings 20 to 22.
  • the intermediate body of the cylinder 2 is formed by casting (including die casting) (intermediate body forming step S1). Thereafter, the intermediate body of the cylinder 2 is formed by machining including at least one of turning, grinding, and drilling (intermediate body forming step S2). Thereby, the cylinder 2 is formed.
  • an iron film 31 is formed on the inner peripheral surface 2a of the cylinder 2 by electroplating (iron plating step S3).
  • iron plating step S3 In the iron plating process, not only the film forming process for forming the iron film 31 by electroplating but also the pretreatment process performed before the film forming process such as cleaning and the film forming process such as cleaning and drying are performed. And post-processing steps. The same applies to the tin plating step described later.
  • the iron film 31 corresponding to the iron plating layer is bonded to the entire area of the inner peripheral surface 2a of the cylinder 2.
  • the inner peripheral surface 31a of the iron film 31 is ground by honing as an example of finishing (finishing step S4).
  • finishing step S4 the grindstone H ⁇ b> 1 is pressed against the inner peripheral surface 31 a of the iron film 31.
  • the grindstone H1 is rotated around the center line L1 of the cylinder 2 while moving in the axial direction of the cylinder 2.
  • the surface layer of the iron film 31 is scraped off, and the thickness of the iron film 31 is reduced.
  • the cross hatch pattern 34 (see FIG. 2) is formed in both the sliding region R1 and the non-sliding region R2.
  • a tin initial film 41 is formed on the inner peripheral surface 31a of the iron film 31 by electroplating (tin plating step S5).
  • the tin initial film 41 corresponding to the tin plating layer is formed over the entire inner peripheral surface 31 a of the iron film 31, for example. That is, the tin initial film 41 is bonded to both the sliding region R1 and the non-sliding region R2 of the iron film 31.
  • the engine 1 is assembled from a plurality of parts including the cylinder body 8 (assembly step S6). Thereafter, a trial operation for confirming the performance of the engine 1 is performed (trial operation step S7).
  • the piston rings 20 to 22 reciprocate in the cylinder 2 together with the piston 3.
  • the piston rings 20 to 22 rub against the tin initial film 41 covering the sliding region R1. Therefore, the tin initial film 41 is gradually scraped off from the sliding region R1 by the piston rings 20-22.
  • the sliding region R1 corresponds to a peeling region where the tin initial film 41 has been removed.
  • the trial operation process corresponds to a peeling process in which a part of the tin initial film 41 is scraped off from the sliding region R1.
  • the tin initial film 41 disappears from the sliding region R1 with the naked eye, and the iron coating 31 is exposed at each part of the sliding region R1. Therefore, the tin initial film 41 remains only in the non-sliding region R2. A part of the tin initial film 41 remaining in the non-sliding region R ⁇ b> 2 corresponds to the tin film 32. Further, as shown in FIG. 5D, the tin initial film 41 remains in the recess 36 of the inner peripheral surface 31a of the iron film 31 even in the sliding region R1. Thus, a part of tin initial film
  • the inner peripheral surface 2a of the cylinder 2 made of aluminum alloy is covered with the thin iron film 31, so that the engine 1 is reduced in weight and size as compared with the case where the sleeve is cast into the cylinder 2.
  • the temperature distribution of the cylinder 2 can be improved.
  • the non-sliding region R ⁇ b> 2 of the inner peripheral surface 31 a of the iron coating 31 where sulfuric acid due to sulfur contained in the exhaust gas is likely to collect is covered with the tin coating 32. Therefore, corrosion of the iron film 31 by sulfuric acid can be effectively prevented.
  • the piston rings 20 to 22 slide on the sliding region R1 of the iron film 31 where the tin-containing material remains in the recess 36.
  • the piston rings 20 to 22 substantially contact only the iron film 31. Therefore, the wear resistance of the engine 1 can be maintained.
  • the sliding region R1 and the non-sliding region R2 are covered with the tin initial film 41 in the manufacturing process of the engine 1. Thereafter, the tin initial film 41 bonded to the sliding region R1 is scraped off by sliding of the piston rings 20-22. Thereby, the peeling area
  • the tin initial film 41 is formed in both the sliding region R1 and the non-sliding region R2, it is not necessary to mask the sliding region R1 when forming the tin initial film 41. Therefore, the tin initial film 41 can be easily formed while maintaining the wear resistance of the engine 1.
  • the region where the tin initial film 41 is formed coincides with the region where the iron film 31 is formed, the specifications of the jig used when forming the iron film 31 and the tin initial film 41 are made common. it can.
  • the non-sliding region R2 is covered with the tin film 32. Therefore, corrosion of the iron film 31 due to sulfuric acid can be efficiently and effectively prevented.
  • honing processing for scraping the surface layer of the iron coating 31 is performed on the iron coating 31. Therefore, the cross hatch pattern 34 remains on the inner peripheral surface 31 a of the iron film 31. In the sliding region R1, the cross hatch pattern 34 is exposed. Lubricating oil is held in a plurality of spiral grooves 35 that form a cross hatch pattern 34. Thereby, since the capability to hold
  • the time required for forming the tin film 32 can be shortened. Therefore, the time required for manufacturing the engine 1 can be shortened while effectively preventing the iron film 31 from being corroded by sulfuric acid.
  • the piston rings 20 to 22 are rubbed against the tin initial film 41 covering the sliding region R1.
  • the tin initial film 41 is gradually scraped off from the sliding region R1 by the piston rings 20-22.
  • a part of the tin initial film 41 is removed from the sliding region R1.
  • the piston rings 20 to 22 do not contact the remaining portion of the tin initial film 41 covering the non-sliding region R2, the tin initial film 41 remains only in the non-sliding region R2. Therefore, the tin film 32 can be left only in the non-sliding region R2 only by performing a trial operation of the engine 1.
  • the iron film 31 may be formed by a method other than electroplating.
  • the iron coating 31 may be formed by thermal spraying. The same applies to the tin film 32.
  • the tin initial film 41 may be formed only in the non-sliding region R2. In this case, a step of removing a part of the tin initial film 41 from the sliding region R1 is unnecessary.
  • a part of the tin initial film 41 may be removed from the sliding region R1 with a member other than the piston rings 20 to 22 such as a tool.
  • the iron film 31 may be formed so that the crack 33 does not occur.
  • the iron film 31 may be a porous film.
  • the region where the tin initial film 41 is formed may coincide with the region where the iron film 31 is formed, It may be narrower or wider than the region where the film 31 is formed.
  • the surface layer of the iron coating 31 may be cut and the honing process may be omitted.
  • the number of compression rings is not limited to two and may be one. That is, one of the top ring 20 and the second ring 21 may be omitted.

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Abstract

　エンジン（１）は、アルミニウム合金で形成されたシリンダ（２）の内周面（２ａ）を覆い、鉄を含む鉄含有材料で形成された円筒状の鉄皮膜（３１）と、鉄皮膜（３１）の内周面（３１ａ）を覆い、スズを含むスズ含有材料で形成された円筒状のスズ皮膜（３２）とを含む。鉄皮膜（３１）の内周面（３１ａ）は、ピストンリング（２０）が摺動する摺動領域（Ｒ１）と、ピストンリング（２０）が摺動しない非摺動領域（Ｒ２）とを含む。スズ皮膜（３２）は、非摺動領域（Ｒ２）を覆っている。

Description

レシプロエンジンおよびその製造方法
　本発明は、レシプロエンジンおよびその製造方法に関する。
　一般的なレシプロエンジンは、円筒状の内周面を含むシリンダと、燃焼室を形成するシリンダヘッドと、燃焼室での混合気の燃焼に伴ってシリンダ内を往復するピストンと、ピストンと共にシリンダ内を往復するピストンリングとを備えている。特許文献１では、シリンダの耐摩耗性を向上させるために、アルミニウム合金製のシリンダの内周面に鉄めっき層を形成することが開示されている。
特開２０１４－５１７２２号公報
　しかしながら、特許文献１のシリンダでは、硫酸成分を含む液滴で鉄めっき層が腐食されることがある。すなわち、硫黄を含む燃料が燃焼すると、硫黄酸化物を含む排気ガスが生成される。この排気ガスが大きく温度低下するような運転条件の場合においては、排気ガス中の硫黄酸化物と空気中の水分とが結合して硫酸が生成され、硫酸がシリンダの内壁面に結露してしまうときがある。
　特に、シリンダ内壁面のうち、ピストンリングの摺動範囲の上方の位置（シリンダヘッドの方の位置）は、腐食が進む傾向にある。
　そこで、本発明の目的の一つは、排気ガスに含まれる硫黄に起因する硫酸で鉄皮膜が腐食されることを効果的に防止することができるレシプロエンジンおよびその製造方法を提供することである。
　本発明の一実施形態は、アルミニウム合金で形成された内周面を含むシリンダと、空気および燃料の混合気が燃焼する燃焼室を形成するシリンダヘッドと、前記燃焼室での混合気の燃焼に伴って前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復するピストンと、前記ピストンと共に前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復し、前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間を密閉するピストンリングと、前記ピストンリングが摺動する内周面を含み、前記シリンダの内周面を覆い、鉄を含む鉄含有材料で形成された円筒状の鉄皮膜と、前記鉄皮膜の内周面における前記ピストンリングの下死点から前記ピストンリングの上死点までの領域に相当する摺動領域よりも前記燃焼室の方の領域に相当する前記鉄皮膜の内周面の非摺動領域を覆い、スズを含むスズ含有材料で形成された円筒状のスズ皮膜とを含む、レシプロエンジンを提供する。
　この構成によれば、アルミニウム合金製のシリンダの内周面を薄い鉄皮膜で覆うので、スリーブをシリンダに鋳込む場合と比較して、レシプロエンジンを軽量化および小型化でき、シリンダの温度分布を改善できる。
　特に、シリンダの内壁面のうち、ピストンリングの摺動範囲の上方の位置（シリンダヘッドの方の位置）は、腐食が進む傾向にある。
　例えば、エンジンの燃焼行程においては、燃料中の炭素の一部が微粒子（煤）になって、燃焼ガス中に浮遊する。煤の一部は、シリンダの内壁面に付着する。シリンダの内壁面に付着した煤のうち、ピストンリングの摺動範囲にある煤は下方（クランクシャフトの方）へ掻き落とされるが、摺動範囲外である摺動範囲の上方の位置（シリンダヘッドの方の位置）にある上部の煤は堆積する。そして、堆積した煤に硫酸が吸収・保持され、これが鉄めっきの腐食を促進させ得る。
　また、シリンダの内壁面に結露した硫酸の一部は、潤滑油で洗い流されるが、残りの硫酸は、ピストンの往復に伴い、摺動範囲外である摺動範囲の上方の位置（シリンダヘッドの方の位置）にかき上げられる。このかき上げられた硫酸は、上記の堆積した煤によって吸収・保持される。これが鉄めっきの腐食を更に促進させ得る。
　このように硫酸が保持されることは鉄皮膜の腐食を促進する要因となり得るが、鉄皮膜に対する硫酸の接触がスズ皮膜によって阻まれる。
　つまり、本実施形態の構成によれば、排気ガスに含まれる硫黄に起因する硫酸が集まり易い鉄皮膜の内周面の非摺動領域が、スズ皮膜で覆われている。したがって、硫酸による鉄皮膜の腐食を効果的に防止することができる。
　本実施形態において、以下の少なくとも一つの特徴が、前記レシプロエンジンに加えられてもよい。
　前記鉄皮膜の内周面の摺動領域は、前記スズ含有材料で形成された残留物が凹部に残留した剥離領域を含む。
　この構成によれば、レシプロエンジンの通常運転時は、スズ含有材料が凹部に残留した鉄皮膜の剥離領域にピストンリングが摺動する。ピストンリングは実質的に鉄皮膜だけに接触する。したがって、エンジンの耐摩耗性を維持できる。摺動領域および非摺動領域は、エンジンの製造工程においてスズ初期膜で覆われる。その後、摺動領域に結合しているスズ初期膜が例えばピストンリングの摺動によって削り取られる。これにより、スズ含有材料が残留した剥離領域が形成される。つまり、スズ初期膜は、摺動領域から完全に無くなるのではなく、摺動領域の凹部内に残留物として残る。
　このように、摺動領域および非摺動領域の両方にスズ初期膜を形成するので、スズ初期膜を形成するときに摺動領域をマスクする必要がない。したがって、エンジンの耐摩耗性を維持しながら、スズ初期膜を容易に形成できる。特に、スズ初期膜が形成される領域が鉄皮膜が形成される領域に一致している場合には、鉄皮膜およびスズ初期膜を形成する際に用いる治具の仕様を共通化できる。
　前記スズ皮膜は、前記非摺動領域だけを覆っている。
　この構成によれば、硫酸による鉄皮膜の腐食が発生し易い領域、つまり、非摺動領域だけがスズ皮膜で覆われている。したがって、硫酸による鉄皮膜の腐食を効率的にかつ効果的に防止することができる。
　前記鉄皮膜の内周面には、クロスハッチパターンが設けられている。
　この構成によれば、鉄皮膜の表層を削り取るホーニング加工が、鉄皮膜に施される。そのため、クロスハッチパターンが鉄皮膜の内周面に残る。摺動領域では、クロスハッチパターンが露出している。潤滑油は、クロスハッチパターンを形成する複数の螺旋溝内に保持される。これにより、潤滑油をシリンダ内に保持する能力（保油性）が高まるので、鉄皮膜が摩耗する速度を低下させることができる。
　前記スズ皮膜の厚みは、前記鉄皮膜の厚みよりも小さい。
　この構成によれば、スズ皮膜が薄いので、スズ皮膜の形成に要する時間を短縮できる。したがって、硫酸による鉄皮膜の腐食を効果的に防止しながら、レシプロエンジンの製造に要する時間を短縮できる。
　本発明の他の実施形態は、アルミニウム合金で形成された内周面を含むシリンダと、空気および燃料の混合気が燃焼する燃焼室を形成するシリンダヘッドと、前記燃焼室での混合気の燃焼に伴って前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復するピストンと、前記ピストンと共に前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復し、前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間を密閉するピストンリングとを含む、レシプロエンジンの製造方法を提供する。
　前記レシプロエンジンの製造方法は、前記ピストンリングが摺動する内周面を含み、前記シリンダの内周面を覆い、鉄を含む鉄含有材料で形成された円筒状の鉄皮膜を前記シリンダの内周面に結合させる鉄皮膜形成工程と、前記鉄皮膜の内周面における前記ピストンリングの下死点から前記ピストンリングの上死点までの領域に相当する摺動領域よりも前記燃焼室の方の領域に相当する前記鉄皮膜の内周面の非摺動領域を覆い、スズを含むスズ含有材料で形成された円筒状のスズ皮膜を前記鉄皮膜の内周面に結合させるスズ皮膜形成工程とを含む。
　この方法によれば、鉄皮膜がシリンダの内周面に結合され、その後、スズ皮膜が鉄皮膜の内周面に結合される。スズ皮膜は、硫酸による鉄皮膜の腐食が発生し易い非摺動領域を覆っている。したがって、硫酸による鉄皮膜の腐食を効果的に防止することができる。さらに、アルミニウム合金製のシリンダの内周面を薄い鉄皮膜で覆うので、スリーブをシリンダに鋳込む場合と比較して、レシプロエンジンを軽量化および小型化でき、シリンダの温度分布を改善できる。
　本実施形態において、以下の少なくとも一つの特徴が、前記レシプロエンジンの製造方法に加えられてもよい。
　前記スズ皮膜形成工程は、前記摺動領域および非摺動領域の両方を覆い、前記スズ含有材料で形成されたスズ初期膜を前記鉄皮膜の内周面に結合させる初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記摺動領域を覆う前記スズ初期膜の一部を削り取り、前記非摺動領域を覆う前記スズ初期膜の残りの部分を前記スズ皮膜として残す剥離工程とを含む。
　この方法によれば、スズ含有材料で形成されたスズ初期膜が、摺動領域および非摺動領域の両方に結合され、スズ初期膜の一部が摺動領域から削り取られる。スズ初期膜は、摺動領域から完全に無くなるのではなく、摺動領域の凹部内に残留物として残る。スズ初期膜が削り取られるので、レシプロエンジンの通常運転時は、ピストンリングが鉄皮膜に摺動する。したがって、エンジンの耐摩耗性を維持できる。
　このように、摺動領域および非摺動領域の両方にスズ初期膜を形成するので、スズ初期膜を形成するときに摺動領域をマスクする必要がない。したがって、エンジンの耐摩耗性を維持しながら、スズ初期膜を容易に形成できる。特に、スズ初期膜が形成される領域が鉄皮膜が形成される領域に一致している場合には、鉄皮膜およびスズ初期膜を形成する際に用いる治具の仕様を共通化できる。
　前記剥離工程は、前記非摺動領域だけに前記スズ皮膜を残すステップである。
　この方法によれば、硫酸による鉄皮膜の腐食が発生し易い領域、つまり、非摺動領域だけがスズ皮膜で覆われている。したがって、硫酸による鉄皮膜の腐食を効率的にかつ効果的に防止することができる。
　前記剥離工程は、前記ピストンを往復させることにより、前記摺動領域を覆う前記スズ初期膜の一部を前記ピストンリングで削り取るステップである。
　この方法によれば、スズ含有材料で形成されたスズ初期膜が、摺動領域および非摺動領域の両方に結合される。エンジンの試運転が開始されると、ピストンリングは、摺動領域を覆うスズ初期膜に擦れる。スズ初期膜は、ピストンリングによって摺動領域から徐々に削り取られる。エンジンの試運転が終了すると、スズ初期膜の一部が摺動領域から除去される。その一方で、ピストンリングは非摺動領域を覆うスズ初期膜の残りの部分に接触しないので、非摺動領域だけにスズ初期膜が残る。したがって、エンジンの試運転を行うだけで、非摺動領域だけにスズ皮膜を残すことができる。
　前記レシプロエンジンの製造方法は、前記鉄皮膜形成工程の後であって前記スズ皮膜形成工程の前に、前記鉄皮膜の表層を砥石で削り取ることにより、前記鉄皮膜の内周面にクロスハッチパターンを形成するホーニング工程をさらに含む。
　この方法によれば、鉄皮膜の表層を削り取るホーニング加工が、鉄皮膜に施される。そのため、クロスハッチパターンが鉄皮膜の内周面に残る。摺動領域では、クロスハッチパターンが露出している。潤滑油は、クロスハッチパターンを形成する複数の螺旋溝内に保持される。これにより、潤滑油をシリンダ内に保持する能力（保油性）が高まるので、鉄皮膜が摩耗する速度を低下させることができる。
本発明の一実施形態に係るエンジンを示す模式図である。 シリンダの内壁面を示す模式的な断面図である。 シリンダの内壁面の表層を示す模式的な断面図である。 エンジンの製造工程の一例について説明するための工程図である。 鉄皮膜が形成された後の状態を示す模式図である。 ホーニング加工が行われた後の状態を示す模式図である。 スズ初期膜が形成された後の状態を示す模式図である。 ピストンリングでスズ初期膜が削り取られた後の状態を示している。
　以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１を示す模式図である。なお、各部材の配置、姿勢、および大きさ等は、図１に示す配置等に限られるものではない。
　図１に示すように、エンジン１は、ピストン３がシリンダ２内を往復するレシプロエンジンである。以下では、エンジン１が、自動二輪車用の４ストローク単気筒ガソリンエンジンである例について説明する。
　エンジン１は、２ストロークガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよいし、多気筒エンジンであってもよい。また、エンジン１は、自動二輪車に限らず、車両、船舶、または航空機に備えられてもよいし、これら以外の輸送手段に備えられてもよい。車両は、雪上を走行する雪上車両または陸上を走行する陸上車両であってもよいし、これら以外の車両であってもよい。陸上車両は、二輪車、三輪車、および四輪車を含む。鞍乗型車両は、雪上車両および陸上車両のいずれにも属する。
　エンジン１は、中心線Ｌ１を取り囲む円筒状の内周面２ａを含むシリンダ２と、燃料と空気の混合気が燃焼する燃焼室４を形成するシリンダヘッド５と、燃焼室４での混合気の燃焼に伴ってシリンダ２内を上死点と下死点との間で往復するピストン３とを含む。図１は、ピストン３およびピストンリング２０～２２が下死点に位置している状態を示している。
　エンジン１は、さらに、ピストン３の往復に伴ってクランク軸線Ａｃまわりに回転するクランクシャフト７と、ピストン３とクランクシャフト７とを互いに接続するコネクティングロッド６とを含む。シリンダ２は、シリンダボディ８に設けられており、クランクケース９は、シリンダボディ８に連結されている。エンジン１のシリンダボディ８およびクランクケース９は、クランクシャフト７を収容している。
　エンジン１は、燃焼室４で火花を発する点火プラグ１０と、燃焼室４に気体を供給する吸気ポート１１と、燃焼室４から排気ガスを排出する排気ポート１３と、吸気ポート１１を開閉する吸気バルブ１２と、排気ポート１３を開閉する排気バルブ１４と、吸気バルブ１２および排気バルブ１４を駆動する動弁装置（図示せず）とを含む。燃焼室４、吸気ポート１１、および排気ポート１３は、エンジン１のシリンダヘッド５に設けられている。気体を導く吸気通路１５は、吸気ポート１１を介して燃焼室４に接続されている。排気ガスを導く排気通路１８は、排気ポート１３を介して燃焼室４に接続されている。
　エンジン１は、燃焼室４に供給される気体の流量を変更するスロットルバルブ１６と、燃焼室４に燃料を供給する燃料供給装置とを含む。燃料供給装置は、キャブレターであってもよいし、燃料噴射器１７（fuel injector）であってもよい。図１は、燃料噴射器１７が吸気通路１５に向けて燃料を噴射する例を示している。燃料噴射器１７は、燃焼室４に向けて燃料を噴射してもよい。燃料噴射器１７から噴射される燃料量や点火プラグ１０の点火時期等は、エンジン１のＥＣＵ１９（Electronic Control Unit）によって制御される。
　エンジン１は、ピストン３と共にシリンダ２内を上死点と下死点との間で往復する複数のピストンリング２０～２２を含む。複数のピストンリング２０～２２は、シリンダ２とピストン３との間の隙間を密閉するコンプレッションリングと、シリンダ２の内壁面に潤滑油を供給するオイルリング２２とを含む。コンプレッションリングは、燃焼室４に最も近いトップリング２０と、トップリング２０とオイルリング２２との間に配置されたセカンドリング２１とを含む。各リングは、ピストン３の外周面に設けられた環状溝に嵌められている。
　次に、シリンダ２の内壁面の構造について説明する。
　図２は、鉄皮膜３１およびスズ皮膜３２を含むシリンダ２の内壁面を示す模式的な断面図である。図３は、シリンダ２の内壁面の表層を示す模式的な断面図である。
　シリンダボディ８およびシリンダヘッド５は、いずれも、アルミニウム合金で形成されている。したがって、シリンダ２の内周面２ａは、アルミニウム合金で形成されている。同様に、燃焼室４を形成するシリンダヘッド５の内面５ａは、アルミニウム合金で形成されている。シリンダ２の内周面２ａは、シリンダ２の端面２ｂで開口している。シリンダヘッド５の端面は、ガスケット（図示せず）を介してシリンダ２の端面２ｂに重ねられている。
　図３に示すように、シリンダ２の内周面２ａは、円筒状の鉄皮膜３１で覆われている。鉄皮膜３１は、シリンダ２の内周面２ａに結合されている。鉄皮膜３１の内周面３１ａは、ピストンリング２０～２２が摺動する摺動領域Ｒ１と、ピストンリング２０～２２が摺動しない非摺動領域Ｒ２とを含む。
　図３は、ピストン３およびトップリング２０が上死点に位置している状態を示している。摺動領域Ｒ１は、鉄皮膜３１の内周面３１ａにおけるオイルリング２２（図１参照）の下死点からトップリング２０の上死点までの円筒状の領域に相当する。非摺動領域Ｒ２は、鉄皮膜３１の内周面３１ａにおけるトップリング２０の上死点から鉄皮膜３１の上端までの円筒状の領域に相当する。非摺動領域Ｒ２は、摺動領域Ｒ１から燃焼室４の方にシリンダ２の軸方向に延びている。図２に示すように、非摺動領域Ｒ２は、摺動領域Ｒ１よりも軸方向に短い。
　図３に示すように、非摺動領域Ｒ２は、円筒状のスズ皮膜３２で覆われている。スズ皮膜３２は、鉄皮膜３１に結合されている。スズ皮膜３２は、鉄皮膜３１よりも薄い。スズ皮膜３２の厚みは、例えば１～１０μｍである。鉄皮膜３１の厚みは、例えば８０～１００μｍである。鉄皮膜３１の厚みは、後述するホーニング加工が行われた後の値である。ホーニング加工での削り代は、例えば３０～６０μｍである。鉄皮膜３１およびスズ皮膜３２の厚みは、これらに限定されるものではない。同様に、ホーニング加工での削り代は、これに限定されるものではない。
　鉄皮膜３１は、鉄（Ｆｅ）を含む鉄含有材料で形成されている。スズ皮膜３２は、スズ（Ｓｎ）を含むスズ含有材料で形成されている。鉄含有材料は、鉄を主成分とする材料である。スズ含有材料は、スズを主成分とする材料である。スズ含有材料は、硫酸で腐食しないまたは殆ど腐食しない材料である。鉄含有材料は、鉄以外の成分を含んでいてもよい。同様に、スズ含有材料は、スズ以外の成分を含んでいてもよい。鉄含有材料の具体例は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の微粒子が分散した鉄およびリンの合金である。炭化ケイ素の微粒子は、鉄皮膜３１の耐摩耗性を向上させる硬質粒子の一例である。
　図３に示すように、鉄皮膜３１には、複数のクラック３３が設けられている。クラック３３は、針状の細い孔である。潤滑油は、鉄皮膜３１の内周面３１ａで開口する一部のクラック３３内に保持される。鉄皮膜３１がめっき層である場合、クラック３３の本数は、電気めっきの条件によって調整される。鉄皮膜３１に垂直な鉄皮膜３１の断面１ｃｍあたりクラック３３の本数は、好ましくは５００～２０００本/ｃｍである。
　クラック３３の本数（本／ｃｍ）がこの範囲内であれば、鉄皮膜３１の強度を維持しながら、耐焼き付き性を向上させることができる。すなわち、クラック３３の本数が５００未満であると、鉄皮膜３１に保持される潤滑油の量が減少するので、耐焼き付き性が相対的に低下してしまう。また、クラック３３の本数が２０００を超えると、鉄皮膜３１の強度が相対的に低下してしまう。したがって、クラック３３の本数は前記の範囲内であることが好ましい。
　図２に示すように、鉄皮膜３１の摺動領域Ｒ１および非摺動領域Ｒ２のいずれにも、クロスハッチパターン３４が形成されている。クロスハッチパターン３４は、後述するホーニング加工によって形成された複数の螺旋溝３５のパターンである。非摺動領域Ｒ２では、クロスハッチパターン３４がスズ皮膜３２で隠れている。摺動領域Ｒ１では、クロスハッチパターン３４が露出している。
　図３に示すように、鉄皮膜３１は、鉄皮膜３１の内周面３１ａから凹んだ複数の凹部３６を含む。螺旋溝３５やクラック３３は、複数の凹部３６に含まれる。摺動領域Ｒ１では、鉄皮膜３１とは異なる残留物３７が凹部３６に残留している。残留物３７は、後述するエンジン１の製造工程で形成されたスズ初期膜４１の一部である。摺動領域Ｒ１は、スズ初期膜４１が削り取られた剥離領域に相当する。
　次に、エンジン１の製造工程の一例について説明する。以下では、シリンダ２の中間体を形成してからエンジン１の試運転を行うまでの各工程の一例について説明する。
　図４は、エンジン１の製造工程の一例について説明するための工程図である。図５Ａ～図５Ｄは、図４に示す各工程が行われているときのシリンダ２の内壁面の表層を示す模式的な断面図である。図５Ａは、鉄皮膜３１が形成された後の状態を示している。図５Ｂは、ホーニング加工が行われた後の状態を示している。図５Ｃは、スズ初期膜４１が形成された後の状態を示している。図５Ｄは、ピストンリング２０～２２でスズ初期膜４１が削り取られた後の状態を示している。
　図４に示すように、シリンダ２を形成するときは、鋳造（ダイカストを含む）でシリンダ２の中間体を形成する（中間体形成工程Ｓ１）。その後、旋削加工、研削加工、およびドリル加工の少なくとも一つを含む機械加工でシリンダ２の中間体を成形する（中間体成形工程Ｓ２）。これにより、シリンダ２が形成される。
　次に、図５Ａに示すように、電気めっきでシリンダ２の内周面２ａに鉄皮膜３１を形成する（鉄めっき工程Ｓ３）。鉄めっき工程には、電気めっきで鉄皮膜３１を形成する皮膜形成工程だけでなく、洗浄などの皮膜形成工程の前に行われる前処理工程と、洗浄および乾燥などの皮膜形成工程の後に行われる後処理工程とが含まれる。これは、後述するスズめっき工程についても同様である。鉄めっき工程が行われることにより、鉄めっき層に相当する鉄皮膜３１が、シリンダ２の内周面２ａの全域に結合される。
　次に、仕上げ加工の一例であるホーニング加工で鉄皮膜３１の内周面３１ａを研削する（仕上げ工程Ｓ４）。図５Ｂに示すように、仕上げ工程では、砥石Ｈ１を鉄皮膜３１の内周面３１ａに押し付ける。この状態で、砥石Ｈ１をシリンダ２の軸方向に移動させながら、シリンダ２の中心線Ｌ１まわりに回転させる。これにより、鉄皮膜３１の表層が削り取られ、鉄皮膜３１の厚みが減少する。その結果、鉄皮膜３１の寸法精度および円筒度が高まると共に、摺動領域Ｒ１および非摺動領域Ｒ２の両方にクロスハッチパターン３４（図２参照）が形成される。
　次に、図５Ｃに示すように、電気めっきで鉄皮膜３１の内周面３１ａにスズ初期膜４１を形成する（スズめっき工程Ｓ５）。スズめっき層に相当するスズ初期膜４１は、例えば鉄皮膜３１の内周面３１ａの全域に形成される。すなわち、鉄皮膜３１の摺動領域Ｒ１および非摺動領域Ｒ２の両方にスズ初期膜４１が結合される。スズ初期膜４１が形成された後は、シリンダボディ８を含む複数の部品からエンジン１が組み立てられる（組立工程Ｓ６）。その後、エンジン１の性能を確認する試運転を行う（試運転工程Ｓ７）。
　エンジン１の試運転では、ピストン３と共にピストンリング２０～２２がシリンダ２内を往復する。ピストンリング２０～２２は、摺動領域Ｒ１を覆うスズ初期膜４１に擦れる。そのため、スズ初期膜４１は、ピストンリング２０～２２によって摺動領域Ｒ１から徐々に削り取られる。摺動領域Ｒ１は、スズ初期膜４１が削り取られた剥離領域に相当する。試運転工程は、スズ初期膜４１の一部を摺動領域Ｒ１から削り取る剥離工程に相当する。
　図５Ｄに示すように、エンジン１の試運転が終了すると、肉眼では摺動領域Ｒ１からスズ初期膜４１がなくなり、鉄皮膜３１が摺動領域Ｒ１の各部で露出する。したがって、非摺動領域Ｒ２だけにスズ初期膜４１が残る。非摺動領域Ｒ２に残ったスズ初期膜４１の一部は、スズ皮膜３２に相当する。また、図５Ｄに示すように、摺動領域Ｒ１であっても、鉄皮膜３１の内周面３１ａの凹部３６にはスズ初期膜４１が残る。このようにして、スズ初期膜４１の一部が摺動領域Ｒ１から削り取られる。
　エンジン１が運転され、硫黄を含む燃料が燃焼すると、硫黄酸化物を含む排気ガスが生成される。この排気ガスが大きく温度低下するような運転条件の場合（例えば、燃料中の硫黄濃度が高く、エンジン１が高負荷かつ低回転速度で、壁温および排気温度が低い場合）、排気ガス中の硫黄酸化物と空気中の水分とが結合して硫酸が生成され、硫酸がシリンダ２の内周面２ａに結露してしまうときがある。
　一方で、エンジン１の燃焼行程においては、燃料中の炭素の一部が微粒子（煤）になって、燃焼ガス中に浮遊する。煤の一部は、シリンダ２の内周面２ａに付着する。シリンダ２の内周面２ａに付着した煤のうち、ピストンリング２０～２２の摺動範囲にある煤は下方（クランクシャフト７の方）へ掻き落とされるが、摺動範囲外である摺動範囲の上方の位置（シリンダヘッド５の方の位置）にある煤は堆積する。そして、堆積した煤に硫酸が吸収・保持される。
　さらに、シリンダ２の内周面２ａに付着した硫酸の一部は、ピストン３の往復に伴い、摺動範囲の上方の位置にかきあげられ、残りの硫酸は、潤滑油で洗い流される。つまり、シリンダ２の内壁面２ａにおけるピストンリング２０～２２の上死点からシリンダボアの上端までの円筒状の領域（非摺動領域Ｒ２）にかき上げられた硫酸が煤によって保持される。このように硫酸が保持されることは鉄皮膜３１の腐食を促進する要因となり得るが、鉄皮膜３１に対する硫酸の接触がスズ皮膜３２によって阻まれる。
　以上のように本実施形態では、アルミニウム合金製のシリンダ２の内周面２ａを薄い鉄皮膜３１で覆うので、スリーブをシリンダ２に鋳込む場合と比較して、エンジン１を軽量化および小型化でき、シリンダ２の温度分布を改善できる。また、排気ガスに含まれる硫黄に起因する硫酸が集まり易い鉄皮膜３１の内周面３１ａの非摺動領域Ｒ２が、スズ皮膜３２で覆われている。したがって、硫酸による鉄皮膜３１の腐食を効果的に防止することができる。
　本実施形態では、エンジン１の通常運転時は、スズ含有材料が凹部３６に残留した鉄皮膜３１の摺動領域Ｒ１にピストンリング２０～２２が摺動する。ピストンリング２０～２２は実質的に鉄皮膜３１だけに接触する。したがって、エンジン１の耐摩耗性を維持できる。摺動領域Ｒ１および非摺動領域Ｒ２は、エンジン１の製造工程においてスズ初期膜４１で覆われる。その後、摺動領域Ｒ１に結合しているスズ初期膜４１がピストンリング２０～２２の摺動によって削り取られる。これにより、スズ含有材料が残留した剥離領域が形成される。つまり、スズ初期膜４１は、摺動領域Ｒ１から完全に無くなるのではなく、摺動領域Ｒ１の凹部３６内に残留物として残る。
　このように、摺動領域Ｒ１および非摺動領域Ｒ２の両方にスズ初期膜４１を形成するので、スズ初期膜４１を形成するときに摺動領域Ｒ１をマスクする必要がない。したがって、エンジン１の耐摩耗性を維持しながら、スズ初期膜４１を容易に形成できる。特に、スズ初期膜４１が形成される領域が鉄皮膜３１が形成される領域に一致している場合には、鉄皮膜３１およびスズ初期膜４１を形成する際に用いる治具の仕様を共通化できる。
　本実施形態では、硫酸による鉄皮膜３１の腐食が発生し易い領域、つまり、非摺動領域Ｒ２だけがスズ皮膜３２で覆われている。したがって、硫酸による鉄皮膜３１の腐食を効率的にかつ効果的に防止することができる。
　本実施形態では、鉄皮膜３１の表層を削り取るホーニング加工が、鉄皮膜３１に施される。そのため、クロスハッチパターン３４が鉄皮膜３１の内周面３１ａに残る。摺動領域Ｒ１では、クロスハッチパターン３４が露出している。潤滑油は、クロスハッチパターン３４を形成する複数の螺旋溝３５内に保持される。これにより、潤滑油をシリンダ２内に保持する能力が高まるので、鉄皮膜３１が摩耗する速度を低下させることができる。
　本実施形態では、スズ皮膜３２が薄いので、スズ皮膜３２の形成に要する時間を短縮できる。したがって、硫酸による鉄皮膜３１の腐食を効果的に防止しながら、エンジン１の製造に要する時間を短縮できる。
　本実施形態では、エンジン１の試運転が開始されると、ピストンリング２０～２２は、摺動領域Ｒ１を覆うスズ初期膜４１に擦れる。スズ初期膜４１は、ピストンリング２０～２２によって摺動領域Ｒ１から徐々に削り取られる。エンジン１の試運転が終了すると、スズ初期膜４１の一部が摺動領域Ｒ１から除去される。その一方で、ピストンリング２０～２２は非摺動領域Ｒ２を覆うスズ初期膜４１の残りの部分に接触しないので、非摺動領域Ｒ２だけにスズ初期膜４１が残る。したがって、エンジン１の試運転を行うだけで、非摺動領域Ｒ２だけにスズ皮膜３２を残すことができる。
　他の実施形態
　本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
　例えば、鉄皮膜３１は電気めっき以外の方法で形成されてもよい。例えば溶射で鉄皮膜３１が形成されてもよい。スズ皮膜３２についても同様である。
　スズ初期膜４１は非摺動領域Ｒ２だけに形成されてもよい。この場合、スズ初期膜４１の一部を摺動領域Ｒ１から除去する工程が不要である。
　工具などのピストンリング２０～２２以外の部材で摺動領域Ｒ１からスズ初期膜４１の一部を除去してもよい。
　鉄皮膜３１は、クラック３３が生じないように形成されてもよい。例えば、鉄皮膜３１は、多孔質膜であってもよい。
　非摺動領域Ｒ２の一部または全部がスズ皮膜３２で覆われるのであれば、スズ初期膜４１が形成される領域は、鉄皮膜３１が形成される領域に一致していてもよいし、鉄皮膜３１が形成される領域より狭いまたは広くてもよい。
　シリンダボアの寸法精度および円筒度を確保できるのであれば、鉄皮膜３１の表層を削りホーニング加工を省略してもよい。
　コンプレッションリングの数は、２本に限らず、１本であってもよい。つまり、トップリング２０およびセカンドリング２１の一方が省略されてもよい。
　前述の全ての構成の２つ以上が組み合わされてもよい。
　その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１　　　：エンジン
２　　　：シリンダ
２ａ　　：シリンダの内周面
２ｂ　　：シリンダの端面
３　　　：ピストン
４　　　：燃焼室
５　　　：シリンダヘッド
５ａ　　：シリンダヘッドの内面
６　　　：コネクティングロッド
７　　　：クランクシャフト
８　　　：シリンダボディ
９　　　：クランクケース
１０　　：点火プラグ
１１　　：吸気ポート
１２　　：吸気バルブ
１３　　：排気ポート
１４　　：排気バルブ
１５　　：吸気通路
１６　　：スロットルバルブ
１７　　：燃料噴射器
１８　　：排気通路
１９　　：ＥＣＵ
２０　　：トップリング（ピストンリング）
２１　　：セカンドリング（ピストンリング）
２２　　：オイルリング（ピストンリング）
３１　　：鉄皮膜
３１ａ　：鉄皮膜の内周面
３２　　：スズ皮膜
３３　　：クラック
３４　　：クロスハッチパターン
３５　　：螺旋溝
３６　　：凹部
３７　　：残留物
４１　　：スズ初期膜
Ａｃ　　：クランク軸線
Ｈ１　　：砥石
Ｌ１　　：シリンダの中心線
Ｒ１　　：摺動領域
Ｒ２　　：非摺動領域

Claims (10)

  1. 　アルミニウム合金で形成された内周面を含むシリンダと、
    　空気および燃料の混合気が燃焼する燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
    　前記燃焼室での混合気の燃焼に伴って前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復するピストンと、
    　前記ピストンと共に前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復し、前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間を密閉するピストンリングと、
    　前記ピストンリングが摺動する内周面を含み、前記シリンダの内周面を覆い、鉄を含む鉄含有材料で形成された円筒状の鉄皮膜と、
    　前記鉄皮膜の内周面における前記ピストンリングの下死点から前記ピストンリングの上死点までの領域に相当する摺動領域よりも前記燃焼室の方の領域に相当する前記鉄皮膜の内周面の非摺動領域を覆い、スズを含むスズ含有材料で形成された円筒状のスズ皮膜とを含む、レシプロエンジン。
  2. 　前記鉄皮膜の内周面の摺動領域は、前記スズ含有材料で形成された残留物が凹部に残留した剥離領域を含む、請求項１に記載のレシプロエンジン。
  3. 　前記スズ皮膜は、前記非摺動領域だけを覆っている、請求項１または２に記載のレシプロエンジン。
  4. 　前記鉄皮膜の内周面には、クロスハッチパターンが設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載のレシプロエンジン。
  5. 　前記スズ皮膜の厚みは、前記鉄皮膜の厚みよりも小さい、請求項１～４のいずれか一項に記載のレシプロエンジン。
  6. 　アルミニウム合金で形成された内周面を含むシリンダと、空気および燃料の混合気が燃焼する燃焼室を形成するシリンダヘッドと、前記燃焼室での混合気の燃焼に伴って前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復するピストンと、前記ピストンと共に前記シリンダ内を上死点と下死点との間で往復し、前記シリンダと前記ピストンとの間の隙間を密閉するピストンリングとを含む、レシプロエンジンを製造する方法であって、
    　前記ピストンリングが摺動する内周面を含み、前記シリンダの内周面を覆い、鉄を含む鉄含有材料で形成された円筒状の鉄皮膜を前記シリンダの内周面に結合させる鉄皮膜形成工程と、
    　前記鉄皮膜の内周面における前記ピストンリングの下死点から前記ピストンリングの上死点までの領域に相当する摺動領域よりも前記燃焼室の方の領域に相当する前記鉄皮膜の内周面の非摺動領域を覆い、スズを含むスズ含有材料で形成された円筒状のスズ皮膜を前記鉄皮膜の内周面に結合させるスズ皮膜形成工程とを含む、レシプロエンジンの製造方法。
  7. 　前記スズ皮膜形成工程は、前記摺動領域および非摺動領域の両方を覆い、前記スズ含有材料で形成されたスズ初期膜を前記鉄皮膜の内周面に結合させる初期膜形成工程と、前記初期膜形成工程の後に、前記摺動領域を覆う前記スズ初期膜の一部を削り取り、前記非摺動領域を覆う前記スズ初期膜の残りの部分を前記スズ皮膜として残す剥離工程とを含む、請求項６に記載のレシプロエンジンの製造方法。
  8. 　前記剥離工程は、前記非摺動領域だけに前記スズ皮膜を残すステップである、請求項７に記載のレシプロエンジンの製造方法。
  9. 　前記剥離工程は、前記ピストンを往復させることにより、前記摺動領域を覆う前記スズ初期膜の一部を前記ピストンリングで削り取るステップである、請求項７または８に記載のレシプロエンジンの製造方法。
  10. 　前記鉄皮膜形成工程の後であって前記スズ皮膜形成工程の前に、前記鉄皮膜の表層を砥石で削り取ることにより、前記鉄皮膜の内周面にクロスハッチパターンを形成するホーニング工程をさらに含む、請求項６～９のいずれか一項に記載のレシプロエンジンの製造方法。
     
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