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公開番号2025010004
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2024104021
出願日2024-06-27
発明の名称内燃機関用ピストンおよび該ピストンの製造方法
出願人マーレインターナショナルゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,MAHLE International GmbH
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人,個人
主分類F02F 3/10 20060101AFI20250109BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】ピストンの熱的および/または機械的特性を向上させるべくピストンのコーティングの開発に際して新規の方法を提供する。
【解決手段】本発明は、外面(2)を有するピストンクラウン(3)と熱管理層(4)とを備えた内燃機関(10)用ピストン(1)に関する。熱管理層(4)は、機能層(5)を含む。機能層(5)は、機能層マトリックスを含み、機能層マトリックスは、ポリシロキサンと機能層マトリックスに埋め込まれた中空球(9)とを含む。ここで、機能層(5)の熱伝導率は、0.2～2W/(m・K)の範囲にあり、機能層(5)の熱浸透率は、400～1200J/(K・m²・s^1/2)の範囲にある。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
内燃機関（１０）用ピストン（１）であって、前記ピストン（１）は、
－外面（２）を有するピストンクラウン（３）と、
－熱管理層（４）とを備え、
－前記熱管理層（４）は、機能層（５）を含み、前記機能層（５）は、機能層マトリックスを含み、前記機能層マトリックスは、ポリシロキサンと前記機能層マトリックスに埋め込まれた中空球（９）とを含み、
－前記機能層（５）の熱伝導率は、０．２～２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にあり、
－前記機能層（５）の熱浸透率は、４００～１２００Ｊ／（Ｋ・ｍ
２
・ｓ
１／２
）の範囲にある、
ピストン（１）。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ピストン（１）が、アルミニウム合金または鉄合金を有するピストン材料を含み、前記熱管理層（４）が、前記ピストンクラウン（３）の前記外面（２）の少なくとも一部の領域に配置されている、請求項１記載のピストン（１）。
【請求項３】
前記ポリシロキサンが、少なくとも５００℃までの耐熱性を示し、好ましくは前記ポリシロキサンが、少なくとも６５０℃までの耐熱性を示す、請求項１または２記載のピストン（１）。
【請求項４】
前記機能層（５）の総体積に対する前記中空球（９）の割合が、５～４０体積％であり、好ましくは前記機能層（５）の総体積に対する前記中空球（９）の割合が、１０～２０体積％であり、より好ましくは前記機能層（５）の総体積に対する前記中空球（９）の割合が、１１～１６体積％である、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項５】
前記中空球（９）が、ＳｉＯ
２
からなり、前記機能層（５）にフィラーの態様で埋め込まれている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項６】
前記中空球（９）が、ソーダ石灰ホウケイ酸ガラスからなり、前記機能層（５）にフィラーの態様で埋め込まれている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項７】
前記中空球（９）が、５～５０μｍの直径ｄ
５０
を有し、好ましくは前記中空球（９）が、１５～２５μｍの直径ｄ
５０
を有し、より好ましくは前記中空球（９）が、１９～２１μｍの直径ｄ
５０
を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項８】
前記機能層（５）が、ＴｉＯ
２
、ＺｒＯ
２
およびＷＯ
３
を含む、請求項１から７までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項９】
前記機能層（５）の熱伝導率が、０．２～１．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にあり、好ましくは前記機能層（５）の熱伝導率が、０．３～０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にある、請求項１から８までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項１０】
前記機能層（５）の熱浸透率が、５００～９００Ｊ／（Ｋ・ｍ
２
・ｓ
１／２
）の範囲にあり、好ましくは前記機能層（５）の熱浸透率が、６００～７６０Ｊ／（Ｋ・ｍ
２
・ｓ
１／２
）の範囲にある、請求項１から９までのいずれか１項記載のピストン（１）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストン、および独立請求項に記載の内燃機関用ピストンに機能層を施与する方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【０００２】
ピストンの耐熱性を向上させるために、ピストンは通常、ピストンクラウンの外面にコーティングを備える。例えば米国特許出願公開第２０１８／００９４６０３号明細書から、ピストンに２つの断熱層および保護層が施与されている内燃機関用ピストンが知られている。
【０００３】
本発明の課題は、ピストンの熱的および／または機械的特性を向上させるべくピストンのコーティングの開発に際して新規の方法を実証することである。
【０００４】
この課題は、本発明によれば独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明によれば、外面を有するピストンクラウンを備えた内燃機関用ピストンに熱管理層を設け、熱管理層は、機能層を含み、機能層は、機能層マトリックスを含み、機能層マトリックスは、ポリシロキサンと機能層マトリックスに埋め込まれた中空球とを含み、機能層の熱伝導率は、０．２～２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にあり、機能層の熱浸透率は、４００～１２００Ｊ／（Ｋ・ｍ
２
・ｓ
１／２
）の範囲にあることが提供される。
【０００６】
あるいは本発明によれば、機能層が、ポリシロキサンからなる機能層マトリックスと、機能層マトリックスに埋め込まれた中空球とを含むことも考えられる。
【０００７】
本発明の範囲において、ピストンクラウンの外面は、燃焼室に面する側である。
【０００８】
独立請求項の特徴を有する熱管理層を備えた本発明によるピストン、および熱管理層を備えた本発明によるピストンを製造するための本発明による方法は、熱損失が低減され、体積効率に関する欠点が回避され、有利なサーモスイング効果が生じるため、これにより燃焼プロセスの効率が向上するという点で先行技術に対して著しい利点を有する。
【０００９】
これは特に、吸気行程での過度の加熱が回避され、それにより質量損失による性能低下が回避されることによって達成される。同時に、燃焼行程における熱損失も最小限に抑えられる。特に、本発明による機能層が低い熱伝導率と低い比熱容量とを同時に有するように設計されていることによって、有利なサーモスイング効果が達成される。本発明による機能層の熱浸透率は、４００～１２００Ｊ／（Ｋ・ｍ
２
・ｓ
１／２
）の範囲にある。これにより、熱管理層の温度がガスの温度にわずかに遅れて追従することが可能になる。
【００１０】
本発明の範囲において、熱浸透率ｂは、熱伝導率、密度および比熱容量の積の平方根として定義することができる：
TIFF
2025010004000002.tif
16
169
（【００１１】以降は省略されています）

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