JPS60187740A - 内燃機関の熱絶縁ピストンとその製造法 - Google Patents

内燃機関の熱絶縁ピストンとその製造法

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JPS60187740A
JPS60187740A JP60019805A JP1980585A JPS60187740A JP S60187740 A JPS60187740 A JP S60187740A JP 60019805 A JP60019805 A JP 60019805A JP 1980585 A JP1980585 A JP 1980585A JP S60187740 A JPS60187740 A JP S60187740A
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ハンス　ツアイリンガ
エドウイン　エルベン
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の産業上の分野 本発明は内燃機関の熱絶縁ピストン及びその製造法に関
する。
従来の技術 内燃機関用燃料の価格の世界的上昇に対して燃料節約の
ため非常な努力がなされてきた。燃料節約の一つの可能
性は熱が実質的に流れる部分のシリンダー状ピストンの
シリンダー壁とくにシリンダヘッドのような燃焼室の熱
絶縁化にある。
しかも現在、セラミック材料が熱伝導率の値λとして２
から３Ｗ／ｍ’　Ｋを有し、ピストンヘッドの熱絶縁物
として非常に適していることが知られている。しかもそ
のようななセラミックにより絶縁化したピストンヘッド
もしくはピストンの燃焼室のくぼみはいまだ知られてい
ない。これに対する理由どして、セラミック材料を金属
ピストンの上に被覆し、結合するのが困難であるからで
ある。たとえばケイ素１０から２５％を有するアルミニ
ウム鋳造合金シリュミン（ｓｉｌｕｍｉｎ　）がこれに
対して存在している。内燃機関のなかの温度もしくは温
度差異の下で要求される機械的強度を示しＮ　”ｌｌａ
されているが、セラミック部分とピストン材料との間の
結合ができなかったのである。
発明により解決すべき課題 本発明の課題は強く固着したセラミック材料からの熱絶
縁性薄膜をピストンヘッドもしくは燃焼室のくぼみに設
けた内燃機関のピストンを創造することである。
セラミック材料がピストン材料と共に結合して金属性も
しくは金属セラミック性祠料からなる表面をもつときに
は今や意外にもセラミック材料が通常の金属性ピストン
材料と申し分のない大きな強度で結合せしめられること
が見出された。かくして表面の上に溶融したピストン金
属の注込みによって熱絶縁性セラミック材料とビスＩ・
ン材斜との間に従来知られてない結合強度が達成される
のである。
課題解決の手段 上述に略述した課題は次の特徴を右する内燃Ｉ幾関用ピ
ストンの創造ににつで解決されるものである。本発明に
よる熱絶縁ピストンのピストンヘッドもしくはその燃焼
室のくぼみは熱絶縁性の薄層を有していて、燃焼室に向
う側面は完全にレラミック材料からなっており、ピスト
ンヘッドもしくは燃焼室のくぼみに向う側面にピストン
金属をもって溶融した金属性もしくは金属セラミック性
材料を有していて、その場合、ＷＪＦａのビスＩ〜ンヘ
ッドもしくはその燃焼室のくぼみに向−う側面はピスト
ン材料と堅く溶融した結合を有するものである。
薄層セラミック材料は特に著しい熱絶縁性を達成するた
めに伝導率の値λが２から３Ｗ／ｍ’Ｋを示し、使用で
きるセラミック材料はＺｒＳ！０４、チタン酸アルミニ
ウム、窒化ケイ素、化学式３Ａ　＋２０ａ　、２８　ｔ
ｏ２を有する合成しｔｃアルミニウムーケイ素混合酸化
物でムーリット（Ｈｕｌｌｉｔ）として知られているも
の、同じく酸化シリコニウムで一部分変性した部分的に
安定化した酸化シリコニウムであり、ＰＳＺとして知ら
れていて酸化カルシウム及び又は酸化マグネシウムを安
定　□剤として含有するものである。
熱絶縁性薄層の金属セラミック性材料の金属成分は鉄又
は鉄合金、ねずみ鋳鉄とからなるかもしくは含まれ、一
方ピストン材料としてアルミニウムー鋳造合金が有利に
使用できる。そのようなものとして上述したシリュミン
（ｓｉｌｕｍｉｎ　）があるがしかし他のアルミニウム
ー鋳造合金が使用されている。たとえばそのような他の
アルミニウムー鋳造合金はケイ素１１から１３％を含み
、銅、二ッケル及びマグネシウムの少量添加物を含む共
融性アルミニウムーケイ素合金、ケイ素１７から２５％
を含み、銅、ニッケル及びマグネシウムの少量添加物を
含む過共融性アルミニウムーケイ素合金、ニッケル及び
マグネシウムの少量添加物を含むＡｌＣｕ４のアルミニ
ウムー銅合金である。
本発明によるピストンはピストンヘッドもしくはその燃
焼室のくぼみに熱絶縁性ａ層を右して製造されている。
ａ〉熱絶縁性薄層として設（プられ薄層に形成され物体
は、 （＋）外側の形状をビスｔ・ンヘッドもしくはその燃焼
室のくぼみの形状に調整し、 （ｎ）内燃機関の燃焼室に向う側面は完全にセラミック
材料の一つ又は数層からなり、 ０ピストンヘツドもしくはその燃焼室のくぼみに向う側
面は金属性もしくは金属セラミック竹材お１の一つ又は
数層をつＧフて 熱間等静圧圧縮成形し、 ｂ　）　４’１られた圧縮体の上に溶融したピストン金
属を注ぎ込みされてなることを特徴としている。
この注込みはピストン金型のなかに圧縮体を入れてピス
トン材料を流し込む方法で行われる。
ここで、一つの構造はその深さよりもその長さ及び幅の
大きざが数倍であるマットやじゅうたんの構造に比較さ
れるような構造であり薄層に形成されるものとして理解
される。熱間等静圧圧縮成形された層状体の金属もしく
は金属セラミック成分としての鉄もしくは鉄合金の応用
及び溶融ピストン金属の注込みはアメリカ特許公報２４
５５４５７のアルミニウムー銅合金法と同じように中間
金属外鉄−アルミニウム化合物とくにピストン金屈と熱
絶縁性薄層との間の堅い機械的結合が保証されているア
ルミニウム鋳造合金がピストン材料として圧縮体の上に
形成されている。しかし、他のピストン材料及び金属ロ
ラミック材料を使用してもまた多くの場合しばしばレラ
ミック薄層とピストンとの間の結合強度がすぐれた結合
強度で達成される。
多孔性層状体の熱間等静圧圧縮成形は一般に約１０００
から１４５０℃で、とく・に約１２００から１３５０℃
で、とくに１３００℃で行われる。
その場合に使用される圧力は１０　か６１．５×１び　
ｐａの範囲で、とくに１．２Ｘ１０　から？ １．３Ｘ１０　Ｐａの範囲にある。
実施例 本発明を次の実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例１ 酸化シリコニウムからつくられた燃焼室のくぼみの装入
は内側に）ｈ当な２１を装備している。そのあとで外側
にモリブデンのカプセルによりカルボニル鉄粉が被覆さ
れそして製作され、カプセル化した試１′３１は熱問答
静圧圧縮成形機のなかに入れる。
その熱間等静圧圧縮成形は１２００から１３００°Ｃの
湿度で１０”Ｐａから１．５Ｘ１０　Ｐａの間の圧力で
１から２１１）間の圧縮時開で行われる。
かくして製造される複合燃焼室のくぼみはシリュミン（
ｓｉｌｕｍｉｎ　＞のなかに注込されそして非常に良い
粘着力を示しピストン材料の強さはこの結合強度に相当
してした。
実施例２ 酸化シリコニウムから前もって形成された燃焼室のくぼ
みの装入は内側に適当な針を装備している。外側はモリ
ブデンのカプセルによってカルボニル鉄粉末と酸化シリ
コニウム粉末の混合物、カルボニル鉄粉末１０から９０
％の含ｍを有しているものが被覆され、熱間等静圧圧縮
成形機に挿入した後実施例１のようにして圧縮した。こ
の複合燃焼室のくぼみはシリュミン（ｓｉ　ｌｕｍｉｎ
　）のなかに注入された。それはピストン月料の強度に
匹敵する非常にすぐれた結合強度を示した。
発明の効果 内燃機関の熱絶縁性ピストンはピストンヘッドの上もし
くは燃焼室のくぼみのなかに一つの熱絶縁性ｔ’ｒ９層
を被覆してなり燃焼室のくぼみに向う側面は完全にしラ
ミック材料からなり、ピストンヘツドもしくは燃焼室の
くぼみに向う側面がピストン金属の溶融した金属性もし
くは金属セラミック林料を有しているのでセラミック材
料とピストン材料との間の結合強度を高めたピストンを
製造することができる。
出願人 エム、アー、エン、マスチネン　フアプリックアウグス
ペルグーニュールンベルグ ＠発明者ニドウィン　エルベン　ドイツ連邦共和巨スト
ラセ　１０ｅ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、熱絶Ｒｔ！１薄層を有するピストンヘツドもしくは
    その燃焼室のくぼみを設け、燃焼室に向う壁は完全にセ
    ラミック材料からなり、ピストンヘッドもしくはその燃
    焼室のくぼみに向う側はピストン金属の溶融した金属も
    しくは金属セラミック材料を有することを特徴とする内
    燃機関の熱絶縁ピストン。 ２、薄層のセラミック材料は熱伝導率の値λが２から３
    Ｗ／ｍ″Ｋを示すことを特徴とする特１丁請求の範囲第
    １項記載によるピストン。 ３、セラミック材料が部分安定化酸化シリコニウム、合
    成アルミニウムーケイ素混合酸化物、Ｚｒ５ｉＯａ、チ
    タン酸アルミニウム、窒化ケイ素からなる群よりえらば
    れた一つであることを特徴とする特許請求の範囲第２項
    記載°によるピストン。 ４、薄層の金属セラミック材料の金属成分が鉄がらなり
    もしくは鉄を含有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項から第３項記載のいずれか１つによるピストン。 ５、ピストン材料がアルミニウム鋳造合金または合金化
    され、もしくは合金化されてないねずみ鋳鉄であること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項記載のい
    ずれか１つによるピストン。 ６、アルミニウム合金シリュミンがＡ１３ｉ１２ＣｕＭ
    ｇＮｉ、Ａｌ５ｉ１８ＣｕｔｖｌｏＮｉ、ＡＩＳｉＡｌ
    Ｓｉ２５Ｃｕ、ＡＩＣｕ４ＮｉＭｑ１７）群からえらば
    れた１つであることを特徴とする特許請求の範囲第５項
    記載によるピストン。 ７、ａ）熱絶縁性薄層として設【プられ薄層を形成した
    物体は （＋）ピストンヘッドもしくはその燃焼室のくぼみの形
    状に外側の形状を調整し くｉ）内燃機関の燃焼室に向う側面は完全にセラミック
    材料の一つまたは数層からなり、 に）ピストンヘッドもしくはその燃焼室のくぼみに向う
    側面は金属性もしくは金属セラミック性材料の一つ又は
    数層をつけて 熱間等静圧圧縮成形し、 ｂ）得られた圧縮体の上に溶融したピストン金属を注入
    することからなる内燃機関の熱絶縁ピストンの製造法。 ８、熱間等静圧圧縮成形は圧力が１０．Ｐａから１．５
    ｘ１０”Ｐａとくに１．２Ｘ１０　Ｐａから１．３Ｘ１
    ０　Ｐａｒあり、湿度が１０００から１４５０℃であり
    、とくに１２００から１３５０℃で行われることを特徴
    とする特許請求の範囲第７項記載による熱絶縁ピストン
    の製造法。
JP60019805A 1984-02-07 1985-02-04 内燃機関の熱絶縁ピストンとその製造法 Pending JPS60187740A (ja)

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DE3404121.4 1984-02-07
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