JP2002528669A - 内燃機関用カーボンピストン - Google Patents

内燃機関用カーボンピストン

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Abstract

(57)【要約】 ピストンクラウン下側（１１２）が、厚肉ボス部（１５１）間の域にピストンクラウン上側の面形状とは関わりなく湾曲面、好ましくは楕円面を形成して、厚肉ボス部に隣接する、カーボンピストン。ピストンスカート（１０４）は直線母線を有する円錐面形状の軸方向輪郭を有し、リング部への接続部へと上向きにテーパしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の前提部を有する、内燃機関用の、カーボンから成るピス
トンに関する。本発明は、種々の材料から成るシリンダを備えた、斯かるカーボ
ンピストンの種々の組合わせにも関する。
【０００２】 近来、火花点火エンジンやディーゼルエンジンの需要が高まるなかで、とりわ
け、質量が小さく構造的容積が小さいピストンを用いることが必要になってきて
いる。斯かる需要に応えるため、所与の最少曲げ強さを有するプレスグラファイ
トや硬焼カーボン等の改良カーボンから成るカーボンピストン（ヨーロッパ特許
公開公報第０ ２５８ ３３０号）や、中間相と呼ばれる結合剤なしのカーボンで
造られるグラファイトから成るピストンが既に提案されている。中間相は、液相
乾留液化の中間品として炭化水素、好ましくは石炭又は石油系ピッチ及びポリ芳
香族類から得られる原料である。カーボン化及びグラファイト化手順によりこれ
らのポリ芳香族類が、材料粒を表わすμ範囲の粒子サイズの中間相球顆を生み出
す。２００Ｍｐａを超える曲げ強さレベルがその方法で得られる。
【０００３】 ピストン材料アルミニウムに較べカーボンは熱膨張係数が著しく低いので、ピ
ストンとシリンダ孔（bore）面との間の間隙を非常に小さく保つことが可能であ
る。更に又、ピストン材料としてのカーボンは、油を吸収するという特定の能力
を持ち、溶接により害が生じる傾向を欠くので、緊急時及び冷間走行時に有利な
特性を提供する （ヨーロッパ特許公開公報第０ ２５８ ３３０号）。にもかか
わらず、大量生産に適し、自動車やトラックに必要な長寿命を有するカーボンピ
ストンを提供することが従来不可能であったのは、特に、カーボンは伝熱性もア
ルミニウムに較べてかなり低いので操業中のカーボンピストンにはアルミニウム
ピストンの場合に予想されるのとかなり異なる温度域が形成され得るためである
。
【０００４】 従って、本発明の目的は、通常必要な寿命を持ち、特に自動車及びトラック用
の大量生産のアルミニウムピストンの代わりに使うことができ、カーボンがアル
ミニウムに較べて密度が低いことや熱膨脹のレベルが低いことで得られる利点に
悪影響が及ぶことのない、内燃機関用カーボンピストンを提案することである。
【０００５】 本発明によれば、これは請求項１の形状で達成される。
【０００６】 アルミニウムピストンについては、熱流れを改良するために、ピストンクラウ
ン下側からトップランド及びピストンリングを担持するリング部への遷移部に丸
みを帯びさせることが公知である。しかしながら、他の関連では、ピストン嵩を
最少にしようとして、ピストンクラウンを強度の観点からのみ寸法づけている。
それで、ピストンクラウン厚は、火花点火エンジンの場合には通常０．０７Ｄ（
Ｄはピストン径を示す） 、ディーゼルエンジンの場合には０．１Ｄ〜０．２５
Ｄとなる。しかしながら、本発明によれば、ピストンクラウン下側の設計形状は
ピストンクラウン上側の形状とは無関係であって、湾曲面又は弧状面をとるので
、ボス手段の厚肉部間の域に正しく材料が著しく集まることにもなる。この結果
、操業時にピストンは温度範囲又は温度勾配を持つのでトップランドやピストン
リング部分が楕円形状を採る必要がなくなる。ピストンクラウン下側での湾曲面
の形状に関する選択肢が付随の請求項２乃至１２に述べられている。
【０００７】 上記したように、今やカーボンはアルミニウムと同等又はそれを超える曲げ強
さレベルを得ることができるけれども、本発明の展開では、ピストンクラウン厚
が強度上での必要以上に厚いのが有益である。例えば、本発明によれば、上記ピ
ストンクラウン厚の一般値は１５〜２０％高めとすることができ、言い換えれば
、火花点火エンジンについては０．０８４Ｄ、ディーゼルエンジンについては０
．１２Ｄ〜０．３Ｄとすることができる。
【０００８】 軸方向ピストンクラウン垂れ（sag）は圧力負荷を加えた場合にアルミニウム
ピストンの場合には不均一となり、ボス手段を形成する厚肉部間のピストンクラ
ウン域、即ちピストンピン軸線の横方向では厚肉部域での多重垂れ（sag）とな
るが、この軸方向ピストンクラウン垂れも、ピストンクラウン下側でのドーム面
により軽減又は回避できる。不均一な温度分布に加え、その垂れ現象が、アルミ
ニウムピストンの場合に特にリング部とピストンスカートに関してピストンの楕
円性が必要となる原因である。本発明によるカーボンピストンの場合、最大１５
０ｍｍまでの比較的小さなピストン径を扱う場合には楕円性は完全に排除できる
ので、ピストンは全体に円形断面にして著しく小さなサイズのものとすることが
できる。
【０００９】 ピストンスカートの形状もアルミニウムピストンの場合とは異なる。例えば、
本発明によるピストンの断面もスカート域で増加されているのでピストン内で得
られる温度範囲又は温度勾配は、リング部を介したピストンスカートのピストン
クラウンへの接合増強の結果として改良される。本発明によれば、その目的のた
めピストンスカートの壁厚は約０．０５Ｄ〜０．０７５Ｄ、好ましくは約０．５
６Ｄ〜０．７Ｄである。更に又、アルミニウムピストンの場合、ボス手段域のピ
ストンスカート周面の軸方向輪郭は低温状態でのシリンダ孔壁に関する種々の膨
脹特性を制御するために明らかに中高（crowned）としなければならないのに対
し、本発明によるカーボンピストンはそのような上反り形状を不要とすることを
可能にしている。従って、有利なことにはピストンスカートの周面を円錐面又は
テーパ面形状とすることができ、その母線はリング部へ接続部とピストンスカー
ト下端との間で直線状に延びる。更に又、その円錐面又はテーパ面の、円筒面か
らのずれは上記したアルミニウムピストンの輪郭よりもかなり小さく、即ち、リ
ング部への接合部でのピストンスカートの径はピストンスカート下端の径よりも
わずかに０．０７５〜０．８％小さいのみである。
【００１０】 原則として、本発明によるカーボンピストンでは、アルミニウムピストンでも
使用するピストンリングを使うことも可能である。しかしながら、カーボンピス
トンを、これまたカーボンから成るピストンリングと共に用いるのが有利であり
、それは、その場合には種々の膨脹特性を考慮する必要がないからである。上記
したような現今で得ることのできるカーボンの曲げ強さや弾性係数のため、金属
ピストンリングに関して公知であるのと同様な仕方でピストンリングを一体形成
し取付けることが可能となる。しかしながら、カーボンのピストンリングは金属
ピストンリングより断面を１０〜１５％減らすことができ、熱膨脹特性がピスト
ンのそれと同じであることから、リング側部に関し、リング溝の軸方向間隙をか
なり狭くするようにピストンリングを選択することができる。加えて、公知なよ
うにカーボンの場合には温度上昇につれて強度も上がるので、トップランドに最
も近接したリング溝内のピストンリングに関して特殊なリング支持部材等を不要
とすることができる。
【００１１】 油制御リングを収容するリング溝から延びる孔によってリング部の応力及び温
度範囲又は温度勾配が影響を受けないよう、リング溝下側に斯かる孔を設ける代
わりに、ボス手段の開口のまわりの領域へと外方に開いた少なくとも１つのドレ
ン開口を設けるよう工夫することが更に可能であり、ドレン開口はピストンスカ
ート周面の油ポケットと連通する。望ましくは、２つのドレン開口はボス手段の
各開口の両側のリング溝に設け、ドレン開口がボス手段の各開口のまわりに弧状
形状に延びる各ポケットと連通する。
【００１２】 カーボンピストンリングを用いる場合、リング溝の底部は溝幅の２０〜５０％
の大きさの半径を持つものとすることができる。
【００１３】 本発明によるカーボンピストンの上記形状はピストンピンを収容するボス手段
の形状にも効果を有する。例えば、アルミニウムピストンについての公知形状か
らは逸脱するが、ピストンピンを収容する孔を全くの円筒形状とすることができ
、それは孔表面での応力頂点を、用いる材料により生じる減衰効果によって除去
できるからである。ピストンピンへ油供給するために追加の孔を設ける必要はな
く、それは、たとえ硬化鋼製のピストンピンやセラミック（窒化珪素）製のピス
トンピンを用いたとしても、カーボンとは良好な摺動協働が得られるからである
。
【００１４】 本発明によるカーボンピストンの上記した断面積増加は嵩の増加となるけれど
も、本発明のカーボンピストンは同一能力のアルミニウムピストンに較べて１５
〜２５％のピストン嵩減少を享受する。従って、カーボンがアルミニウムに較べ
て密度が低いことの利点は保持される。しかしながら、大体において、上記設計
原則を考察すると、自動車及びトラックのピストンをカーボンから造る利点は、
明らかに認識できていた利点であるが従来は実行できなかった利点であり、それ
らが達成できるのである。例えば、ピストンと協働するシリンダ孔壁面との間の
間隙を、アルミニウムピストンに必要な間隙のわずかに約３０％にすることが可
能である。その結果、油消費が減り、ブローバイも減るので、極くわずかのカー
ボンしか堆積せず、結果としてアルミニウムピストンに較べ少なくとも１０％の
圧縮圧力増加となる。トップランド及びピストンそれ自体の全体において操業時
の隙間が小さいことはピストンリングの受ける負荷が低レベルであることになる
ので、ピストンリングの寿命が延びると予想できる。本発明によるカーボンピス
トンは種々のシリンダ孔表面と組合わせることもできる。冷間状態でのカーボン
ピストンに見られる据付間隙は夫々シリンダ孔表面の材料に何を選んだかに依存
する。セラミックのシリンダ孔表面を用いる場合には間隙は小さめで、アルミニ
ウム、ねずみ鋳鉄又は鋳鋼で構成した金属シリンダ孔表面の場合には大きめであ
る。しかしながら、シリンダ孔表面が持つ熱膨脹特性の差異は、それらを多少と
も冷却することにより本質的に補償することができる。
【００１５】 本発明の更なる利点及び特徴は、添付図面に関する好適な実施の形態について
の以下の記述及び付随する請求項から明らかとなるであろう。
【００１６】 図１乃至３に示したディーゼルエンジン用ピストンは、従来同様、ピストンク
ラウン１、トップランド２、リング部３及びピストンスカート４から成る。ピス
トンクラウン１上側には凹所又はベイスン１１が形成される。ピストンスカート
４周面４１の、相互に径方向に対向した位置に開口しているのが、ピストンピン
（図示せず）用にピストンスカート４内壁４２の厚肉部５１で形成されるボスの
各ボス孔５である。各ボス孔５の外端には、ピストンピンを所定位置に保持する
スナップリング（図示せず）を受ける各溝５２が設けられる。孔５が、ピストン
ピンの軸線と整合する横方向に延びる軸線５３を限定する。
【００１７】 ピストンリング（図示せず）用のリング部３には３つのリング溝３１が設けら
れ、そのうちの最下リング溝が油制御リングを受入れる役目を果たす。油制御リ
ングを収容するリング溝３１の下側には、孔５の脇にピストン周方向に離間した
関係で、ドレン開口３２が設けられ、それがピストンスカート４周面の浅い油ポ
ケット３３と連通する。油ドレン開口３２付近では油ポケット３３の深さは例え
ば３ｍｍであり、油ポケット３３はピストンのボスの孔５を囲む厚肉部５４の外
側周辺に弧状に延びる。油ポケット３３の深さは下端で減少し、テーパして周面
４１にて終わる。
【００１８】 図２から見て分かり得るように、ピストンクラウン１下側１２が湾曲面又は弧
状面を形成し、それは図示した実施の形態では、シリンダ軸線（図示せず）がピ
ストン軸線と直交する円−円筒面に近似する。これは、ピストンクラウン下側面
１２が図２の図面平面に直交する直線により形成されて厚肉部５１（図１）の相
互対向端面５５へと丸みを帯びた形状で至ることを意味する。２つの相互に対向
する厚肉部５１間で、ピストンクラウン下側１２は円−円筒面の半径を持つ形状
に延び、小半径の丸みを帯びた形状のピストンスカート４内壁４２に隣接する。
その遷移部はピストンスカート４に隣接するリング部３の下端を超えて延びる。
【００１９】 ピストンクラウン１の径、即ち、ピストン径Ｄは図示した実施の形態では８６
．８３５ｍｍであり、ピストンクラウン１の厚み、即ちトップランド２の上端か
ら凹所又はベイスン１１を考慮しないで、ピストンクラウン１の下側面１２の頂
点までは２２ｍｍである。トップランド２上端からピストンスカート４下端４４
までのピストン全高は７６．３ｍｍであり、ピストンスカート４は７．５ｍｍ厚
である。それは、ピストンクラウン厚が０．２５Ｄであるということであり、即
ち、このサイズのディーゼルエンジンピストンとしてはアルミニウムピストン又
はねずみ鋳鉄ピストンの相応する値よりもかなり高い比である。
【００２０】 図４は、直接噴射ディーゼルエンジン用の燃焼室凹所又はベイスンを備えたカ
ーボンピストンの長手方向断面図を示す。図４は、ピストンクラウン下側面１２
’が、図１乃至３に示した実施の形態と異なって、ピストン内壁面に関する限り
実際に連続した円−円筒面ではなく、ピストンピン軸線に対し横方向であるとみ
なされるような３つの円−円筒面部で構成される湾曲面又は弧状面を呈すること
を示す。従って、優勢部ａは半径Ｒaであり、その中央点Ａはピストン軸線１４
上にある。他方、ピストンピン軸線上にあるピストン中央平面に関して対称であ
る、他の２つの相互に対向した面部ｂは半径Ｒbであり、その中央点Ｂがピスト
ンピン軸線と交差する横方向軸線上にある。 図４の図面平面に直交する面部ｂ
が中央面部ａよりも域が短いのは遷移半径でもってピストンスカート内壁に混じ
り合わねばならないためである。
【００２１】 トップランド２'の領域では、図４に示した如きピストンは６８．８７ｍｍ径
である。この場合、半径ＲaとＲbは夫々４１ｍｍと１２ｍｍである。
【００２２】 図５に示した如きピストンの実施の形態は、図４に示したものと寸法及び形状
がほぼ対応する。それ及び図１乃至３の実施の形態と異なるのは、リング溝３１
'下側のドレン開口３２'に加えて、ピストンがピストン内部へと至る複数のドレ
ン孔３５を有する点においてである。ドレン孔３５は外油ポケット３３'を介し
油の排出を促す。
【００２３】 図６及び７に示したピストンは、図４に示したのと同様に、ピストンクラウン
の上側に燃焼室凹所又はベイスンを有し、直接噴射ディーゼルエンジンを意図し
たものである。しかしながら、以下で述べる全般的な論はピストンクラウン上側
形状に関わりなく当てはまり、例えば、平らな上側に関しても適用可能である。
図４に示した実施の形態と異なり、ピストンクラウン下側表面１１２が回転楕円
体の面の一部を成し、その回転軸線１１３がピストン軸線１１４に整合する。楕
円体の大主軸線１１５がピストン軸線１１４に対し直角に延びると共に、ピスト
ンピン（図示せず）の軸線でもあるボス手段の孔１０５の軸線１５３（図７）に
対しても直角に延びる。加えて、図示した実施の形態では大主軸線１１５がボス
手段の孔１０５の軸線１５３とも、ピストン軸線１１４とも交差する。そのこと
は、回転楕円体の中央点Ｍがピストン軸線１１４と軸線１５３との交点と整合し
、従って、ピストンクラウン下側１１３を形成する面部が楕円体の部分球面の半
分にほぼ相当することを意味する。
【００２４】 実際の条件では、ここで言及した回転楕円体の部分表面は半径Ｒ'aを有する球
面部の表面で近似することができ、大主軸線１１５の２端では半径Ｒ'bを有する
球面部の半分の各表面により隣接される。半径Ｒ'aの中央点Ａ'はピストン軸線
１１４上にあり、半径Ｒ'bの中央点Ｂ'は夫々大主軸線１１５上に配される。ピ
ストンクラウン下側１１２の面形状を本質的に決める半径Ｒ'aは次の式により算
出できる。
【００２５】
【数１】 Ｒ'a ＝ ｒimin ＋ ｄ／２ ここでｒiはピストンクラウン下側１１２から中央点Ｍまでの距離を示し、従っ
てｒiminは、ピストン軸線１１４に沿って計測した、ピストンクラウン下側から
中央点Ｍまでの最少距離であり、そしてd は、ボス手段の孔１０５の軸線１５３
高さと等しい大主軸線１１５高さでのピストンスカート１０４内壁１４２の径を
示す。
【００２６】 本明細書の導入部で言及した０．１２Ｄ〜０．３Ｄ（Ｄは公称ピストン径）の
測定範囲でのピストンクラウン厚測定及び本明細書の導入部で言及した０．０５
Ｄ〜０．０７５Ｄの測定範囲でのスカート壁厚寸法測定に基づいて、各場合のピ
ストン軸線１１４上での中央点Ａ'の位置及び主軸線１１５上での中央点Ｂ'の位
置を知ることが可能である。ピストンクラウン厚の寸法に関しては、これに関連
して、リング部１０３の最下リング溝をピストンクラウンの湾曲下側から充分離
れた上方に設けて、その部位での断面減少により熱流れ及び力に悪影響を及ぼさ
ないようにすることを、加えて留意しなければならない。そのようにして造られ
た部分球面間の遷移は回転楕円体の表面に関する遷移表面により滑らかにされる
。この実施の形態ではピストンクラウン下側面１１２がボス手段の孔１０５の軸
線１５３の方向に、その横方向よりも短い距離にわたって延びるが、それは厚肉
ボス部１５１域では、接続ロッドアイのために依然として充分な空間があること
を考慮する必要があるからである。いずれの場合も、厚肉ボス部１５１への遷移
は丸められる。
【００２７】 ピストンクラウン下側１１２を決定する湾曲面の湾曲も概算値
【数２】 Ｒ'a ＝ ＫＤ（但しＫは０．５〜０．７５） により概算又は確立することができる。
【００２８】 このように、本発明によるピストンでのピストンクラウンの内部輪郭は、ピス
トンクラウンがほぼ板状でトップランドへの遷移部及びピストンリングを担持す
るリング部への遷移部のみが丸められている、従来のアルミニウムピストンの内
部輪郭とは著しく異なる。従って、比較的高負荷（例えば、図６のピストン）で
ある本発明によるカーボンピストンのピストンクラウンの強度計算に関しては、
ピストンクラウンの抵抗モーメントは一定の中空率を有する中空楕円体の抵抗モ
ーメントに応じて概算され、次の式で計算される。
【００２９】
【数３】 Ｗ ＝ π／３２・ＣＤ2（1−α4） 但し α ＝ ｃ／Ｃ ＝ ｄ／Ｄ ＝ ｒi／ｒa ＝ 一定
【００３０】 図示した実施の形態においては
【数４】 ｒamax ＝ Ｄ／２ である。図６において、計算の基礎をなす楕円中空体をクロスハッチングで示し
ている。
【００３１】 例えば火花点火エンジン用の比較的僅かに負荷される本発明によるピストンの
場合、ピストンクラウン厚もピストンスカート壁厚も特定寸法範囲の下限にある
ように選択できる。この場合、ピストンクラウンの抵抗モーメントを計算するた
めには、簡略化した式により一定壁厚の中空楕円体の抵抗モーメントの計算を利
用することが可能である。
【００３２】
【数５】 Ｗ ≒ ０．２ｓＤ（Ｄ＋３Ｃ）
【００３３】 上記したピストンクラウン下側１１２の表面形状を確認する手順及びそれに関
する抵抗モーメントを計算する手順は、顕著な誤差を生ずることなく、楕円断面
のシリンダの表面の一部を形成するピストンクラウン下側面に移すことができる
。そのシリンダの軸線はピストン軸線１１４に対して直角であり、ボス手段の孔
１０５の軸線１５３と整合し、即ち、シリンダの母線は図６の図面平面に対し直
交する。そのシリンダの楕円断面の大主軸線１１５はピストン軸線１１４及び軸
線１５３（図６参照）に対しても直角である。この場合、ピストンは、主軸線１
１５の端点領域において、スカート１０４への遷移部でほぼ円−円筒形状である
内壁１４２へと比較的広範な遷移面を必要とする。
【００３４】 図７において、遷移面はピストン軸線１１４に対する横方向断面で提供される
高さ線１１６によって質的にのみ示されている。
【００３５】 相当する考察が、ピストンクラウン下側が、軸方向断面が図６に示した回転楕
円と同じ像を提供するが回転軸線としての大主軸線１１５を有する、回転楕円体
の部分面で形成される場合に当てはまる。この場合も回転楕円の中央点はピスト
ンの軸線１１４とボス手段の孔１０５の軸線１５３との交点Ｍにある。この形状
により、厚肉ボス部１１５間に、わずかに丸みを帯びて厚肉ボス部へと至るが、
大主軸線１１５の２端領域に厚めのスカート１０４壁厚を提供する湾曲面が提供
される 。
【００３６】 カーボンピストンの場合、アルミニウムピストンの場合によく行われるオフセ
ット形状、即ちピストン軸線に対してピストンピン軸線がずれること、を本質的
に差し控えることが可能である。ではあるが、アルミニウムピストンの場合より
も程度をはるかに小さくしてオフセットすることは適している。図４、５及び６
に示した上記の実施の形態はオフセット効果を含んでいない。従って、ピストン
クラウン下側が回転楕円の部分面により形成される図６に示した実施の形態にお
いては、その中央点Ｍもボス手段の孔の軸線上にある。しかしながら、ピストン
をオフセット形状に設計すれば、その中央点Ｍは単にボス手段孔の軸線高さでピ
ストン軸線上にあって、この場合ピストン軸線を横切る。
【００３７】 上記した全ての実施の形態において、ピストンのほぼ円−円筒内壁とピストン
クラウン下側を形成する湾曲面との間に、遷移半径又は丸み部により実際には回
避される交端が理論的には存在する。
【００３８】 図８は径Ｄが１００ｍｍである本発明によるカーボンピストンの摩擦パターン
を示し、トップランド２、リング部３及びピストンスカート４のプロフィール及
びその、ねずみ鋳鉄で構成したシリンダ孔面に対する局部間隙を示す。その寸法
のピストンでは、例えそれがカーボンで造られていても、ボス孔５域で大きな間
隙を提供し、ボス孔軸線５３の横方向の域で小さな間隙を提供する楕円形を考慮
することが可能である。しかしながら、数値から明らかなのは、間隙も楕円形も
アルミニウムピストンを考慮した場合の対応する値のわずかに０．３倍であると
いうことである。
【００３９】 リング部３下端から延びるピストンスカートの破線で示した輪郭がほぼ直線状
にピストンスカート下端４４へと延びる、即ち、アルミニウムピストンの場合に
必要な外反り形状のない、円錐面又はテーパ面を含むことが重要な事柄である。
このカーボンピストンでは、高レベルの熱負荷が予想されるので、トップランド
２は円筒形ではなくテーパ状の外面を有することが更に見て取れる。しかしなが
ら、ピストンはその領域には全く楕円性を含んでいない。
【００４０】 上記した数値は、カーボンピストンを用いてピストン／シリンダのペアを造る
場合の方がアルミニウムピストンを用いたペアリングの場合よりも原則的に値が
相応して低くなる。それにもかかわらず、当該値はシリンダ孔表面がねずみ鋳鉄
等の材料で形成されるかどうかによって変化する。例えば、シリンダは、ＮＩＫ
ＡＳＩＬ又はＥＬＮＩＳＩＬの印で公知である、高割合の炭化珪素を有するニッ
ケル被覆を公知の仕方で担持するアルミニウム、マグネシウム等で構成された軽
金属の孔面を有することができる。孔面が純セラミックの被覆を有することも可
能である。最後に、シリンダは金属／セラミックで造られ、ＡＬＵＳＩＬ、Ｌ０
ＫＡＳＩＬ及びＳＩＬＩＴＥＣ等の商標で公知である、複合材料で構成されたシ
リンダスリーブ又はシリンダ孔面をも持つことができる。シリンダ孔面をねずみ
鋳鉄とは異なるこれらの材料から形成する場合、冷間状態でのピストンの据付隙
間がピストン径の０．０１０〜０．０３５％の間であり、その値は、ピストンが
ピストンサイズのために既に楕円性を有しているならばピストンピン軸線に対し
て横方向に確立される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図３のＩ−Ｉ線に沿った、ピストン外面を部分的に示す部分断面図である。
【図２】 図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った、ピストン外面を部分的に示す部分断面図である
。
【図３】 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】 本発明によるピストンの更なる実施の形態の軸方向断面図である。
【図５】 本発明によるピストンの更なる実施の形態の、図２に対応した断面図である。
【図６】 本発明によるピストンの更なる実施の形態の、図４に類似した軸方向断面図で
ある。
【図７】 図６の矢印ＶＩＩ方向に見た図６のピストンの部分断面図である。
【図８】 本発明によるカーボンピストンクラウンの輪郭及びシリンダ孔表面に対する間
隙を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月４日（２０００．７．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｅ Ｇ 3/28 3/28 Ａ Ｆ１６Ｊ 1/00 Ｆ１６Ｊ 1/00 1/01 1/01 1/04 1/04 1/08 1/08 1/16 1/16 10/00 10/00 Ａ Ｚ 10/04 10/04

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンクラウン（１）と、ピストンクラウンに軸方向に隣
    接したトップランド（２）と、リング部（３）と、ピストンピン受入れ用のボス
    孔（５）を有するピストンスカート（４）とから成り、ピストンスカート壁（４
    ２）が、ピストンスカート内側で相互対向関係にあってボス（５）を形成してピ
    ストンクラウン下側（１２）へと丸みを帯びた形状で延びる厚肉部（５１）を有
    する、特に自動車及びトラックの内燃機関用カーボンピストンにおいて、厚肉ボ
    ス部（５１）間の域で、ピストンクラウン上側の面形状とは関わりなく、ピスト
    ンクラウン下側が湾曲面（１２）を形成し、それが少なくともボス孔（５）の上
    領域で厚肉ボス部に隣接することを特徴とする、カーボンピストン。
  2. 【請求項２】 ピストンクラウン下側が部分球面状のドーム面を形成するこ
    とを特徴とする、請求項１に記載のピストン。
  3. 【請求項３】 ピストンクラウン下側がトーリック面を形成し、その軸線が
    ボス孔（５）軸線（５３）に平行であることを特徴とする、請求項１に記載のピ
    ストン 。
  4. 【請求項４】 ピストンクラウン下側が円−円筒面（１２）をほぼ形成し、
    その軸線がボス孔（５）軸線（５３）に対し平行に延びることを特徴とする、請
    求項１に記載のピストン。
  5. 【請求項５】 ピストンクラウン下側（１１２）が楕円断面のシリンダの部
    分面を形成し、その軸線がピストン軸線（１１４）に対し直角で、ボス孔（１０
    ５）軸線（１５３）に対し平行であることを特徴とする、請求項１に記載のピス
    トン。
  6. 【請求項６】 シリンダ軸線がボス孔（１０５）軸線（１５３）に整合し、
    楕円断面の大主軸線（１１５）がピストン軸線（１１４）及びボス孔軸線（１５
    ３）に対し直角であることを特徴とする、請求項５に記載のピストン。
  7. 【請求項７】 ピストンクラウン下側（１１２）が回転楕円体の部分面を形
    成し、その大主軸線（１１５）がピストン軸線（１１４）に対し直角であり、そ
    の回転軸線がピストン軸線（１１４）に整合することを特徴とする、請求項１に
    記載のピストン。
  8. 【請求項８】 回転楕円体の大主軸線（１１５）がピストン軸線（１１４）
    とボス孔（１０５）軸線（１５３）との交点（Ｍ）を含むことを特徴とする、請
    求項７に記載のピストン。
  9. 【請求項９】 ピストンクラウン下側が回転楕円体の部分面を形成し、その
    大主軸線（１１５）がピストン軸線（１１４）とボス孔（１０５）軸線（１５３
    ）とに対して直角であり、回転軸線を形成することを特徴とする、請求項１に記
    載のピストン。
  10. 【請求項１０】 回転軸線がピストン軸線（１１４）とボス孔（１０５）軸
    線との交点（Ｍ）を含むことを特徴とする、請求項９に記載のピストン。
  11. 【請求項１１】 ピストンクラウン下側の面が接線方向に、厚肉ボス部（５
    １）の相互に対向する平らな端面（５５）へと至ることを特徴とする、請求項１
    乃至１０のいずれかに記載のピストン。
  12. 【請求項１２】 ピストンクラウン下側の面が厚肉ボス部（５１）の相互に
    対面する平らな端面（５５）との交差部を形成し、交差部が丸みを帯びているこ
    とを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のピストン。
  13. 【請求項１３】 トップランド（２）が円−円筒外面を有することを特徴と
    する、請求項１乃至１２のいずれかに記載のピストン。
  14. 【請求項１４】 トップランド（２）が外面として円−円錐面を有すること
    を特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のピストン。
  15. 【請求項１５】 最大１５０ｍｍまでのピストン径のためのリング部（３）
    外面の包面が円−円筒面であることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか
    に記載のピストン。
  16. 【請求項１６】 リング部に関する限りピストンスカート（４）周面（４１
    ）が、ほぼ直線輪郭の上向きテーパ面を有することを特徴とする、請求項１乃至
    １５のいずれかに記載のピストン。
  17. 【請求項１７】 テーパ面が、ボス孔（５３）軸線の横方向の径がボス孔軸
    線方向のそれよりも０．０４〜０．０９％の割りで大きい、楕円断面であること
    を特徴とする、請求項１６に記載のピストン。
  18. 【請求項１８】 油制御リング受入れ用の溝（３１）の下端が、リング部（
    ３）の、相互に対向するボス開口（５）の少なくとも片側に、ピストンスカート
    （４）周面（４１）の油ポケット（３３）へと開口したドレン開口（３２）を有
    することを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれかに記載のピストン。
  19. 【請求項１９】 ドレン開口及び油ポケットを、各ボス開口の脇の両側に設
    けたことを特徴とする、請求項１８に記載のピストン。
  20. 【請求項２０】 油ポケットがボス開口（５）の周りに弧状に延びることを
    特徴とする、請求項１９又は請求項２０に記載のピストン。
  21. 【請求項２１】 シリンダがねずみ鋳鉄の孔面を有し、冷間状態でのピスト
    ン据付隙間がピストン径の０．０１５〜０．６５％であることを特徴とする、請
    求項１乃至２０のいずれかに記載のカーボンピストンを用いるピストンとシリン
    ダとの組合わせ。
  22. 【請求項２２】 シリンダが軽金属の孔面を有し、冷間状態でのピストン据
    付隙間がピストン径の０．０１０〜０．３５％であることを特徴とする、請求項
    １乃至２０のいずれかに記載のカーボンピストンを用いるピストンとシリンダと
    の組合わせ。
  23. 【請求項２３】 シリンダがセラミックの孔面を有し、冷間状態でのピスト
    ン据付隙間がピストン径の０．０１０〜０．３５％であることを特徴とする、請
    求項１乃至２０のいずれかに記載のカーボンピストンを用いるピストンとシリン
    ダとの組合わせ。
  24. 【請求項２４】 楕円性を有するピストンにおいて据付隙間がピストンピン
    軸線の横方向に確立される、請求項２１乃至１７のいずれかに記載のピストンと
    シリンダとの組合わせ。
  25. 【請求項２５】 軽金属の孔面が、高割合の炭化珪素を含むニッケル被覆、
    又はセラミック被覆を有することを特徴とする、請求項２２に記載のピストンと
    シリンダとの組合わせ。
  26. 【請求項２６】 軽金属の孔面を、軽金属／セラミック複合品で構成される
    シリンダスリーブで形成することを特徴とする、請求項２２に記載のピストンと
    シリンダとの組合わせ。
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