JP2703081B2 - エンジンピストン組立体及び冷却凹部を有する鍛造ピストン部材 - Google Patents

エンジンピストン組立体及び冷却凹部を有する鍛造ピストン部材

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JP2703081B2 JP1502888A JP50288889A JP2703081B2 JP 2703081 B2 JP2703081 B2 JP 2703081B2 JP 1502888 A JP1502888 A JP 1502888A JP 50288889 A JP50288889 A JP 50288889A JP 2703081 B2 JP2703081 B2 JP 2703081B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、一般的には、高出力内燃機関用のコンパク
トなエンジンピストン組立体に関し、より詳細には、燃
焼室の高圧および高温に対する耐久性を有し、機械加工
された回転表面を有する鋼鉄ピストンに関する。
〔背景技術〕
ここ数年間においては、燃料経済性および燃料効率の
改良、排気ガスの減少、寿命の増加、１気筒当たりの出
力の増加に重点を置いたエンジンの開発がなされてき
た。このような開発の傾向によりピストンにはより厳し
い機械的および熱的要求がされるようになった。ピスト
ン部材のクラウン領域は燃料と空気の混合気の燃焼によ
り加熱される。ピストンリングを備えているピストン組
立体はシリンダーボアと効果的に接触することにより高
温燃焼ガスの漏出を防止し、あらゆる作動条件の下で潤
滑油を制御しなければならない。ピストンに作用する温
度および燃焼圧力は、特に、予め定まっている材料上、
構造上および温度上の制限内にあることが必要である。
そうでなければ、早期に破損が生じることになる。
1986年４月15日付けでH.モーバス（Moebus）に付与さ
れた米国特許第4,581,983号が開示する冷却複合ピスト
ン組立体はそのような増加した出力レベルに耐え得るよ
うな一つの形態を示している。しかしながら、この米国
特許に係るピストン組立体の上部分と下部分は溶接によ
って結合されているが、これはコストのかかる方法であ
るので避けるべきものである。
より望ましい型式のピストン組立体が1977年11月１日
付けでケネスR.カムマン（Kenneth R.Kamman）に付与さ
れた米国特許第4,056,044号に示されている。この米国
特許（出願人は本件出願の出願人と同一である）は上部
ピストン部材と下部スカートとを有し、それらはそれぞ
れ共通のリストピンに枢動自在に連結されている連結式
ピストン組立体を開示している。スカート内のトラフに
向けられた潤滑油は激しい「カクテル・シェーカー」運
動によって凹部に対して有効に跳ねかかる。凹部はリン
グ溝に隣接するクラウン表面の下側に位置しているもの
で、ピストン内部を冷却するためのものである。鍛造部
品について行った集中試験によれば、鋳造に関する知識
の現在のレベルでは約13,790KPa（2000psi）以上の燃焼
圧力に耐えることは難しい。より詳細に言えば、上部鋳
造鋼鉄ピストンの大多数が極度の多孔質であったので実
験は早期に失敗した。一方、少数の鋳造鋼鉄ピストンの
みが比較的低度の多孔質に製造されていたので、それら
は比較的厳しい試験もパスした。鋳造部品における多孔
性のレベルを最小にするため多くの考察がなされたが、
多孔性レベルは高いままである。多孔性レベルを調べる
方法の一つとしてＸ線検査があるが、これはコストの面
から受け入れがたく、さらにピストンが全く多孔質では
ないということを必ずしも保証するものではない。
多孔性レベルを考慮することに加えて、連結式ピスト
ンの各部品の形状および強度も、高圧縮荷重および熱応
力に対する耐久性を増加させるため引き続き考慮される
べきものである。例えば、M.D.ルーエル（Roehrle）が
著した自動車技術者の世界社（Society of Automotive
Engineers,Inc.）の第770031号の「高出力ディーゼルエ
ンジン用ピストン」（1977年２月28日発行）には、それ
ぞれの部品について世界中で行われた多数の実験が示さ
れている。また、同著では、主に熱応力を原因として生
じる軽量合金やアルミニウムのピストンのひび割れを最
小に抑えるため多くの考察がなされている。
1987年５月５日付けでラトガー・バーチェム（Rutger
Berchem）に付与された米国特許第4,662,047号には単
一部品からなるピストンが開示されている。このピスト
ンは鍛造ブランクをダイでプレスすることによって曲げ
加工し、環状円筒形カラーを形成することにより製造さ
れる。鍛造ピストンは高燃焼室圧力および高燃焼室温度
に耐えられる特性を有するが、極めて小さな許容差しか
有しない比較的薄い壁を備えた部品の鍛造、あるいは正
確に位置決めしなければならない狭く深い孔の形成は、
不可能ではないにしても、大変に困難である。この製造
許容差によって、優れた熱消散効果を必要とする狭く深
い孔や薄い壁部分の鍛造が制限されることが多い。複雑
な形状や不均一な壁の厚さは不均一な熱分散やピストン
の熱歪みの原因となり得る。従って、もう一つの目的
は、中心軸についての対称性を最大にしつつ、できる限
り構造を単純化することである。
考慮すべきもう一つの問題は、鍛造を原因とする比較
的粗い表面仕上げが応力を上昇させることである。これ
は、薄壁部分や孔のように高荷重がかかるピストンの領
域においては、特に、危険である。これらのひび割れ伝
播領域は検出できず、しばしば悪い結果をもたらす。
このように、現在求められているものは高出力エンジ
ン用ピストン組立体であり、約13,790KPa（2000psi）以
上、好ましくは約15,170KPa（2200psi）の範囲の燃焼室
圧力において連続的に、かつ効率的に作動し得るピスト
ンを備えたピストン組立体である。さらに、ピストン
は、その鍛造を行うことができるように複雑な形状を有
しない合金鋼鉄から鍛造により製造されることが好まし
い。そのうえ、ピストンの上部分の範囲および、特に、
冷却凹部の範囲は壁の厚さを比較的薄くし、ほぼ均一に
し、均一な熱分散および表面の最大の冷却効果を達成す
るようにすることが好ましい。
また、冷却凹部の表面は、隣接する表面との間の間隔
を正確にあけるため、また、特に冷却チャネルとリング
溝との間の間隔を正確にあけるため、機械仕上げされた
回転表面とされる。ピストンはその中心軸回りに対称な
回転表面を有していることが好ましく、この回転表面は
ひび割れの伝播の原因となる表面の凹凸がなく、このた
め熱歪みを避けることができるものとすることが好まし
い。
本発明は以上述べた問題の一つまたは二つ以上を解決
することを目的とするものである。
〔発明の開示〕
本発明の一つの態様として、鍛造鋼鉄ピストンが提供
される。本発明に係る鍛造鋼鉄ピストンは、ほぼ円筒形
状の上部分と、ピストンの頂面から延び、下端面を有し
ている比較的薄い管状壁と、下端面から上方に延びる内
方を向いている壁面とを備えている。ピストンの上部分
は、内方を向いている壁面から半径方向内側に隔置され
た外方を向いている環状壁面と、内方を向いている壁面
と連結し、環状冷却用凹部を形成する連結部分とを備え
ている。内方を向いている壁面、外方を向いている壁
面、および下方を向いている連結部分はすべて十分に機
械加工された回転表面を有している。ピストンはさらに
下部分を備えており、この下部分は一対の従属ピンボス
を備えており、この従属ピンボスは並んで配置されてお
り、各ピンボスはボアを形成している。
本発明の他の態様として、エンジン用ピストン組立体
が提供される。このピストン組立体が用いられるエンジ
ンは、ブロックと、該ブロックに受け入れられ、ボアを
形成しているシリンダー・ライナーと、ブロックに連結
したシリンダー・ヘッドを備えるものである。本発明に
係るピストン組立体は鍛造鋼鉄ピストンを備えており、
この鍛造鋼鉄ピストンは、ほぼ円筒形状の上部分と、頂
面と、頂面の外周縁から延び、下端面を有する比較的薄
い管状壁と、下端面から上方に延びる内方を向いている
壁面とを備えている。ピストンの上部分は、内方を向い
ている壁面から半径方向内側に隔てられて形成されてい
る外方を向いている環状壁面と、内方を向いている壁面
と連結し、環状冷却用凹部を形成する連結部分とを備え
ている。内方を向いている壁面、外方を向いている壁
面、および下方を向いている連結壁面はすべて十分に機
械加工された回転表面を有している。ピストンはさらに
下部分を備えており、この下部分は一対の従属ピンボス
を備えており、この従属ピンボスは並んで配置されてお
り、各ピンボスはボアを形成している。鍛造鋼鉄ピスト
ンの下部分は一対のピンボスを備えている。ピンボスは
冷却用凹部と連結しており、各ピンボスは内部にボアを
形成している。本発明に係るピストン組立体は複雑な形
状を有しない鋼鉄ピストンを備えており、このため容易
に鍛造または機械加工でき、13,790KPa（2000psi）を以
上の範囲の燃焼室圧力に対して耐久性を有する断面形状
を有しており、さらに軽量でもある。
〔図面の簡単な説明〕
第１図は本発明に係るエンジン用ピストン組立体の垂
直方向の部分的な断面図、 第２図は第１図のII-II線におけるピストン組立体の
一部分の垂直方向の断面図、 第３図は第１図および第２図に示したピストンの頂面
の領域の一部を示す部分的な拡大断面図、 第４図は第２図のIV-IV線の方向から見た場合のピス
トンの平面図、 第５図は第２図のＶ−Ｖ線におけるピストンの断面
図、 第６図は第２図のVI-VI線におけるピストンスカート
の上方から見た平面図であり、 第７図は、第１図および第２図に示したピストンの頂
面の領域の部分的な拡大断面図であり、鍛造により形成
された冷却用凹部の一部のみを備えた鍛造ピストンの流
れすじを示し、 第８図は、第１図および第２図に示したピストンの頂
面の領域の部分的な拡大断面図であり、鍛造により深く
形成された冷却用凹部を備えた鍛造ピストンの流れすじ
を示している。
〔実施例〕
第１図および第２図には多気筒型のディーゼル・エン
ジン10が示されている。ディーゼル・エンジン10は底部
ブロック12と、頂部ブロックまたはスペーサー部分14
と、複数のファスナすなわちボルト18により通常の方法
で強固に結合されたシリンダー・ヘッド16とを備えてい
る。
中央で支持されたシリンダー・ライナー48は頂部ブロ
ック14により安定的に支持された円筒形の上部分52を備
えており、また中心軸66を有するピストン・ボア54を形
成している。この点に関しては、1987年１月27日付けで
B.ボールハイマー（Ballheimer）に付与された米国特許
第4,638,769号に相互参照がなされている。すなわち、
同米国特許においては、中央支持式ライナーを備えた多
気筒型シリンダー・ブロックの特徴および利点が述べら
れている。ただし、本実施例におけるディーゼル・エン
ジン10は従来型式のエンジンで足りる。
ディーゼル・エンジン10は、第１図の右下に示すよう
に、第一冷却用オイル発射ノズル74および第二冷却用オ
イル発射ノイズ75を備えている。第一オイル発射ノズル
74は底部ブロック12に強固に取り付けられており、さら
に、圧力オイル供給源（図示せず）と作動的に連結して
おり、連結式ピストン組立体76の所定の領域においてほ
ぼ垂直方向にエンジン潤滑オイルの小幅の噴流をつくり
出す。第二オイル発射ノズル75も底部ブロック12に取り
付けられているが、垂直方向からは傾斜して取り付けら
れており、ピストン組立体76の他の領域において冷却オ
イルの噴流と衝突する。
ディーゼル・エンジン10の連結式ピストン組立体76は
鍛造上部鋼鉄ピストン部材78と下部鍛造アルミニウムピ
ストンスカート80とを備えている。上部ピストン部材78
と下部ピストンスカート80とは、長手方向を向いている
中心軸84を有する共通の鋼鉄リストピン82に連結して取
り付けられている。上部眼状端部92と、鋼鉄で裏打ちさ
れたブロンズのスリーブ・ベアリング94とを有する従来
型のコネクティング・ロッド90はリストピン82と作動的
に連結し、リストピン82によって駆動される。
第２図および第４図に最も良く示されているように、
上部鋼鉄ピストン部材78はほぼ円筒形状で、所定の最大
直径Ｄを有する上部分96を備えている。上部分96は十分
に機械加工された頂面98と、凹状の対称形のクラウン表
面100とを有している。頂面98は平坦である、すなわち
中心軸66と垂直な面上に位置している。クラウン表面10
0は、本実施例においては、中心軸66の回りに十分に機
械加工された回転表面である。一般的に、クラウン表面
100は、クラウン表面100の中央に位置し、頂面98の高さ
よりも下方にある頂部102と、軸方向外周表面104と、頂
部102と軸方向外周表面104とを滑らかに結ぶ環状トラフ
106とを有している。
第３図に最も良く示されているように、上部ピストン
部材78は、頂面98の外周縁から延びる比較的薄い厚さの
管状壁108を有している。本実施例における管状壁108の
高さLHは31mmであった。管状壁108は、その周囲に、第
一ランドまたは頂部ランド110と、断面が楔形の頂部リ
ング溝112と、第二中間ランドまたは上部中間ランド114
と、断面が矩形の中間リング溝116と、第三中間ランド
または下部中間ランド118と、断面が矩形の底部リング
溝120と、第四ランドまたは底部ランド122とをこの順番
に備えており、底部ランド122は該底部ランド122より下
方にあり、半径方向に延び、十分に機械加工された下端
面124で終わっている。本実施例においては、頂面98と
頂部リング溝112との間の最小垂直距離TRHは5mmであっ
た。ほぼ軸方向に延び、内方を向いている環状のテーパ
付き壁面126は管状壁108内部にあり、下端面124から上
方に延びている。
上部ピストン部材78の上部分96は、さらに、テーパ付
き壁面126から半径方向内側に隔てられて形成されてい
る半径方向外側を向いている環状の壁面128と、下方を
向いている連結壁部分130とからなる。連結壁部分130は
壁面126と壁面128とを連結し、正確に定められた断面形
状を有する環状の冷却用凹部132を形成している。冷却
用凹部132の頂上部は頂部リング溝112の頂上部とほぼ同
じ高さの関係にある。冷却用凹部132の頂上部は上部ピ
ストン部材78の頂面98の直下に位置しており、頂面98か
らの垂直距離はＥで表される。ある実施例においては垂
直距離Ｅは約5.5mmであった。
実際には、本実施例の壁面128は上部円錐部分134とそ
の下方に続いている円筒部分136とからなる。上部円錐
部分134は、第３図に示すように、約12.33°の中心軸66
からの傾斜角Ａを有する。一方、壁面126は十分に円錐
形状をなしており、約1.17°の傾斜角Ｂを有する。内側
を向いている壁面126、外側を向いている壁面128、およ
び下方を向いている連結壁部分130はいずれも十分に機
械仕上げされた回転表面である。壁面126と頂部リング
溝112の最も内側の部分との間の半径方向厚さは、壁面1
26と中間リング溝116の最も内側の部分との半径方向厚
さよりもわずかに大きい。したがって、壁面126と中間
リング溝116の最も内側の部分との間の半径方向厚さは
最も破損し易い部分であり、本実施例におけるその半径
方向厚さの最小値は1.74mmである。好ましくは、3mmま
たは4mmである。シール溝112、116、120は十分に機械仕
上げされた回転表面であるので、それらの半径方向にお
ける危険断面は正確に制御できるものである。
変形例として、環状冷却用凹部132は第７図に示すよ
うな浅い凹部、あるいは第８図に示すような深い凹部そ
の他いかなる形状に鍛造してもよい。さらに、第７図お
よび第８図に示すように、凹部の深さを変えることによ
り得られるグレン流れが想像線により示されている。第
８図に示す変形例においては、内側を向いている壁面12
6のみが機械仕上げした回転表面であれば良く、したが
って、壁面126とシール・リング溝116との間の危険断面
だけを正確に制御すればよい。
連結式ピストン組立体76は、頂部リング溝112に嵌め
込まれている楔形の頂部スプリット圧縮リング138と、
中間リング溝116に嵌め込まれている段付き矩形断面の
中間スプリット圧縮リング140と、底部リング溝120に嵌
め込まれているオイルリング組立体142とを備えてい
る。
第１図および第２図に示すように、上部鋼鉄ピストン
部材78は一対の従属ピンボス160を有する下部分158を備
えている。従属ピンボス160は冷却用凹部132の壁面128
と連結し、さらに、下方を向いている凹部ポケット162
と連結している。凹部ポケット162は上部分96により形
成され、中心軸66を中心とする。凹部ポケット162はク
ラウン表面100の頂部102からほぼ均一に隔置されてお
り、第１図および第２図に示すように、ほぼ均一の厚さ
Ｃの比較的薄いクラウン164を形成している。例えば、
本実施例においては、厚さＣは約5mmまたは6mmである。
環状トラフ106と冷却用環状凹部132との間には比較的薄
く、ほぼ円錐形のような形状のウェブまたは壁166が形
成されており、ウェブ166は最小厚さＷを有する。本実
施例では、厚さＷは約４〜7mmである。各ピンボス160に
はそれらを貫通するボア168が形成されており、ボア168
にはそれぞれ鋼鉄で裏打ちされたブロンズのベアリング
・スリーブ170が組み込まれるようになっている。これ
らのベアリング・スリーブ170は軸方向に整列してお
り、その内部にリストピン82を枢動自在に組み込んでい
る。
第１図、第２図および第６図を参照すると、ピストン
スカート80は、上部ピストン部材78の下端面124と接触
はしていないが、近接した位置関係にある頂面172を有
しており、この頂面172には上方を向いている環状の冷
却用トラフ174が形成されている。ピストンスカート80
の周囲には、さらに、わずかに楕円形の外周面176が頂
面172から延びている。ピストンスカート80には一対の
整列したリストピン受けボア178がピストンスカート80
を貫通して形成されている。ピストンスカート80は、こ
のように、双方のリストピン受けボア178内部に挿入可
能に設けられているリストピン82に連結式として取り付
けられている。
ピストンスカート80内部には軸方向を向いている一対
のボス184が形成されており、これに対応して、このボ
ス184を貫通して軸方向に延びる一対の潤滑剤通路186が
形成されている。潤滑剤通路186は冷却用トラフ174と冷
却用凹部132との間を連通させている。第６図に示すよ
うに、潤滑剤通路186は対角線方向に対向して設けられ
ており、このためピストンスカート80は二通りの配置の
仕方をもってリストピン82に取り付けることができる。
したがって、潤滑剤通路186のうちの少なくとも一方は
軸方向において第一オイル発射ノズル74と整列する。さ
らに、ピストンスカート80には、ピストンスカート80の
底面において下方に開口し、対角線方向に対向している
半円筒形凹部188が形成されており、ピストンスカート8
0が往復運動してその最下位置まで達したときにはオイ
ル発射ノズル74、75との間にクリアランスが生じるよう
にしている。
〔産業上の利用可能性〕
本発明における鍛造鋼鉄ピストン78は連結式ピストン
組立体76として用いられる。連結式ピストン組立体76は
約15,170KPa（2200psi）の燃焼室圧力を受ける高燃焼室
圧力エンジン10に用いられる。鍛造鋼鉄ピストン78は出
力の増加を可能にする。第１図に示すように、連結式ピ
ストン組立体76は中央支持式シリンダー・ライナー48
と、二個のシリンダー・ブロック12、14とを有するエン
ジン10に用いられる。
エンジンの作動中においては、ピストン組立体76の往
復運動の間に第一オイル発射ノズル74は該ノズル74と整
列しているスカート通路186内部に潤滑オイルを発射す
る。潤滑オイルの噴射流は上方に噴射を続け、ピストン
部材78の上部分96の環状冷却用凹部132を形成している
壁面126、壁面128および連結壁部分130と接触する。潤
滑オイルの大部分は、ピストン組立体76が往復運動する
際に、スカート・トラフ174にたまり、激しい「カクテ
ル・シェーカー」運動を行って跳ねかかり、冷却用凹部
132の壁面126、128、130、およびリング溝112、116、12
0を形成しているウェブ166と管状壁108を冷却する。同
時に、第二オイル発射ノズル75はコネクティング・ロッ
ド90と凹部ポケット162すなわちクラウン164の下部とに
潤滑オイルを細長い柱状にして発射する。
第３図を参照すると、冷却用凹部132の頂上部は頂部
リング溝112の頂上部と同じ高さにある。冷却用凹部132
の頂上部は上部ピストン部材78の頂面98の直下に位置し
ており、頂面98からの垂直距離はＥで表される。ある実
施例においては、直径Ｄは124mm、垂直距離Ｅは約5.5mm
であった。このように、壁の厚さを比較的薄く、ほぼ一
定とするのは熱分散をほぼ均等に行い、冷却を最大限に
行うためである。壁面126は中心軸66の回りに機械仕上
げされた回転表面であり、機械仕上げすることによって
正確に寸法通りに形成でき、およびリング溝112、116、
120と壁面126との間を正確に同心とすることができる。
寸法通りに形成すること、およびリング溝底部と壁面12
6とを同心とすること、特に壁面126に最も近いリング溝
116底部と壁面126とを同心とすることは極めて重要であ
る。というのは、誤差があると管状壁108の強度が低下
し、ひび割れ、不均一な熱分散および／または熱ひずみ
の原因となるからである。冷却用凹部132を形成してい
る内側を向いている壁面126、外側を向いている壁面128
および下方を向いている連結壁部分130はすべて中心軸6
6回りの機械仕上げの回転表面であり、こうすることに
よって、ひび割れの伝播や熱ひずみの原因となる不均一
さを排除することができる。壁面126、128および連結壁
部分130を機械加工することによって壁の厚さ、同心
性、壁面の仕上げをすべて正確に行うことが可能にな
る。あるいは、第８図に示す深い鍛造凹部132を有する
変形例においては、壁面126のみを機械仕上げによる回
転表面とし、寸法上の制御、リング溝112、116、120の
底部との間の同心性、特に壁面126に最も近いリング溝1
16底部との同心性を確保することができる。
以上述べた寸法上の制約に加えて、連結式ピストン組
立体76は複雑な形状を有さないように、またある材料を
使用してつくることが好ましい。より詳細に言うと、上
部鋼鉄ピストン部材78は、4140改良鋼その他のクロム−
モリブデン合金鋼から鍛造成形することが好ましい。同
様に、下部アルミニウムピストンスカート80はSAE321-T
6改良アルミニウムその他の合金アルミニウムから鍛造
成形することが好ましい。
上述の合金鋼は特にクラスIIの鍛造に適応しており、
約13,790KPa（2000psi）以上、好ましくは約15,170KPa
（2200psi）以上の高圧縮圧力に耐え得るオーステナイ
ト粒度５またはそれより微細な粒度を提供できるもので
ある。鍛造鋼鉄ピストンのエッチング断面部分は、それ
らの内部のグレン流れすじがほぼ、あるいは広い逆Ｕ字
形をなしていることを示している。この逆Ｕ字形は第
３、６、７図に示したピストン部材の形状に概略的に近
似しており、またウェブ166および管状壁108のグレン流
れすじとほぼ並んでいる。これによって断面強度の増加
がもたらされている。
上述の鍛造アルミニウム合金は高い硬度、優れた耐摩
耗特性、小さい熱膨張率を有している。
本発明の他の態様、目的および利点は図面、発明の説
明および請求の範囲から理解される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 1/00 Ｆ１６Ｊ 1/00 (72)発明者 グリーン ジェイムズ エイ アメリカ合衆国 イリノイ州 61604 ピオーリア ウエスト メルボーン 519 (72)発明者 ナイクズ ディヴィッド エス アメリカ合衆国 イリノイ州 61606 ピオーリア ウエスト カレンダー 1522 (56)参考文献 特開 昭55−153838（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−54021（ＪＰ，Ｂ２) 特表 昭62−502273（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−201153（ＪＰ，Ａ) 米国特許4608947（ＵＳ，Ａ)

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】下部スカート部材（80）と、単一部品から
    なる上部鍛造鋼鉄ピストン部材（78）と、前記両部材
    （78、80）を関節的に取り付け、エンジン（10）内での
    往復運動を可能にするピン（82）と、を備える連結式ピ
    ストン組立体（76）において、 前期ピストン部材（78）は、 中心軸（66）と、頂面（98）を有するクラウンと、前記
    頂面（98）から下向きに延びる、前記クラウンと一体に
    鍛造された管状壁（108）と、下端面（124）と、該下端
    面（124）から上方に延びる内側を向いている壁面（12
    6）とを備え、前記管状壁（108）が、前記頂面（98）か
    ら所定の最小垂直距離“TRH"だけ隔てられた頂部リング
    溝（112）を含む、それぞれがシールリングを受け入れ
    る複数の周辺リング溝（112、116、120）を有する、ほ
    ぼ円筒形状の上部分（96）を備え、 該上部分（96）は、前記内向き壁面（126）から半径方
    向内側に隔置された外向き壁面（128）と、前記内向き
    壁面及び前記外向き壁面（126、128）と連結している下
    方向きの連結壁部分（130）とを備え、環状冷却用凹部
    （132）を形成し、 前記連結壁部分（130）は前記頂面（98）から約6mmか、
    それ以下の比較的短い垂直距離Ｅだけ下方に位置し、前
    記頂部リング溝（112）と並んで位置しており該頂部リ
    ング溝（112）から熱を逃がし、 前記内向き壁面（126）は前記中心軸（66）を中心とす
    る回転表面状に機械仕上げされたものであり、これによ
    って前記リング溝（112、116、120）と前記壁面（126）
    との間の寸法取り及び表面仕上げの制御が可能にされ、
    前記内向き壁面（126）が前記リング溝（112、116、12
    0）の底部に対し全体として同心にされた、 ことを特徴とする連結式ピストン組立体（76）。
  2. 【請求項２】前記外向き壁面（128）と前記下向きの連
    結壁部分（130）とは前記中心軸（66）を中心とする回
    転表面状に機械仕上げされたものであることを特徴とす
    る請求項１に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  3. 【請求項３】前記ピストン部材（78）は、共通の軸（8
    4）に沿って整列しているボア（168）をそれぞれが形成
    し、前記冷却用凹部（132）と連結している一対の下向
    きに延びるピンボス（160）を有する下部分（158）を備
    えていることを特徴とする請求項１に記載の連結式ピス
    トン組立体（76）。
  4. 【請求項４】前記上部分（96）と前記下部分（158）と
    は一体的に、又は単一部品として鍛造されていることを
    特徴とする請求項３に記載の連結式ピストン組立体（7
    6）。
  5. 【請求項５】前記ピストン部材（78）に用いる原材料は
    クロム−モリブテン鋼であることを特徴とする請求項４
    に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  6. 【請求項６】前記上部分（96）の前記頂面（98）は、前
    記中心軸（66）を中心として機械仕上げされた回転表面
    を含む凹状のクラウン表面（100）を形成し、該クラウ
    ン表面（100）と前記冷却用凹部（132）との間に比較的
    均一なウェブ（166）が形成されるようになっているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の連結式ピストン組立体
    （76）。
  7. 【請求項７】前記内向き壁面（126）と前記周辺溝（11
    2、116、120）のいずれかのうちの最も内側の部分との
    間の最小半径方向厚さは、約1.74mmであることを特徴と
    する請求項１に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  8. 【請求項８】前記距離TRHは、前記距離Ｅよりも小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の連結式ピストン組立
    体（76）。
  9. 【請求項９】前記距離TRHは、5mmにすぎないことを特徴
    とする請求項１に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  10. 【請求項１０】前記外向き壁面（128）は、前記中心軸
    （66）に対して約12.33°の傾斜角Ａを有する上部円錐
    部分（134）により形成されていることを特徴とする請
    求項１に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  11. 【請求項１１】前記内側壁面（126）は円錐形状であ
    り、前記中心軸（66）に対して約1.17°の傾斜角Ｂを有
    することを特徴とする請求項１に記載の連結式ピストン
    組立体（76）。
  12. 【請求項１２】前記複数の周辺溝（112、116、120）
    は、中間溝（116）と底部溝（120）とを含み、前記内側
    壁面（126）と前記中間溝（116）の最も内側の部分との
    間の最小半径方向厚さは、約1.74mmであることを特徴と
    する請求項１に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  13. 【請求項１３】エンジン（10）に用いる連結式ピストン
    組立体（76）において、前記エンジン（10）は、ブロッ
    ク（12）と、該ブロック（12）内に支持され、ピストン
    ボア（54）を形成しているシリンダー・ライナー（48）
    と、前記ブロック（12）と連結し、前記ピストン組立体
    （76）上方の前記ピストンボア（54）の端部を閉じてい
    るシリンダー・ヘッド（16）とを備えており、前記ピス
    トン組立体（76）は、 中心軸（66）と、周辺頂面（98）と、該頂面（98）から
    下向きに延びており、外側を向いている頂部ランド（11
    0）を形成している管状壁（108）と、わずかに約5mmの
    所定の最小垂直距離TRHをもって前記頂面（98）から離
    れた周辺頂部リング溝（112）と、下端面（124）と、該
    下端面（124）から上方に延び、内側を向いている環状
    の壁面（126）とを有し、ほぼ円筒形状をなしている上
    部分（96）を備えている鍛造鋼鉄ピストン部材（78）を
    備え、 前記上部分（96）は、前記内向き壁面（126）から半径
    方向内側に隔置された外向き環状壁面（128）と、前記
    内向き壁面及び前記外側武器壁面（126、128）と連結し
    ている下向きの連結壁部分（130）とを備え、前記頂部
    リング溝（112）と並ぶ高さにある環状冷却用凹部（13
    2）を形成し、前記内向き壁面（126）は前記中心軸（6
    6）を中心とする回転表面状に機械仕上げされたもので
    あり、 共通の軸（84）に沿って整列しているボア（168）をそ
    れぞれが形成し、前記冷却用凹部（132）と連結する一
    対の下向きに延びているピンボス（160）を含んでいる
    下部分（158）と、 前記下向きに延びるピンボス（160）内の前記ボア（16
    8）と整列している一対のリストピン受けボア（178）を
    形成しているピストンスカート（80）と、 前記整列したボア（160、168）内に受け入れられてお
    り、前記ピストンスカート（80）と前記ピストン部材
    （78）とを連結的に取り付けているリストピン（82）
    と、 を備えた連結式ピストン組立体（76）。
  14. 【請求項１４】前記外向き壁面（128）と前記下向きの
    連結壁部分（130）とは、前記中心軸（66）を中心とす
    る回転表面状に機械仕上げされていることを特徴とする
    請求項13に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  15. 【請求項１５】前記上部分と前記下部分（96、158）と
    は一体的に鍛造されていることを特徴とする請求項13に
    記載の連結式ピストン組立体（76）。
  16. 【請求項１６】前記連結壁部分（130）は、約6mmか、そ
    れ以下の垂直距離Ｅをもって前記頂面（98）から離れて
    いることを特徴とする請求項13に記載の連結式ピストン
    組立体（76）。
  17. 【請求項１７】前記距離TRHは、前記距離Ｅよりも小さ
    いことを特徴とする請求項13に記載の連結式ピストン組
    立体（76）。
  18. 【請求項１８】前記外向き壁面（128）は、前記中心軸
    （66）に対して約12.33°の傾斜角Ａを有する上部円錐
    部分（134）により形成されていることを特徴とする請
    求項13に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  19. 【請求項１９】前記内向き壁面（126）は、円錐形状で
    あり、前記中心軸（66）に対して約1.17°の傾斜角Ｂを
    有することを特徴とする請求項13に記載の連結式ピスト
    ン組立体（76）。
  20. 【請求項２０】前記ピストン部材（78）は、周辺中間リ
    ング溝（116）と周辺底部リング溝（120）とを有し、前
    記内向き壁面（126）と前記複数の周辺リング溝（112、
    116、120）のうちのいずれか一つの最も内側の部分との
    間の半径方向最小厚さは、約1.74mmであることを特徴と
    する請求項13に記載の連結式ピストン組立体（76）。
  21. 【請求項２１】前記内向き壁面（126）と前記頂部リン
    グ溝（112）の最も内側の部分との間の半径方向厚さ
    は、前記内向き壁面（126）と前記中間リング溝（116）
    の最も内側の部分との間の半径方向厚さよりもわずかに
    大きいことを特徴とする請求項20に記載の連結式ピスト
    ン組立体（76）。
  22. 【請求項２２】前記管状壁（108）の全体の高さLHは約3
    1mmであることを特徴とする請求項13に記載の連結式ピ
    ストン組立体（76）。
  23. 【請求項２３】下部スカート部材（80）と、上部鋼鉄ピ
    ストン部材（78）と、前記部材（80、78）をともに連結
    して取り付けるピン（82）とを備え、約13,790キロパス
    カル（KPa）以上の燃焼室圧力を受けるエンジン内にお
    いて往復運動を行なう連結式ピストン組立体（76）にお
    いて、 前記上部鋼鉄ピストン部材（78）はほぼ円筒形状であ
    り、中心軸（66）と、該中心軸（66）と垂直な平面内に
    位置する周辺頂面（98）を有するクラウンと、前記頂面
    （98）の中央に位置し垂直方向下方に位置する頂部（10
    2）を有する、前記中心軸（66）を中心とする回転表面
    である凹状の対称クラウン表面（100）と、軸方向外周
    表面（104）と、前記頂部（102）と前記軸方向外周表面
    （104）とを滑らかにつなぐ環状トラフ（106）とを有
    し、 前記上部鋼鉄ピストン部材（78）は、さらに前記頂面
    （98）から下方に延びて高さLHを有し該ピストン部材
    （78）と一体的に形成されている比較的厚さの薄い環状
    壁（108）を有しており、 前記環状壁（108）は、わずかに約5mmの所定の最小垂直
    距離TRHをもって前記頂面（98）から離れた頂部リング
    溝（112）と、半径方向に延びる下端面（124）と、該半
    径方向下端面（124）から上方に延びる内側を向いてい
    るテーパ付き壁面（126）と、該テーパ付き内向き壁面
    （126）から内側方向に離れて形成されている外向き環
    状壁面（128）と、前記内向き壁面と前記外向き壁面（1
    26、128）を連結し、底部が開口している冷却用凹部（1
    32）を全体的に形成している下方を向いている連結壁部
    分（130）とを形成し、 前記内向き壁面（126）と前記外向き壁面（128）と前記
    連結壁部分（130）とは前記中心軸（66）を中心とする
    回転表面状に機械仕上げされたものであり、これによっ
    て前記頂部リング溝（112）と前記壁面（126）との間の
    寸法取り及び表面仕上げの制御が可能にされ、 前記連結壁部分（130）は、約6mmか、それ以下の垂直距
    離Ｅだけ前記頂面（98）から離れており、かつ前記頂部
    リング溝（112）から熱を逃すため前記頂面（98）と並
    列している、 ことを特徴とする連結式ピストン組立体（76）。
  24. 【請求項２４】前記スカート部材（80）は、前記上部ピ
    ストン部材（78）の前記半径方向の下端面（124）と接
    触していないが近接した位置関係にある頂部外周面（17
    2）有しており、該頂面（172）には上方に開口している
    環状冷却トラフ（174）が形成されており、該冷却トラ
    フ（174）は潤滑剤を受け入れ、前記ピストン組立体（7
    6）が前記エンジン（10）内で往復運動している間に、
    激しい「カクテル・シェーカー」運動を行なって、前記
    潤滑剤を前記壁面（126、128、130）に跳ねかけ、前記
    頂部リング溝（120）付近の前記環状壁（108）を冷却す
    ることを特徴とする請求項23に記載の連結式ピストン組
    立体（76）。
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