Kolbenring für Verbrennungsmotoren

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren.

[0002] Im Kopf von Kolben für Verbrennungsmotoren sind in Kolbenringnuten üblicherweise Kolbenringe eingesetzt, welche die Aufgabe haben, den zwischen Kolbenkopf und Zylinderwand vorhandenen Spalt gegenüber dem Brennraum abzudichten. Bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens gleitet der Kolbenring einerseits mit seiner äußeren Umfangsfläche in ständiger federnder Anlage gegen die Zylinderwand, andererseits gleitet der Kolbenring oszillierend in seiner Kolbenringnut, bedingt durch die Kippbewegungen des Kolbens, wobei seine Flanken, d.h. die Ober- und Unterseite des Kolbenringes, wechselnd an der oberen oder unteren Nutenflanke der Kolbenringnut anliegen.

[0003] Abhängig von den Materialeigenschaften der jeweils gegeneinander laufenden Gleitpartner tritt bei dem einen oder dem anderen der Gleitpartner mehr oder weniger starker Verschleiß auf, der bei einem Trockenlauf zu sogenannten Fressern, zu Riefenbildung und letztlich zu einer Motorzerstörung führen kann (vgl. hierzu auch Nüral Kolben-Handbuch der Alcan Aluminiumwerk Nürnberg GmbH, 1983, Seiten 146 bis 151).

[0004] Um das Gleitverhalten gegenüber der Zylinderwand zu verbessern, die in der Regel aus Grauguß besteht, sind im Stand der Technik zahlreiche Oberflächenbeschichtungen für die Umfangsfläche der Kolbenringe entwickelt worden. So ist in der DE-AS 17 51 573 ein chrombeschichteter Kolbenring beschrieben, der an seiner Umfangsfläche teilweise zusätzlich mit Molybdän beschichtet ist. In dem Kolbenring-Handbuch der Goetzewerke Friedrich Goetze AG, 3. Auflage 1977, Seite 28 ff. sind darüber hinaus verschleißmindernde Schichten als Laufflächenbewehrungen vorgesehen, die aus Chrom, Molybdän, Keramik, aus Bronzeeinlagen oder auch aus zusammengesetzten Schichten verschiedener Werkstoffe bestehen können.

[0005] Aus der DE-OS 21 56 127 ist ferner ein elektrolytisches Aufbringen von Gleitschichten auf einen Kolbenring und eine Zylinderwandung bekannt, wobei diese Gleitschichten, z.B. Nickel, durch harte suspendierte Partikel in ihrer Abriebsfestigkeit erhöht werden. Die partikelförmigen Einlagerungen können hierbei aus Siliciumcarbid oder Diamant bestehen.

[0006] In der US 4,974,498 ist ein Kolben mit einem Kolbenring offenbart, der mit synthetischem Diamant beschichtet sein kann.

[0007] Jüngere Entwicklungen bei Kolbenringen nützen die Möglichkeit der Abscheidung dünner Schichten aus Plasma (Plasma-PVD oder -CVD-Verfahren) (vgl. JP-A-62 58050). In dieser Druckschrift wird das Aufbringen von superharten Beschichtungen aus CBN, TiC, SiC, Al₂O₃ oder Diamant auf den Außenumfang von Kolbenringen beschrieben. Die Dicke dieser Superhart-Schichten ist relativ groß und beträgt 15 µm. Darüber hinaus ist auf der Superhart-Werkstoffbeschichtung als oberste Beschichtung eine äußere Schicht aus TiN mit einer geringeren Dicke von 3 µm aufgebracht.

[0008] In der DE 36 23 360 A2 ist eine Kombination eines Kolbens mit einem Kolbenring offenbart, der mit molekularen Kohlenstoffionen platiert sein kann. In dem Fachbuch "Plasma-Beschichtungsverfahren und Hartstoffschichten" von Dr. B. Rother und Dr. J. Vetter, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1992, sind hierbei anwendbare Plasmabeschichtungsverfahren beschrieben. Die JP 4000064 beschreibt die Beschichtung eines Kolbenrings durch eine Mischung aus Chrom, Kohlenstoff und Stickstoff mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens. Schließlich ist ein Kolben aus einer warmfesten Aluminiumlegierung mit einem in eine unbewehrte Ringnut eingesetzten Kolbenring aus der DE 43 26 978 A1 bekannt.

[0009] Obwohl auf dem Gebiet der Kolbenringe vielfache Anstrengungen unternommen wurden, den Verschleiß der Nutenflanken bei Verwendung von Aluminiumkolben zu reduzieren, konnte dies durch die obenbeschriebenen Entwicklungen nicht erreicht werden. Es hat sich im Gegenteil herausgestellt, daß gerade sogenannte Superhart-Schichten zwar den Kolbenring selbst vor einem Verschleiß schützen, daß derartige Verschleißschutzschichten jedoch aufgrund ihrer Härte bei Aluminiumlegierungen als Gleitpartner einen stärkeren Verschleiß bewirken. Insbesondere hat das vielfach verwendete TiN nur unzureichende Trockenlaufeigenschaften, so daß derartige Beschichtungen bei einem Schmierölmangel in kürzester Zeit erhebliche Laufflächenschäden erzeugen.

[0010] Aufgrund der obenbeschriebenen Probleme werden im Stand der Technik, insbesondere bei hochbeanspruchten Dieselkolben, die dem Brennraum am nächsten liegenden Nuten, die folglich den höchsten thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, durch einen eingegossenen Kolbenringträger armiert, der in der Regel aus austenitischem Grauguß besteht (vgl. hierzu Nüral Kolben-Handbuch, Ausgabe 1983, Seiten 128 bis 131, insbesondere Bild 166).

[0011] Derartige Ringträger lösen zwar das Problem des Nutenverschleißes auf befriedigende Weise und werden deshalb auch in großem Umfang angewendet. Jedoch ist mit derartigen Ringträgern auch ein erheblicher Nachteil verbunden, da durch sie das Kolbengewicht erhöht wird und sowohl beim Gießen des Kolbens als auch bei dessen mechanischer Bearbeitung eine aufwendige Fertigungstechnologie erforderlich ist, was insgesamt erhebliche Mehrkosten verursacht. Kolbenringträger nehmen darüber hinaus im Kolbenkopf einen Raum ein, der die Anordnung von Kühlkanälen einschränkt und gerade dort nicht zuläßt, wo diese am meisten gewünscht wären, nämlich in möglichst großer Nähe zur obersten Ringnut. Aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannte Alternativen zu Ringträgereingußteilen sind beispielsweise Armierungen der obersten Ringnut durch Auftragsschweißen oder schweißtechnische Auflegierungen der Nutenflanken sowie durch Flammspritzen aufgetragene Oberflächenschichten. Jedoch bereiten auch diese Verfahren große fertigungstechnische Probleme und sehr hohe Kosten, so daß diese keine befriedigende Lösung bieten.

[0012] Es ist das der Erfindung zugrundeliegende Problem (Aufgabe), einen Kolben zu schaffen, der kostengünstig hergestellt werden kann und einen Kolbenring aufweist, der selber verschleißbeständig ist und insbesondere in der obersten Nut eines hochbelasteten Leichtmetall-Kolbens eingesetzt werden kann, ohne daß die Flanken der Nut einer besonderen Armierung bedürfen.

[0013] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Kolben, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

[0014] Der erfindungsgemäße Kolben ist aus einer warmfesten Aluminiumlegierung hergestellt und weist mindestens eine Ringnut mit mindestens einem Kolbenring auf. Erfindungsgemäß ist der Kolbenring mindestens auf seinen senkrecht zu seiner Hauptachse liegenden Flanken mit einer im Plasma-CVD-Verfahren aufgebrachten Hartkohlenstoffschicht beschichtet. Die Ringnut, in die der Kolbenring eingesetzt ist, ist unbewehrt.

[0015] Die erfindungsgemäß vorgesehene Hartkohlenstoffschicht dient in erster Linie als Laufschicht gegenüber den Nutenflanken der Kolbenringnuten und nicht notwendigerweise als Laufschicht gegenüber der üblicherweise aus Grauguß bestehenden Zylinderbüchse. Zwar kann die Hartkohlenstoffschicht auch auf die äußere Umfangsfläche des Kolbenringes aufgebracht werden, da sie dort nicht stört, jedoch bringt sie dort bei Laufbüchsen aus Grauguß keine wesentlichen zusätzlichen Vorteile. Andererseits bringt die erfindungsgemäße Bewehrung des Kolbenringes an seiner Oberseite und seiner Unterseite, d.h. an den Flächen, die mit den Nutenflanken der Kolbenringnut in Berührung treten, ganz erhebliche Vorteile.

[0016] Die Hartkohlenstoffschicht schützt nämlich in der Paarung von Kolbenring und Kolbenringnut sowohl die Kolbenringflanken als auch die Nutenflanken im Kolbenwerkstoff vor unzulässig hohem Verschleiß, und dies selbst bei einem Einsatz in hochbelasteten Dieselmotoren. Hierbei ist es mit den erfindungsgemäß hergestellten Kolbenringen möglich, auf eine Bewehrung der Kolbenringnuten zu verzichten, was die Herstellungskosten der Kolben entscheidend verringert. Auf einen Ringträgereinsatz für die oberste Kolbenringnut kann demnach verzichtet werden, wodurch es erstmals möglich wird, den Kühlkanal im Kolbenkopf in die unter thermischen Gesichtspunkten gewünschte Nähe zur obersten Ringnut zu bringen. Hierdurch wird die Betriebstemperatur im Bereich der obersten Ringnut gesenkt, und somit zusätzlich wirksam zur Betriebssicherheit der obersten Ringnut beigetragen. Schließlich besitzt die erfindungsgemäß vorgesehene Hartkohlenstoffschicht auch außerordentlich gute Trockenlaufeigenschaften.

[0017] Die Beschichtung des Kolbenringes im Plasma-CVD-Verfahren erfolgt mit einer dotierten Hartkohlenstoffschicht, welche die Formel a-C:H aufweist, wobei a ein amorphes Material bezeichnet und C und H Kohlenstoff und Wasserstoff als Materialbestandteile bezeichnen.

[0018] Eine derartige dotierte, superharte Kohlenstoffschicht wird auch unter dem Handelsnamen Dynamant (eingetragene Marke) angeboten und ist aus dem Beitrag von Dr. Knut Enke "Mit modifiziertem superhartem Kohlenstoff gegen Verschleiß, Korrosion und Reibung" bekannt, der im Jahrbuch Oberflächentechnik Band 45, 1989, des Metall-Verlages erschienen ist. Durch Ionenbeschuß entsteht hier eine Kohlenstoffmodifikation, die weder reiner Graphit noch reiner Diamant ist, sondern vielmehr zwischen diesen beiden Materialien liegt. Die allgemeine Formel a-C:H bedeutet, daß es sich um ein amorphes ("a") also nicht-kristallines Material handelt, das im wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, der einen nicht näher angegebenen Anteil an Wasserstoff enthält.

[0019] Der erfindungsgemäße Kolben ist aus einer warmfesten Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche die im Anspruch 1 angegebene Zusammensetzung aufweist. Eine derartige Legierung ist zwar aus der DE 43 26 978 A1 bekannt. Jedoch hat sich herausgestellt, daß ein Kolben aus einer derartigen Aluminiumlegierung, der erfindungsgemäß mit einem mit einer Hartkohlenstoffschicht beschichteten Kolbenring kombiniert wird, entscheidende Vorteile bringt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene, warmfeste Aluminiumlegierung für den Kolbenwerkstoff ist nicht nur in Hinblick auf den Reibverschleiß vorteilhaft, sondern insbesondere auch in Hinblick auf die schlagende Beanspruchung der Ringnutenflanken unter der Einwirkung des sich in der Nut oszillierend mit der motorischen Kolbenbewegung in der Ringnut auf- und abbewegenden Kolbenringes. Andere bevorzugte, warmfeste Aluminiumlegierungen sind Al-Si-Mg-Legierungen mit relativ hohen Gehalten an Schwermetallen wie Ni, Cu, Mn und Fe. Bei derartigen Kolbenlegierungen kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung der beschichteten Kolbenringe selbst die oberste Ringnut direkt in den Kolbenwerkstoff eingearbeitet werden. Somit bietet die erfindungsgemäße Kombination des hartkohlenstoffbeschichteten Kolbenringes mit einem Kolben aus einer warmfesten Aluminiumlegierung, der eine unbewehrte Ringnut aufweist, eine einfache, kostengünstige und in jeder Hinsicht vorteilhafte Lösung des eingangs genannten Problemes.

[0020] Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kolbens sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

[0021] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Kolben so modifiziert werden, daß das Beschichten der äußeren Umfangsfläche mit einer speziellen Laufschicht weggelassen wird, jedoch der Kolbenring allseitig mit der Hartkohlenstoffschicht beschichtet ist.

[0022] Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere bei Paarung mit einer Leichtmetallzylinderlaufbüchse, d.h. bei Zylinderlaufflächen aus beispielsweise Aluminiumlegierungen. Während bei den üblichen Grauguß-Zylinderbüchsen die Kolbenringe mit einer stirnseitigen Laufschicht beschichtet sein sollten, führt die Paarung eines allseitig hartkohlenstoffbeschichteten Kolbenringes, der keine weitere Beschichtung aus Laufschicht auf der äußeren Umfangsfläche aufweist, mit einer Leichtmetallzylinderlaufbüchse auch auf der Stirnseite des Ringes zu einem zufriedenstellenden Gleitverhalten. Hierbei können nitrierte Stahlringe ohne jede vorhergehende Stirnflächenbelegung vorgesehen werden. In Einzelfällen kann zusätzlich eine galvanische Chrombeschichtung der Stirnfläche vorgesehen werden.

[0023] Vorzugsweise erfolgt vor der Beschichtung mit der Hartkohlenstoffschicht eine Feinstbearbeitung, durch die der Kolbenring mit einer Rauhigkeit von ≤ 1 µm versehen wird. In diesem Zustand ist der Kolbenring in vorteilhafter Weise einbaufertig.

[0024] Für die Schichtdicke der Beschichtung des Kolbenringes mit der Hartkohlenstoffschicht hat sich eine Dicke von mindestens 2,5 µm, und bevorzugt 3 ± 0,5 µm, als besonders günstig erwiesen.

[0025] Für das Material des erfindungsgemäßen Kolbenringes wird Grauguß bevorzugt, wobei bei Versuchen mit Stahl besonders gute Ergebnisse erzielt wurden.

[0026] Bevorzugt ist ferner die Oberfläche des Kolbenringes unter der Beschichtung nitriert. Die Beschichtung der äußeren Umfangsfläche des Kolbenringes kann bevorzugt in bekannter Weise mit Chrom, Molybdän, Nickel, Diamant oder ähnlichen Materialien erfolgen, um den Verschleiß der Umfangslauffläche des Kolbenringes zu verringern.

[0027] Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Kolben ferner in der Nähe seiner obersten Ringnut mit einem Kühlkanal im Kolbenkopf versehen. Für diesen Kühlkanal wird bevorzugt, daß der engste Abstand zwischen dem Kühlkanal und dem Nutengrund der obersten Ringnut nicht mehr als 3 mm beträgt. Mit einer derartigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens konnten besonders gute Eigenschaften erzielt werden.

[0028] Nachfolgend wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben.

[0029] Zur Herstellung des Kolbenringes wird zunächst ein Kolbenringrohling nach bekannten Verfahren aus Stahl hergestellt und in seiner Oberfläche nitriert.

[0030] In einem nachfolgenden Schritt wird die äußere Umfangsfläche des Kolbenringes mit einer Laufschicht gegenüber der Zylinderbüchse versehen, die beispielsweise aus galvanisch aufgebrachtem Chrom besteht. Hierauf wird der so erhaltene Kolbenring auf eine Rauhigkeit von Rz ≤ 1 µm einbaufertig feinstbearbeitet.

[0031] Um den so erhaltenen Kolbenring mit der erfindungsgemäßen Beschichtung zu versehen, wird dieser allseitig im Plasma-CVD-Verfahren mit einer dotierten Hartkohlenstoffschicht überzogen, die eine Dicke von 3 ± 0,5 µm aufweist. Diese Hartkohlenstoffschicht, die unter dem Handelsnamen Dynamant bekannt und durch die allgemeine Formel a-C:H definiert ist, macht die Oberflächen des Kolbenringes in besonderer Weise gleitfähig gegenüber den Nutenflanken der jeweiligen Kolbenringnut, mit der der Ring in Eingriff steht. Hierdurch werden sowohl die Kolbenringflanken wie auch die Nutenflanken vor unzulässig hohem Verschleiß geschützt.

[0032] Der erfindungsgemäß vorgesehene Kolben wird aus einer warmfesten Aluminiumlegierung gegossen, wie sie in Anspruch 9 beansprucht und in der DE 43 26 978 A1 beschrieben ist. Hinsichtlich der Legierungszusammensetzung wird diese Druckschrift ebenfalls zum Gegenstand der Offenbarung dieser Anmeldung gemacht. Nach dem Gießen des Kolbens werden im Zuge der üblichen mechanischen Bearbeitung die Kolbenringnuten direkt in den Werkstoff des Kolbens eingestochen, ohne daß eine besondere Flankenarmierung vorgesehen wird. Die erfindungsgemäßen Kolbenringe werden auf herkömmliche Weise in die Kolbenringnuten des Kolbens eingesetzt.

[0033] Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Kolbenringe wurden zwar vorstehend für eine Paarung mit unbewehrten Nuten in einer Aluminiumkolbenlegierung beschrieben, und die Ansprüche beziehen sich auf diese Merkmalskombination. Es sei jedoch erwähnt, daß die Kolbenringe auf vorteilhafte Weise für Paarungen in Nuten in Eisenwerkstoffen einsetzbar sind, z.B. bei gebauten Kolben mit einem Leichtmetallunterteil und einem Oberteil aus Stahl oder Grauguß. Auch können die erfindungsgemäß hergestellten Kolbenringe in Paarungen mit Nuten in den bekannten Ringträgern eingesetzt werden. Auch hier können sie unter extremen Belastungen Standzeitverlängerungen der Gleitflächen bewirken.

Ansprüche

1. Kolben, insbesondere für Dieselmotoren,

- bestehend aus einer warmfesten Aluminiumlegierung und

- mit mindestens einer unbewehrten Ringnut sowie

- mindestens einem Kolbenring, der in die Ringnut eingesetzt ist, und mindestens auf seinen senkrecht zu seiner Hauptachse liegenden Flanken mit einer im Plasma-CVD-Verfahren aufgebrachten dotierten Hartkohlenstoffschicht beschichtet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß;
die dotierte Hartkohlenstoffschicht folgende Zusammensetzung aufweist:

        a-C H,

   wobei

a:   amorphes Material,

C:   Kohlenstoff und

H:   Wasserstoff bedeuten,

und daß;
die Aluminium legierung folgende Zusammensetzung aufweist:

2 - 6 % Kupfer, 2 - 6 % Nickel, 11 - 16 % Silizium, 0,5 bis 2,0 % Magnesium, bis 0,7 % Eisen, bis 0,5 % Mangan, Rest Aluminium.

2. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenring mit der Hartkohlenstoffschicht allseitig beschichtet ist.

3. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenring vor dem Beschichten mit der Hartkohlenstoffschicht feinstbearbeitet ist, vorzugsweise auf eine Rauhigkeit ≤ 1 µm.

4. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtdicke der Beschichtung des Kolbenrings mindestens 2,5 µm, vorzugsweise 3 ± 0,5 µm ist.

5. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenring aus Stahl besteht.

6. Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenring aus Grauguß besteht.

7. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kolbenringes unter der Beschichtung nitriert ist.

8. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die äußere Umfangsfläche des Kolbenringes mit einem oder mehreren der folgenden Materialien beschichtet ist: Chrom, Molybdän, Keramik, Bronze, Nickel, SiC, TiC, Al₂O₃, oder Diamant.

9. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
dieser in der Nähe seiner obersten Ringnut einen Kühlkanal im Kolbenkopf aufweist.

10. Kolben nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der engste Abstand zwischen Kühlkanalwand und dem Nutengrund der obersten Ringnut nicht mehr als 3 mm beträgt.

Claims

1. Piston, in particular for diesel engines,

- consisting of a heat-resistant aluminium alloy and

- having at least one non-reinforced annular groove and

- at least one piston ring, which is inserted in the annular groove, and is coated with a doped hard-carbon layer applied by a plasma-CVD process at least on its flanks lying vertically to its main axis.

characterised in that the doped hard-carbon layer has the following composition:

        a-C H,

wherein

a:   amorphous material,

C:   carbon and

H:   hydrogen,

and in that the aluminium alloy has the following composition:

2 - 6 % copper, 2 - 6 % nickel, 11 - 16 % silicon, 0.5 to 2.0 % magnesium, up to 0.7 % iron, up to 0.5 % manganese, remainder aluminium.

2. Piston according to claim 1, characterised in that the piston ring is coated on all sides with the hard-carbon layer.

3. Piston according to one of the above claims, characterised in that the piston ring is microfinished before coating with the hard-carbon layer, preferably to a roughness ≤ 1 µm.

4. Piston according to one of the above claims, characterised in that the layer thickness of the coating of the piston ring is at least 2.5 µm, preferably 3 ± 0.5 µm.

5. Piston according to one of the above claims, characterised in that the piston ring consists of steel.

6. Piston according to at least one of claims 1-4, characterised in that the piston ring consists of cast iron.

7. Piston according to one of the above claims, characterised in that the surface of the piston ring is nitrided under the coating.

8. Piston according to one of the above claims, characterised in that the outer peripheral surface of the piston ring is coated with one .or more of the following materials: chromium, molybdenum, ceramic, bronze, nickel, SiC, TiC, Al₂O₃, or diamond.

9. Piston according to one of the above claims, characterised in that the latter has a cooling channel in the piston head in the vicinity of its uppermost annular groove.

10. Piston according to claim 9, characterised in that the shortest distance between cooling channel wall and the groove base of the uppermost annular groove is no more than 3 mm.

Revendications

1. Piston, notamment pour des moteurs diesel, composé d'un alliage en aluminium résistant à la chaleur,

- avec au moins une rainure annulaire de retenue non armée ainsi

- qu'au moins un segment de piston inséré dans la rainure annulaire de retenue et revêtu au moins sur son flanc perpendiculaire par rapport à son axe principal d'une couche de carbone dur dopé appliqué par un procédé de déposition de vapeur chimique au plasma,

   caractérisé en ce que la couche de carbone dur dopé présente la composition suivante :

- a-C H,où a étant un matériau amorphe, C du carbone et H de l'hydrogène,

- et en ce que l'alliage d'aluminium présente la composition suivante : 2 à 6% de cuivre, 2 à 6% de nickel, 11 à 16% de silicium, 0,5 à 2,0% de magnésium, jusqu'à 0,7% de fer, jusqu'à 0,5% de manganèse, de l'aluminium pour le reste.

2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment de piston est revêtu de tous côtés par la couche de carbone dur.

3. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment de piston est superfini avant d'être revêtu par la couche de carbone dur, de préférence à une rugosité ≤ 1 µm.

4. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche du revêtement du segment de piston est au moins de 2,5 µm, de préférence de 3 ± 0,5 µm.

5. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment de piston est composé d'acier.

6. Piston selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le segment de piston est composé de fonte grise.

7. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface du segment de piston est nitrifiée sous le revêtement.

8. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface circonférentielle extérieure du segment de piston est revêtue d'un ou de plusieurs des matériaux suivants : chrome, molybdène, céramique, bronze, nickel, SiC, TiC, Al₂O₃, ou diamant.

9. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que celui-ci présente, à proximité de sa rainure annulaire de retenue supérieure, un canal de refroidissement dans la tête de piston.

10. Piston selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écart le plus étroit entre la paroi du canal de refroidissement et la base de la rainure de la rainure annulaire de retenue supérieure, n'est pas supérieur à 3 mm.