(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックＣＢに対し、上段が長径の上段鍔部１で、下段が短径の下段鍔部２となっている二段鍔部を、上端外周に有するシリンダライナＣＬを嵌合する構造において、
上段鍔部１の外側面とシリンダブロックＣＢの内側面との間には、嵌合深さＬ１の上段鍔部嵌合部Ｄ１を構成し、該上段鍔部嵌合部Ｄ１の隙間の大きさをΔφ１とし、
下段鍔部２の外側面とシリンダブロックＣＢの内側面との間には、下段鍔部嵌合部Ｄ２を構成し、該下段鍔部嵌合部Ｄ２の隙間の大きさをΔφ２とし、
シリンダライナＣＬのボア径をφとすると、
Δφ１＝Δφ２＋（４〜８）×１０-4φ、
Δφ２＝（０．２〜１．０）×１０-3φ
と設定したことを特徴とするシリンダライナ取付構造。
【請求項２】
請求項１記載のシリンダライナ取付構造において、上段鍔部嵌合部Ｄ１の嵌合高さをＬ１とすると、
Ｌ１＝（０．０２〜０．０５）φ
としたことを特徴とするシリンダライナ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックに、径長の異なる二段の鍔部を有するシリンダライナを取り付ける構造における、両鍔部とシリンダブロックとの嵌合部分の寸法設定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリンダブロックへの嵌合のため、シリンダライナの外周上端に、上段を長径、下段を短径とする上下二段の鍔部を設けた構造は公知となっている。また、シリンダライナは、その上端をシリンダブロックよりやや上方に突出させ、上方よりシリンダヘッドにて抑圧して嵌合を固定する。
【０００３】
この構造を、図１の二段鍔部を有するシリンダライナＣＬのシリンダブロックＣＢへの取付構造を示す側面断面図にて説明する。図１中、ＣＬはシリンダライナ、ＣＢはシリンダブロック、ＣＨはシリンダヘッドであって、該シリンダライナＣＬの上端外周部に、上段鍔部１及び下段鍔部２を形成している。なお、Ｐはピストンである。
【０００４】
上段鍔部１及び下段鍔部２とシリンダブロックＣＢとの間においては、上段鍔部１底部の水平面は、シリンダヘッドＣＨをシリンダブロックＣＢに締止するヘッドボルトの締め付けによる抑圧とシリンダライナＣＬの自重で、シリンダブロックＣＢの水平面に押当している。シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢには、ヘッドボルトによる締付力の他、シリンダ内の燃焼による熱負荷（シリンダライナＣＬの熱変形をもたらす。）、筒内圧力（シリンダライナＣＬのボア内圧）、ピストンの往復動による慣性力等が加わり、その形状や構造的理由から、図１図示の、シリンダブロックＣＢの曲折部Ａと、シリンダライナＣＬの曲折部Ｂに応力集中が生じる。この応力集中が過度になると、ごくまれにシリンダライナＣＬの下段鍔部２上部における曲折部Ｂに亀裂が発生する場合もある。そして、これらの曲折部Ａ・Ｂの応力集中の要因の中で、締付力と熱負荷の影響が最も大きいのである。
【０００５】
機関運転時のシリンダライナＣＬの熱変形に関しては、従来より、これに対応するよう、上段鍔部１とシリンダブロックＣＢとの当接面である上段鍔部嵌合部Ｄ１と、下段鍔部２とシリンダブロックＣＢとの当接面である下段鍔部嵌合部Ｄ２に、小さな隙間を設けている。従来、多くの場合は、下段鍔部２直下の冷却水溜まりにて冷却されるので熱変形量が抑えられるため、下段鍔部嵌合部Ｄ２の隙間（以後、この隙間の大きさをΔφ２とする。）を小さくし（隙間が大きすぎればフリー状態となって、応力分散の役目を果たさない。）、一方、上段鍔部嵌合部Ｄ１は、熱変形量を考慮して、隙間（以後、この隙間の大きさをΔφ１とする。）を大きく設定していた（例えば、Δφ１＝０．０５ｍｍ）。しかし、シリンダブロックＣＢとシリンダライナＣＬにかかる応力バランスを考慮した上で両隙間の大きさ（以後、「隙間の大きさ」を単に「隙間」と称する。）Δφ１・Δφ２の関係を設定した構造は今までにない。
【０００６】
更に、シリンダライナの外周には、Ｏリングを環状に嵌合して、上端の上段鍔部からの水洩れを防ぐ構造が公知となっている。前記構成の上下二段の鍔部構造（上段鍔部１及び下段鍔部２）を有するシリンダライナにおいてＯリングを設ける構造について、図１１の従来のＯリングを嵌合したシリンダライナＣＬのシリンダブロックＣＢへの取付構造を示す側面断面図より説明する。下段鍔部２に配設するＯリング３は、図１１の如く、該下段鍔部２に環状に設けた嵌合溝２ａに嵌合し、その上下は下段鍔部２に挟まれており、上下の下段鍔部２の肉厚は同一（ｄ１＝ｄ２）で、いずれも、シリンダブロックＣＢとの隙間は、嵌合公差のみとなっているので、該下段鍔部２下方でシリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢとの間に形成する冷却水室４とは分離された状態となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上下二段鍔部（上段鍔部１・下段鍔部２）を有するシリンダライナＣＬの取付構造においては、二つの応力集中部分である曲折部Ａ・Ｂに発生する応力に偏りが生じると、シリンダブロックＣＢまたはシリンダライナＣＬに応力が多くかかり、最悪の場合は亀裂を生じさせる。即ち、曲折部Ａに応力が集中すればシリンダブロックＣＢに負担が多くなり、曲折部Ｂに応力が多く発生すればシリンダライナＣＬの負担が多くなった状態となる。曲折部Ａに応力が集中するのは、上段鍔部嵌合部Ｄ１の隙間Δφ１が下段鍔部嵌合部Ｄ２の隙間Δφ２に比して小さく、極端には、上段鍔部嵌合部Ｄ１のみが嵌合状態で、下段鍔部嵌合部Ｄ２はフリーであるという状態である。対して、曲折部Ｂに応力が集中するのは、上段鍔部嵌合部Ｄ１の隙間Δφ１が大きくて、極端には、上段鍔部嵌合部Ｄ１はフリーで、下段鍔部嵌合部Ｄ２のみが嵌合状態であるという状態である。
【０００８】
機関運転時には、シリンダライナＣＬに熱膨張が生じる。機関運転時のシリンダライナＣＬの温度分布は、上部内径側が高く、外側・下方にいくに従って低温となる。高温で熱膨張の大きい上段鍔部１は、低温でそれほど膨張しないシリンダライナＣＬ本体部を外方向に引きずる格好となり、上段鍔部１と該本体部との境目である曲折部Ｂには、高い熱応力が生じる。ここで、下段鍔部嵌合部Ｄ２にて該本体部の熱膨張を拘束する（即ち、隙間Δφ２を小さくする）と、該曲折部Ｂの応力は更に増加する。運転時においては、前記のシリンダヘッドＣＨ側からの締付力による曲げ応力に、この熱応力が加わって、曲折部Ｂは、シリンダライナＣＬの中で最も応力が高い部位となる。
【０００９】
機関運転時のシリンダライナＣＬの曲折部Ｂにおける応力を低減する一つの方法としては、上段鍔部１の熱膨張量を抑制すべく、該つば部１の外周を半径方向に拘束し、該上段鍔部１が該シリンダライナＣＬの本体部を外方向に引きずる力を低減することが考えられる。具体的には、上段鍔部１の外周を、シリンダブロックＣＢにおける該上段鍔部１の取付孔の内周にて拘束する。即ち、上段鍔部嵌合部Ｄ１における隙間Δφ１を小さくする。しかし、この場合、当然ながら、該上段鍔部嵌合部Ｄ１におけるシリンダブロックＣＢの取付孔内周には、該上段鍔部１の熱膨張による半径方向の荷重がかかり、その結果、該シリンダブロックＣＢの曲折部Ａ分における応力が高くなる。
【００１０】
このように、シリンダヘッドＣＨによる締付力、シリンダライナＣＬの温度分布、更に隙間Δφ２を一定条件にした場合において、上段鍔部１の熱膨張を支える度合いは、隙間Δφ１に関係し、該隙間Δφ１が小さいほど、その熱膨張を支える度合いは高くなり、シリンダライナＣＬの曲折部Ｂの応力は低減するものの、シリンダブロックＣＢの曲折部Ａの応力が高くなる。逆に、大きくすれば、曲折部Ａの応力は低くなるが、上段鍔部１の引きずりによるシリンダライナＣＬ本体部の熱膨張によって、曲折部Ｂの応力は高くなる。一方、シリンダヘッドＣＨによる締付力、シリンダライナＣＬの温度分布、更に隙間Δφ１を一定条件にした場合において、隙間Δφ２を小さくすれば、シリンダライナＣＬの本体部の熱膨張が拘束されるので、シリンダブロックＣＢの曲折部Ａの応力が低くなるものの、シリンダライナＣＬの曲折部Ｂの応力が高くなる。逆に、大きくすれば、シリンダライナＣＬ本体部の熱膨張の拘束が低減するので、曲折部Ｂの応力は低くなるものの、上段鍔部嵌合部Ｄ１におけるシリンダブロックＣＢの取付孔内周は、シリンダライナＣＬにおける上段鍔部１の熱膨張だけでなく、その本体部の熱膨張まで支えなければならず、曲折部Ａの応力が高くなる。
【００１１】
なお、機関運転時におけるシリンダライナＣＬの熱膨張により両曲折部Ａ・Ｂ（即ち、シリンダブロックＣＢ・シリンダライナＣＬ）に発生する応力は半径方向の力であり、以上に述べたように、隙間Δφ１・Δφ２に影響されるが、機関運転時のシリンダヘッドＣＨの締付力により両曲折部Ａ・Ｂに発生する応力は、垂直方向の力なので、両隙間Δφ１・Δφ２とは殆ど関係ない。従って、シリンダヘッドＣＨの締付力に熱負荷が加わった荷重条件となる機関運転時における曲折部Ａ・Ｂの両応力は、隙間Δφ１またはΔφ２に関して反比例的関係となる。
【００１２】
これを、図２より説明する。図２は、両隙間Δφ１・Δφ２の関係から求められるシリンダブロックＣＢ（曲折部Ａ）及びシリンダライナＣＬ（曲折部Ｂ）の応力に関して図示している。ここで、各曲折部Ａ・Ｂ（即ち、シリンダブロックＣＢ及びシリンダライナＣＬ）の応力許容値は異なるものであり、曲折部Ａの応力許容値をＦA0、曲折部Ｂの（応力）許容値をＦB0とし（総称してＦ0 とする。）、また、各曲折部にかかる応力値をそれぞれＦA 、ＦB とする（総称してＦとする。）。また、φはシリンダブロックＣＬのボア径である。
【００１３】
隙間Δφ２（ここではΔφ２／φ）の違いにより、増減比に差はあるものの、隙間Δφ１が小さすぎれば、曲折部Ａ（シリンダブロックＣＢ）に許容値を超える応力が集中する（ＦA ／ＦA0＞１）。隙間Δφ１を大きくするにつれて、曲折部Ａの応力が低減し、曲折部Ｂへの応力が増加するが、該隙間Δφ１が大きすぎると、曲折部Ｂ（シリンダライナＣＬ）に許容値を超える応力が集中して（ＦB ／ＦB0＞１）、やがては、いくら隙間Δφ１を大きくしても応力が変位しない、即ち、前記の上段鍔部嵌合部Ｄ１はフリーで、下段鍔部嵌合部Ｄ２のみが嵌合状態であるという状態となる。特に応力Ｆが許容値Ｆ0 を超える場合は、曲折部Ａと曲折部Ｂとの間で応力比（Ｆ／Ｆ0 ）が偏っていると、偏った方に亀裂等の不具合が発生しやすくなるので、応力のバランスを確保すること、即ち、両曲折部Ａ・Ｂにおける応力比を均等にする（ＦA ／ＦA0＝ＦB ／ＦB0）ことが重要である。また、このように応力比を均等にすると、両曲折部Ａ・Ｂにおける応力比が、おおよそ１付近（ＦA ／ＦA0＝ＦB ／ＦB0≒０）であることが、図２のグラフ交点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４で判り、即ち、両曲折部Ａ・Ｂにかかる応力自体が、許容値を超えるとはいえ、低く抑えられることが判るのである。
【００１４】
このように、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が均等になるには、隙間Δφ１と隙間Δφ２との間の関係を解析し、これに基づいて、両隙間Δφ１・Δφ２の関係を設定することが必要である。
【００１５】
更に、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が均等となるといえども、応力値が大きすぎれば、両曲折部Ａ・Ｂとも強度を超える応力が生じて、不具合が発生する。図２で判るように、隙間Δφ２（正しくは、隙間Δφ２のボア径比、即ちΔφ２／φ）を大きくするほど、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が等しくなるグラフ交点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４における応力比の値は大きくなる。従って、不具合を生じさせない限度に隙間Δφ２（Δφ２／φ）の上限を設定しなければならない。一方、隙間Δφ２を小さくすればするほど、グラフ交点Ｐ１〜Ｐ４で表される両曲折部Ａ・Ｂにおける応力比の値は小さくなって、シリンダブロックＣＢとシリンダライナＣＬの強度上は望ましいが、あまり小さすぎると（例えばΔφ２／φ＝０）、嵌合公差以下となってシリンダブロックＣＢにシリンダライナＣＬを挿入できなくなる。これらを基に隙間Δφ２を設定することが望まれる。
【００１６】
本発明は、以上のようなことに基づき、両隙間Δφ１・Δφ２を一定範囲に設定することにより、シリンダヘッドＣＨからの締付力、熱負荷、シリンダライナＣＬ内の内圧等、複数の荷重が負荷される機関運転時において、両曲折部Ａ・Ｂ（即ち、シリンダブロックＣＢ・シリンダライナＣＬ）の２か所に発生する応力を、設計上、許容できる範囲に収めるものである。
【００１７】
また、隙間の大きさ設定に関しては、嵌合部の垂直長、特に、上段鍔部嵌合部Ｄ１の垂直長である上段鍔部嵌合深さＬ１が設定要素となる。上段鍔部嵌合深さＬ１が増加すると、両曲折部Ａ・Ｂの応力は一様に増加する。上段鍔部嵌合部Ｄ１において、シリンダライナＣＬの熱膨張を拘束するシリンダブロックＣＢの取付孔内周には、半径方向の荷重Ｆ1 がかかる。この半径方向の荷重Ｆ1 は、該曲折部Ａを中心とした曲げモーメントＭとなって、該曲折部Ａに曲げ応力を発生させる。Ｍ＝∫Ｆ1 ・Ｌ１ｄＬ１であるので、該荷重Ｆ1 が同じでも、該上段鍔部嵌合深さＬ１が大きいと、該曲折部Ａの応力は高くなり、逆に小さいと該応力は低くなる。
【００１８】
一方、該荷重Ｆ1は、シリンダライナＣＬにも加わって、曲折部Ｂを中心とする曲げモーメントとなり、該曲折部Ｂに曲げ応力を発生させる。前記のように、曲折部Ｂにおける熱応力を低減させるには、上段鍔部嵌合部Ｄ１にて熱膨張を拘束することが有効、即ち、該荷重Ｆ1を大きくすることが有効であるが、その一方で、荷重Ｆを増加すれば、曲折部Ｂにおける曲げ応力を増大することとなる。従って、該曲げ応力を低減すべく、上段鍔部嵌合深さＬ１を小さくすることが有効である。
【００１９】
そして、従来のシリンダライナＣＬにおけるＯリング３の取付構造では、前記のように、下方の冷却水室４とは分離されているので、機関運転中はシリンダライナＣＬからの高温下となる。これに対処するには、耐熱性のＯリングを使用しなければならず、コスト高を招く。また、耐熱性のＯリングといえども、耐熱温度には限度があり、機関の高出力化をすすめる上での妨げとなっている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の如く構成したものである。
請求項１においては、内燃機関のシリンダブロックＣＢに対し、上段が長径の上段鍔部１で、下段が短径の下段鍔部２となっている二段鍔部を、上端外周に有するシリンダライナＣＬを嵌合する構造において、上段鍔部１の外側面とシリンダブロックＣＢの内側面との間には、嵌合深さＬ１の上段鍔部嵌合部Ｄ１を構成し、該上段鍔部嵌合部Ｄ１の隙間の大きさをΔφ１とし、下段鍔部２の外側面とシリンダブロックＣＢの内側面との間には、下段鍔部嵌合部Ｄ２を構成し、該下段鍔部嵌合部Ｄ２の隙間の大きさをΔφ２とし、シリンダライナＣＬのボア径をφとすると、Δφ１＝Δφ２＋（４〜８）×１０-4φ、Δφ２＝（０．２〜１．０）×１０-3φと設定したものである。
【００２１】
請求項２においては、請求項１記載のシリンダライナ取付構造において、上段鍔部嵌合部Ｄ１の嵌合高さをＬ１とすると、Ｌ１＝（０．０２〜０．０５）φとしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面より説明する。図１はシリンダライナＣＬ上部の二段鍔部のシリンダブロックＣＢへの取付部分を示す側面断面図、図２はΔφ２／φを４段階に設定した場合におけるΔφ１／φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比ＦA ／ＦA0，ＦB ／ＦB0の変移を示す図、図３は図２中の各応力比曲線を説明する表、図４はＬ１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図、図５はＬ１／φ＝２％、φ＝φ’の場合のΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図、図６はＬ１／φ＝２％、φ＝φ”の場合のΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図である。
【００２３】
図７は両曲折部Ａ・Ｂの応力比を等しくした場合でＬ１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ２／φに対する応力比の変位を示す図、図８はΔφ２＝０で上段鍔部１に嵌合部がない場合のボア径φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比ＦA ／ＦA0，ＦB ／ＦB0の変移を示す図、図９は本発明のシリンダライナＣＬに付設したＯリング３の冷却構造を示す側面断面図、図１０は本発明のシリンダライナＣＬ全周の一部範囲に冷却水室４からＯリング３への連通路４ａを設けた実施例を示す図９中Ｚ−Ｚ線断面図、図１１は従来のＯリングを付設したシリンダライナＣＬの冷却構造を示す図である。
【００２４】
本発明の実施例に係る図１図示のシリンダライナＣＬは、上段鍔部１の厚みは（０．０８〜０．１２）φ、上段鍔部１の外径は（１．２５〜１．３５）φ、本体部肉厚は（０．０７〜０．１２）φであって、上段鍔部１の厚みが本体部肉厚等に比してさほど大きくないタイプで、外側面よりボアに連通する冷却水孔を穿設したタイプではない。（ボア径φが大きなタイプではこのボア冷却構造を取ることが多い。）
【００２５】
図１図示のシリンダライナ取付構造において、図２及び図３図示のグラフの説明は前記の従来技術において述べ、その中から、本発明の課題及び解決手段について説明した。補足説明すると、隙間Δφ２は、０、０．０００５φ、０．００１φ、０．０１φの４段階に設定されており、図２において、隙間Δφ２の各段階に応じて、シリンダライナＣＬ（曲折部Ｂ）の応力比グラフＸ１・Ｘ２・Ｘ３・Ｘ４、及びシリンダブロックＣＢ（曲折部Ａ）の応力比グラフＹ１・Ｙ２・Ｙ３・Ｙ４を表している。
【００２６】
本発明は、まず、図２においてグラフ交点Ｐ１〜Ｐ４にて示される両曲折部Ａ・Ｂの応力比が等しくなる（ＦA ／ＦA0＝ＦB ／ＦB0）ための両隙間Δφ１・Δφ２の関係を求めることであり、更にもう一つは、応力が許容値を大きく超えてしまわないための隙間Δφ２を設定することである。
【００２７】
まず、前者の、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が等しくなる（ＦA ／ＦA0＝ＦB ／ＦB0）ための両隙間Δφ１・Δφ２の関係を求めるため、図４図示の、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が均等となる場合の両隙間Δφ１・Δφ２の関係について検討する。
上段鍔部嵌合深さＬ１を三段階に設定し、それぞれの設定下でグラフを図示しているが、いずれも、隙間Δφ１（Δφ１／φ）が、隙間Δφ２（Δφ２／φ）に対して比例的に増加し、該隙間Δφ２（Δφ２／φ）がある大きさに達すれば、両応力比が均等となる隙間Δφ１（Δφ１／φ）は一定となることが判る。
これは、隙間Δφ１がシリンダライナＣＬの熱変形量を超えてしまって、もはや上段鍔部嵌合部Ｄ１がフリーとなっている状態であり、両曲折部Ａ・Ｂにかかる応力比は均等とはいえども、この部分は除外する。即ち、図４の各グラフの中の、線形関係を呈する両隙間Δφ１・Δφ２の範囲を採用する。この範囲での両隙間Δφ１・Δφ２の関係は、数１のように表される。
【００２８】
【数１】
0003640460.tif 000002
【００２９】
また、数１に示す関係は、上段鍔部嵌合部Ｄ１の垂直長、即ち図１に示す上段鍔部嵌合深さＬ１、筒内圧力、ヘッドボルト（シリンダヘッドＣＨ）の締付力、シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢの部材温度（即ち、シリンダライナＣＬ取付部付近の冷却構造）等によって異なる。これらの要因中で、上段鍔部嵌合深さＬ１が、数１に示す関係に最も影響を与える。図４においても、上段鍔部嵌合深さＬ１の対ボア径比を２％、５％、１０％の各段階に設定し、それぞれの段階で、シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）の応力比が均等となる両隙間Δφ１・Δφ２の関係を示すように、グラフを表している。
【００３０】
図４において、三本のグラフを比較検討すると、線形関係の傾きは変わらないので、数式１におけるΔφ２／φに対するΔφ１／φの比例定数（この場合は１）は上段鍔部嵌合深さＬ１の違いによっては変わらず、ただ、縦軸切片を表すＫの値が上段鍔部嵌合深さＬ１にて左右されるのである。
【００３１】
ボア径φが異なる場合もこれと同様であって、図５と図６とは、いずれも上段鍔部嵌合部Ｄ１のボア径比を一定にした場合（どちらも２％）の、両曲折部Ａ・Ｂ即ちシリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢとの応力比が均等となる両隙間Δφ１・Δφ２の関係を示したものであって、図５はボア径φをφ’、図６はボア径φをφ”（＞φ’）と設定している。図５と図６の両グラフを比較すると、やはり縦軸切片が変化するのみで、比例定数に変わりはないことが判る。即ち、ボア径φの値は、数１のＫの決定要因である。
【００３２】
以上のことから、シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢの応力を均等とするための隙間Δφ１の対ボア径比の設定式である数１において、上段鍔部嵌合深さＬ１とボア径φを考慮すれば、Ｋ＝（４〜８）×１０-4となる。数１を、隙間Δφ１の大きさを求める式に置換すると、数２のようになるのである。
【００３３】
【数２】
0003640460.tif 000003
【００３４】
ここで、上段鍔部嵌合深さＬ１に関しては、前記の従来技術のように、大きすぎると曲折部Ａ・Ｂの応力が高くなり、シリンダライナＣＬ及びシリンダブロックＣＢの負担が大きくなる。また、小さすぎると、上段鍔部嵌合部Ｄ１における面圧が高くなりすぎるという不具合がある。そこで、数１のように、Ｋ＝（４〜８）×１０-4となるように上段鍔部嵌合深さＬ１を設定する。この許容範囲で上段鍔部嵌合深さＬ１を限定すると、数３のようになる。
【００３５】
【数３】
0003640460.tif 000004
【００３６】
次に、シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）における応力比の大きさに関連して、隙間Δφ２の大きさを設定する。シリンダライナＣＬ及びシリンダブロックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）にかかる応力比が均等であるとして、その応力比の大きさＦ／Ｆ0 （＝ＦA ／ＦA0＝ＦB ／ＦB0）には許容範囲がある。該応力比Ｆ／Ｆ0 は、図７の如く、一定範囲では隙間Δφ２（Δφ２／φ）に比例して増加し、また、上段鍔部嵌合深さＬ１（Ｌ１／φ）が大きいほど増加する。従って、応力比を許容範囲とするには、隙間Δφ２及び上段鍔部嵌合深さＬ１を設定しなければならない。この中で、上段鍔部嵌合深さＬ１については、前記の数３による設定値で許容範囲とすることができる。
【００３７】
そこで、隙間Δφ２の設定について説明する。図７で判るように、Δφ２／φ＝（２〜３）×１０-3になると、応力比Ｆ／Ｆ0 は一定の値となる。これは、隙間Δφ２がシリンダライナＣＬの熱変形量を超えて大きくなり、フリーとなった状態なので、この部分については除外し、Δφ２／φを、これよりも小さい範囲で、なるべく小さい値に設定するのが望ましい。Δφ２／φの、０から応力最大値を得る収束値までの範囲内での中間値は、上段鍔部嵌合深さＬ１の大きさによって、収束値が異なる（（２〜３）×１０-3）ことから多少異なるもののおおよそ１×１０-3である。本発明では、Δφ２／φをこれ以下に設定する。一方、隙間Δφ２は小さすぎると、寸法公差の取り方によっては、組立時にシリンダライナＣＬをシリンダブロックＣＢに嵌入することができなくなる。そこで、Δφ２／φ≧２×１０-4としている。即ち、隙間Δφ２の大きさについては、数４のように設定しているのである。
【００３８】
【数４】
0003640460.tif 000005
【００３９】
次に、本発明のような、嵌合部Ｄ１・Ｄ２の隙間Δφ１・Δφ２、及び上段鍔部嵌合深さＬ１の数値設定は、どのような範囲のボア径を有するシリンダライナに採用するのが有効かを、図８より説明する。図８は下段鍔部２の下段鍔部嵌合部Ｄ２における隙間Δφ２が０で、上段鍔部１に嵌合部を設けない（即ちフリーの状態）場合についてのシリンダブロックＣＢ及びシリンダライナＣＬ（各曲折部Ａ・Ｂ）の各応力比ＦA ／ＦA0，ＦB ／ＦB0の解析結果である。両グラフより、シリンダライナＣＬ即ち曲折部Ｂの応力比ＦB ／ＦB0の、ボア径φに対する変化は、シリンダブロックＣＢ即ち曲折部Ａの応力比ＦA ／ＦA0のそれと相似であって、ボア径φが大きくなるほど増加する。このうち曲折部Ａの応力はさほど大きくない（応力比が大きくない）が、曲折部Ｂには非常に高い応力がかかり、ボア径φがφαで応力ＦB は許容値ＦB0に達する（応力比ＦB ／ＦB0＝１）ことが判る。これよりボア径が小さくなると、曲折部Ｂにかかる応力は許容値以下なので本発明のような応力バランスを考慮したシリンダライナの取付構造は採用しなくてもよい。一方、応力比の上限は１．１程度である。以上のことから本発明のような数値設定は、図８のように、ボア径φがα≦φ≦βのシリンダライナで、前記の如く、冷却水孔のない構造のものに適用すればよい。
【００４０】
応力バランスを考慮してのシリンダライナの取付構造については以上の如くであり、次に、下段鍔部２の外周に配設するＯリング３の冷却構造について、図９より説明する。図９図示のシリンダライナＣＬに関しては、そのシリンダヘッドＣＨに対する密封構造がスピゴット式でもガスケット式でもよく、上下二段の鍔部構造は、図１図示のものと同様の形状であるので、上段鍔部１、下段鍔部２等、同一の符号を用いている。
【００４１】
前記の図１１に図示される従来技術に述べたように、該Ｏリング３と下段鍔部２の下方の冷却水室４とは、分離された状態であった。図９図示の実施例では、該下段鍔部２におけるＯリング嵌合用の嵌合溝２ａより下方の肉厚をやや薄くし、即ち、上下肉厚ｄ１・ｄ２の関係が、ｄ１＞ｄ２（例えばｄ２＝ｄ１×（０．９９〜０．９９５）となるようにし、該下段鍔部２とシリンダブロックＣＢとの間（シリンダ間）において、該嵌合溝２ａ直下から冷却水室４の上端までのシリンダライナＣＬ全周に連通路４ａが形成されるようにしている。また、図１０図示のように、少なくともシリンダ間の一部に該連通路４ａを形成してもよい。これにより、該冷却水室４内の冷却水が該連通路４ａ内に流入して嵌合溝２ａに達する。嵌合溝２ａにＯリング３が嵌合されていれば、該Ｏリング３の底面に、該連通路４ａから流入した冷却水が当たることとなる。このように、Ｏリング３の一部に冷却水が当たるようにすることでＯリング３の耐熱性に余裕ができ、高度の耐熱性とせずに低コストのＯリング３を使用可能にもできるし、また、従来の耐熱性Ｏリングでも機関の高出力化に対応できるようになる。
【００４２】
なお、シリンダライナのシリンダヘッドに対する密封構造には、スピゴット式とガスケット式があり、図１は前者、図１１は後者を採用したものであり、図９はいずれにも限定していない。いずれの構造に対しても、上段鍔部１及び下段鍔部２よりなる上下二段の鍔部構造は適用され、本発明に係る隙間Δφ１・Δφ２、上段鍔部嵌合深さＬ１、及びＯリング３の冷却構造を採用できるのである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
まず、上下二段の鍔部を有するシリンダライナをシリンダブロックに嵌合する構造において、請求項１の如く、まず、上段鍔部１とシリンダブロックとの隙間を設定することにより、シリンダライナとシリンダブロックとにかかる応力を均等にでき、更に、下段鍔部２とシリンダブロックとの隙間を設定することで、応力を許容範囲に抑えることができる。これにより、シリンダブロックとシリンダライナの少なくともいずれかに過度に応力がかかるような事態が回避され、ボア径の大きな高出力対応型のシリンダライナを取り付ける場合にも、シリンダライナ及びシリンダブロックの耐久性を確保できる。
【００４４】
請求項２の如く、上段鍔部の外側面とシリンダブロックの内側面との嵌合部の上下高さを設定することで、シリンダブロックとシリンダライナとにかかる応力を、許容範囲内で低く抑えることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シリンダライナＣＬ上部の二段鍔部のシリンダブロックＣＢへの取付部分を示す側面断面図である。
【図２】  Δφ２／φを４段階に設定した場合におけるΔφ１／φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比ＦA ／ＦA0，ＦB ／ＦB0の変移を示す図である。
【図３】  図２中の各応力比曲線を説明する図表である。
【図４】  Ｌ１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図である。
【図５】  Ｌ１／φ＝２％、φ＝φ’の場合のΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図である。
【図６】  Ｌ１／φ＝２％、φ＝φ”の場合のΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図である。
【図７】  両曲折部Ａ・Ｂの応力比を等しくした場合でＬ１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ２／φに対する応力比の変位を示す図である。
【図８】  Δφ２＝０で上段鍔部１に嵌合部がない場合のボア径φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比ＦA ／ＦA0，ＦB ／ＦB0の変移を示す図である。
【図９】  本発明のシリンダライナＣＬに付設したＯリングの冷却構造を示す側面断面図である。
【図１０】  本発明のシリンダライナＣＬ全周の一部範囲に冷却水室４からＯリング３への連通路４ａを設けた実施例を示す図９中Ｚ−Ｚ線断面図である。
【図１１】  従来のＯリングを付設したシリンダライナＣＬの冷却構造を示す図である。
【符号の説明】
ＣＬ  シリンダライナ
ＣＢ  シリンダブロック
ＣＨ  シリンダヘッド
１  上段鍔部
２  下段鍔部
２ａ  嵌合溝
３  Ｏリング
４  冷却水室
４ａ  連通路
Ｄ１  つば部（上段鍔部）嵌合部
Ｄ２  下段鍔部嵌合部
Δφ１  上段鍔部嵌合部Ｄ１の隙間の大きさ
Δφ２  下段鍔部嵌合部Ｄ２の隙間の大きさ
φ  ボア径
Ｌ１  上段鍔部嵌合深さＬ１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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