(57)【要約】内燃機関用のシリンダにおいて、金属リング（６）がシリンダの頂部に設けられている。絶縁リング（７）はシリンダの頂部において、金属リングとシリンダ壁との間に設けられている。絶縁リング（７）の軸方向の長さは金属リング（６）の軸方向の長さより短く、比較的冷却されにくい部分に熱の一部がシリンダの頂部に移動しないようにする共に、シリンダの周囲に備えられた冷却通路（５）への熱伝導を妨げないようにする。
2005538290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体を形成する壁と、前記壁の周囲に冷却材を流すための冷却通路と、前記壁の上端において半径方向の内側に設けられた金属リングと、前記金属リングと前記壁との間に設けられた絶縁リングと、を有する内燃機関用のシリンダであって、前記金属リングは前記壁よりも高熱に耐えることが可能であり、前記絶縁リングは前記金属リングの上端から前記金属リングの長さの一部だけに延びて断熱層を形成し、前記絶縁リングの近傍において前記金属リングから前記壁への熱伝導を減少させることを特徴とする、内燃機関用のシリンダ。
【請求項２】
前記絶縁リングは、前記金属リングの軸方向の半分未満の長さである、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項３】
前記絶縁リングは、前記金属リングの軸方向の４分の１未満の長さである、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項４】
前記絶縁リングの軸方向の長さは、前記シリンダ穴の長さの１０％未満である、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項５】
前記絶縁リングの軸方向の長さは、前記シリンダ穴の長さの５％未満である、請求項４に記載のシリンダ。
【請求項６】
前記絶縁リングはセラミック製である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項７】
前記絶縁リングはセラミックテープである、請求項６に記載のシリンダ。
【請求項８】
前記絶縁リングは前記金属リング及び／又はライナー上に噴射形成される、請求項６に記載のシリンダ。
【請求項９】
前記絶縁リングは空隙である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項１０】
前記壁は外面部とライナーとを有しており、前記絶縁リングは前記ライナーと前記金属リングとの間に設けられている、請求項１〜９のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項１１】
前記金属リングは、耐熱合金製である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項１２】
前記金属リングはニッケル合金製である、請求項１１に記載のシリンダ。
【請求項１３】
前記金属リングはニモニック合金製である、請求項１２に記載のシリンダ。
【請求項１４】
前記金属リングはシリンダ穴内にわずかに突出しており、前記ピストンに対する摩耗防止リングとして機能する、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のシリンダ。
【請求項１５】
前記冷却通路は、前記シリンダの軸心の周囲をらせん状に延びている、請求項１〜１４のいずれか１つに記載のシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用シリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特にライナー面に高熱が伝達されるシリンダの構成を改良するものである。シリンダライナーは、冷却剤を流すことにより冷却される。ライナーは、内圧や他の機械的力に対抗するために充分な厚みと強度を有している必要があるが、局部温度及びライナー内の温度勾配によってその厚みは限定されるため、熱応力や、疲労寿命の減少を引き起こす。充分な冷却を行う一方で、充分な強度及び疲労寿命を保持することは、ライナーの頂部において最も必要である。ライナーの頂部においては、局所熱流束が最も高く、また、シリンダライナーと炎板（ｆｌａｍｅ−ｐｌａｔｅ）との間に冷却通路を配置することが困難であるためである。
【０００３】
シリンダの頂部に挿入した適切な金属製のリングによって、上死点に到達したカーボンをピストンから掻き落とす構成が一般的である。この金属製リングは断熱層としても機能して、シリンダライナーの頂部において局所熱流束を減少させる。さらに、ライナーの頂部に設けられる合成セラミック製スリーブが米国特許第４，９２１，７３４号（下記特許文献１）に開示されている。
【０００４】
英国特許第２，００９，８８４号（下記特許文献２）において、テーパ状の金属製リングをシリンダの上端に備えたエンジンが開示されている。上記エンジンのピストンは、上記リングに対応するテーパを有しており、ピストンがテーパ状のリングに到達するまではシリンダ壁に接近することがないようにしている。金属製リングの内面に絶縁リングを設けてもよいし、金属製リングとシリンダとの間に空隙を設けてもよい。
【特許文献１】米国特許第４，９２１，７３４号
【特許文献２】英国特許第２，００９，８８４号
【発明の開示】
【０００５】
本発明により提供される内燃機関用のシリンダは、シリンダ全体を形成する壁と、前記壁の周囲に冷却材を流すための冷却通路と、前記シリンダの上端において前記壁の半径方向の内側に設けられた金属リングと、前記金属リングと前記壁との間に設けられた絶縁リングと、を有し、前記金属リングは前記壁よりも高熱に耐えることが可能であり、前記絶縁リングは前記金属リングの上端から前記金属リングの長さの一部だけに延びて断熱層を形成し、前記絶縁リングの近傍において前記金属リングから前記壁への熱伝導を減少させることを特徴とする。
【０００６】
絶縁リングを金属リングの頂部に設けることによって、比較的冷却されにくい部分の熱の一部を冷却通路の最上部に逃がすことができる。しかし、絶縁リングが長すぎると、冷却通路の最上部への熱伝導を妨げてしまう。このために金属リングの温度が著しく上がり、熱による歪みや疲労のおそれを増加させる。また、シリンダ壁の内側の温度上昇も引き起こす。そこで、絶縁リングを金属リングの長さの一部分だけ延びるようにすることによって、この問題は解決する。
【０００７】
金属リングの長さに対する絶縁リングの正確な長さは、シリンダの寸法や運転パラメータによって変わる。熱をシリンダの頂部から逃がすと共に、冷却通路の最上部への熱伝導を可能にする範囲を知るために熱分析を行い、絶縁リングの正確な長さを決定することができる。
【０００８】
通常、絶縁リングの軸方向の長さは金属リングの軸方向の長さの半分未満、または４分の１未満であることが好ましい。あるいは、前記絶縁リングの軸方向の長さはシリンダの穴の長さの１０％未満、好ましくは５％未満である。
【０００９】
例えば、高熱運転を行う中速（３００〜１０００ｒｐｍ）エンジンなどにおいて、ピストンリングはピストンクラウンから比較的大きく離れた位置に備えられていることが多いため、その金属リングは低熱運転を行うエンジンよりも長い距離延びている。この場合、絶縁リングの軸方向長さの金属リングの軸方向長さに対する小さい割合は小さくになる。軸方向に短い金属リングを備えたエンジンにおいては、絶縁リングは金属リングの軸方向の長さに対して大きい割合を占めることになろう。
【００１０】
絶縁リングは空隙であってもよいが、セラミック製であることがより好ましい。このセラミック製リングは、金属リング及び／又はライナー上に噴射形成されてもよい。あるいは、絶縁リングは、金属リングとシリンダ壁との間の環状の隙間に挿入されるセラミックテープであってもよい。
【００１１】
シリンダは、ライナーを有していなくてもよいが有しているほうが好ましい。この場合、シリンダ壁は外面部とライナーとを有しており、絶縁リングはライナーと金属リングとの間に設けられている。
【００１２】
金属リングは、例えばニモニック合金（Ｎｉｍｏｎｉｃ）などのニッケル合金のような耐熱合金製であるが、耐熱性であればより廉価な材料を使用してもよい。
【００１３】
金属リングはシリンダ穴内にわずかに突出している。このとき、金属リングは摩耗防止リングとして機能して、ピストンクラウンに堆積したカーボンを従来の方法で除去する。
【００１４】
ライナー全体にかかる高い熱流束などの状態に対応するために、冷却通路は、前記シリンダの軸方向にその周囲をらせん状に延びており、冷却速度ひいては熱伝導を向上させることが好ましい。しかし、あらゆる適切な形状の冷却通路を本発明と組み合わせて使用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によるシリンダの実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。
【００１６】
シリンダ１は、鋳鉄製あるいは鋳鋼製のストロングバックライナー２を備えている。シリンダ１の上にはシリンダヘッド（図示せず）が従来の態様で備えられている。図１に部分的に示されているピストン３はピストンリング４を備えており、シリンダ内を往復動する。このピストンは本発明の構成要素ではないので、ここでは説明しない。
【００１７】
シリンダライナー２はシリンダの長手方向に冷却液を流すためのらせん状の冷却通路を備えている。
【００１８】
ライナー２の頂部に形成された環状の溝内に、金属製リング６が挿入されている。このリングは、ニモニック合金（Ｎｉｍｏｎｉｃ）などの耐熱ニッケル合金製であることが好ましい。リングはシリンダ内の空間にわずかに突出して、摩耗防止リングとして機能する。リングは、シリンダの頂部における高熱や応力に耐え、ひずむこともない。図１から分かるように、金属製リング６は常に（上死点においてさえ）ピストンリング４の上に配置される。
【００１９】
金属製リング６の頂部に形成された環状の溝内において、金属製リングとライナー２の間に絶縁リング７が挿入される。この絶縁リングは、スーパーウールペーパーなどのセラミック製であることが好ましい。
【００２０】
上記の位置において絶縁リング７は、金属製リング６の頂部とライナー２との間の断熱層として機能する。このため、シリンダ内から金属製リングへと伝達された熱が絶縁リング７を介してライナー２の上端部に伝わることが妨げられる。代わりに、シリンダライナー２における絶縁リングの下方部位へ優先的に熱が伝達される。その結果、ライナー２における冷却通路５に近い部位に熱が効果的に伝達されて、冷却剤によって熱を除去することができる。綿密な有限要素法計算によれば、上記構成によってライナーにおける熱応力を減少させると共に、耐用年数を向上させることができる。
【００２１】
本実施例において、シリンダの穴の寸法は３７０ｍｍ、金属製リング６の軸方向寸法は７５ｍｍ、絶縁リング７の軸方向寸法は１０ｍｍである。
【００２２】
金属製リングの外側に絶縁層を設ける構成は、エンジンの一部に穴をあけて形成した、ライナーを備えていないシリンダにおいても使用できる。シリンダライナーを備えている構成においては、金属製リングによって高熱の燃焼ガスから絶縁リングが保護される一方で、絶縁リングによってエンジン内の熱応力が減少される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、シリンダとそれに対応するピストンの一部の上部左側を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１                       シリンダ
２                       ストロングバックライナー
３                       ピストン
４                       ピストンリング
５                       冷却通路
６                       金属製リング
７                       絶縁リング
【図１】
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【国際調査報告】
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2005538290.tif 000005
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