(57)【要約】  ディーゼルエンジンには、鋼製の薄壁ウエットライナーが装着される。ライナーの硬度は、ライナー内のピストンに設けられるピストンリングの硬度の１０から２０Ｒｃ内にある。ライナーの内面は、３０から４００μｍの間のＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）で作製され、口径に対する複合ライナーの厚さは、１．５から４％の範囲にある。
2008501081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンであって、
少なくとも１つのピストン穴を有するエンジンブロックと、
前記ブロックに締付けられるシリンダヘッドと、
前記ブロックの前記ピストン穴内に着脱可能に配置された少なくとも１つのシリンダライナーとを含み、前記少なくとも１つのライナーは、前記少なくとも１つのライナーの外面と直接連通している前記ブロックのウォータージャケットによって囲まれ、
前記シリンダライナーは鋼製である、ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記鋼は、硬化可能な等級の鋼で作製されている、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記シリンダライナーは、５０から４００μｍの間の組織粗度記述子、ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）を備えた内面を有する、請求項２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記少なくとも１つのシリンダライナー内に配置される少なくとも１つのピストンを含み、かつ前記少なくとも１つのシリンダライナーの前記内面と、動作において摺動して接触する少なくとも１つのピストンリングを含み、前記内面および前記少なくとも１つのピストンリングは、相対的な硬度の差が互いの１０から２０Ｒｃの範囲である、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記少なくとも１つのシリンダライナー内に配置される少なくとも１つのピストンを含み、かつ前記少なくとも１つのシリンダライナーの前記内面と、動作において摺動して接触する少なくとも１つのピストンリングを含み、前記内面および前記少なくとも１つのピストンリングは、相対的な硬度の差が互いの１０から２０Ｒｃの範囲である、請求項３に記載のディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記少なくとも１つのシリンダライナーは、硬化可能な等級の鋼で作製されている、請求項５に記載のディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記鋼は、ＳＡＥ４１４０等級の鋼を含む、請求項６に記載のディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシリンダライナーの前記内面に塗布されるコーティングを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項９】
前記コーティングは、クロムベースである、請求項８に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１０】
前記コーティングは、ニッケルベースである、請求項８に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１１】
前記コーティングは、レーザ融解コーティングである、請求項８に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのライナーは、複合平均ライナー部厚が、前記少なくとも１つのシリンダライナーの口径の約１．５から４％に設定されている、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのライナーは、上部停止ライナーを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのシリンダライナーは、中間停止ライナーを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１５】
ディーゼルエンジン用シリンダライナーおよびピストンリング組立品であって、シリンダライナーは鋼製であり、シリンダライナーおよびピストンリングの硬度の差は互いの１０から２０Ｒｃ内である、シリンダライナーおよびピストンリング組立品。
【請求項１６】
５０から４００μｍの間の組織粗度記述子、ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）を備えて内面が形成される、ディーゼルエンジン用シリンダライナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００４年３月１５日に出願された米国仮特許出願連続番号第６０／５５３，２６５号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
技術分野
この発明は、ディーゼルエンジン用途のシリンダライナーに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術
従来、重負荷ディーゼルエンジンには、さまざまな等級の鋳鉄から作られた交換可能なシリンダライナーが使用されてきた。鋳鉄が選ばれたのは、製造コストが低く、かつ動作面で潤滑剤として作用する遊離黒鉛の存在によって、耐摩耗性に優れているためである。ベースの鋳鉄合金を硬化してマルテンサイト微細組織を生成することで、シリンダ穴の耐摩耗性を向上させることができる。
【０００４】
従来の鋳鉄ライナーについては、排気ガスの一部を再循環させてシリンダに戻し、新しい燃料混合物とともにさらに燃焼させるという、排気再循環、すなわちＥＧＲの条件の下では、非ＥＧＲ条件の下で動作する同じライナーに比べて、摩耗が加速することが明らかになっている。１つの要因として、再循環されたディーゼルの排気は、研磨性の粒子を含んでおり、さらに、燃焼室において、鋳鉄ライナーを腐食する傾向のあるさまざまな腐食性の酸の形成を促進するという点がある。
【０００５】
鋳鉄ライナーの摩耗という問題に加えて、強化の一途をたどる排気ガスの規制に関する要件が、エンジン性能の低下という影響をもたらしている。これにより、エンジンから一層大きなパワーを得ようとする動きと相まって、ディーゼルエンジンの製造者は、ＥＧＲによるパワー損失を埋合せるために、シリンダの排気量を増大させてきた。１つの解決策として、エンジンブロックのサイズ拡大を回避しながら、ライナーを薄くして口径を大きくするというものがある。しかしながら、鋳鉄ライナーを薄くして、なお適正に機能させるには限界がある。特に、薄壁部分の鋳鉄ライナーは、キャビテーションおよび変形を生じる傾向がある。その理由は、鋳鉄は比較的多孔質の材料であり、その表面に遊離黒鉛が存在するからである。
【０００６】
鋼シリンダライナーの使用は既知であるが、これらが、高温で、かつ最大シリンダ圧力が２２０バール以上に達することもある、重負荷の湿式ライナーを備えたディーゼルエンジン用途の使用に適するようには設計されていない。これらの先行技術の鋼ライナーは、乾式ライナータイプ（すなわち、非水冷）または航空機で使用するための空冷タイプのいずれかであることが知られている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要および利点
この発明は、一定量の排気ガスが再循環されて（ＥＧＲ）エンジンのシリンダに戻されるディーゼルエンジン以外にも用途があるが、ＥＧＲ環境の腐食作用に対する耐性から、この環境において特に有利である。この発明は、特に上部および中間停止ライナーとの関連で、鋳鉄ではなく鋼でライナーを作製することで、ＥＧＲ用途における鋳鉄ライナーの限界に対する解決策を提供し、さらに非ＥＧＲエンジン向けにも高強度の解決策を提供す
る。鋼は、鋳鉄より相当硬く、かつ上述の望ましくない摩耗およびキャビテーションの一因となる遊離黒鉛を含んでいない。本発明に使用できる鋼には、硬化可能な（hardenable）炭素鋼および高クロム鋼が含まれる。ライナーは、５０から４００μｍの間の組織粗度記述子（texture roughness descriptor）ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）で作製される。この組織は、ライナーの内側動作面全体に適用してもよいし、または上部ピストンリングの戻り行程の領域で、ライナーの頂部から３０から４０ｍｍ以内の上部のみに適用してもよい。ライナーは、好ましくは、薄壁であり、口径に対する複合平均ライナー部厚の比率が、１．５から４％の範囲である。この薄壁部は、ＥＧＲエンジンのより大きい口径に対応しているので、エンジン製造者は、従来の鋳鉄ライナーよりも好都合な比較的薄型の鋼ライナーを使用することによって、シリンダの排気量を増やすことができる。さらに、ライナーの内壁は、その硬度がピストンリングの硬度の１０から２０Ｒｃの差の範囲内で形成されている。
【０００８】
この発明は、ディーゼルエンジン用途で動作するように設計された鋼シリンダライナーを提供するという利点を有する。鋼ライナーは、鋳鉄ライナーよりも製造コストがはるかに低く、かつより薄くできるため、シリンダ排気量の増大を実現し、エンジンブロックのサイズを大きくする必要はない。そのような薄型の鋼ライナーは、同等の厚さを有する鋳鉄の対応品とは異なり、２２０バール以上の最大シリンダ圧力に耐えることができ、変形することはない。新規のエンジンプラットフォームは、鋼ライナーの十分な支持および強度を確保するのに必要な質量が、従来の鋳鉄ライナーを支持するのに必要な質量よりも小さいので、一層の小型化および軽量化が可能である。鋼ライナーは、従来の鋳鉄ライナーに比べて、破損しにくく、かつ変形しにくい。鋼ライナーは、ピストンリングとともに優れたシールを提供するので、パワーを増大させ、排気ガスを低減する。このようなライナーの製造者は、鋳鉄ライナーを作製するのに必要な、コストのかかる鋳造設備および機械加工装置の大半を所有する必要がなく、鋳鉄ライナーの仕上げに用いられている現行のプロセスを、鋼ライナーに使用することができる。
【０００９】
この発明はさらに、このような鋼ライナーを有するディーゼルエンジン、および適合する硬度のピストンリングとの組合せでこのような鋼ライナーを有する、元の装置のまたはアフターマーケットのパワーシリンダ部品を意図するものである。
【００１０】
この発明のこれらの特徴および利点ならびにその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面との関連で考えると、より理解しやすいであろう。
【００１１】
詳細な説明
より詳細に図面を参照して、図１および図２は、上部停止および中間停止ライナー１２、１２′がそれぞれ装着されたディーゼルエンジン１０、１０′の部分断面図を示す。図１および図２の実施例では、同様の特徴は同じ参照番号を使用して示しているが、図２の参照番号にはプライム符号を付している。
【００１２】
ディーゼルエンジン１０、１０′は、少なくとも１つのピストン穴１６、１６′を備えて形成されるエンジンブロック１４、１４′を含み、該ピストン穴には、ライナー１２、１２′が着脱可能に取付けられる。ライナー１２、１２′は、予め定められた厚さのライナー壁２０、２０′によって定められる概ね円筒形の本体１８、１８′を有する。ライナー１２、１２′は、上端または最上端２２、２２′と反対側の最下端２４、２４′の間を長手方向に延び、該最上端および最下端はどちらも開口している。壁部２０、２０′は、内側動作面２６、２６′および外面２８、２８′に存在する。ピストン３０、３０′は、ライナー１２、１２′で受けられ、かつ、既知のやり方でライナー１２、１２′内を上下往復運動するピストン３０を駆動するための接続ロッド３２、３２′によって、エンジン１０、１０′のクランク（図示せず）に動作可能なように連結される。ブロック１４、１
４′は、ウォータージャケット空洞またはチャンバ３４、３４′を備えて形成される。該空洞またはチャンバは、ピストン穴１６、１６′と開放連通しているが、後にライナー１２、１２′が取り付けられると、ピストン穴１６、１６′から遮断されるので、ライナー１２、１２′の外面２８、２８′は、ウォータージャケット３４、３４′に入っている冷却水と直接接触する。この「湿式」シリンダライナーの構成により、エンジン１０、１０′の動作中、ライナー１２、１２′が適切に冷却される。
【００１３】
図１の上部停止ライナー１２は、ライナーの最上端２２で形成される上部フランジ３６を含み、該上部フランジは、外面２８の径方向外側に延在し、下部取付ショルダまたは面３８をもたらす。エンジンブロック１４は、ピストン穴１６を囲み、かつ環状取付面４２をもたらす段差または窪み４０を備えて形成される。ライナー１２の面３８は、ブロック１４の面４２と整列しており、エンジン１０のシリンダヘッド４４が、既知のやり方でブロック１４にボルト締めされると、面４２に対して堅く締付けられる。上部フランジ３６下のライナー１２の領域は、自由に垂下し、かつ、ウォータージャケット３４の下部領域を封止するのに必要となり得る圧縮以外、圧縮を受けていない。
【００１４】
図２のライナー１２′は、ライナー１２′の最上端および最下端２２′、２４′の間の概ね中間の位置に形成される中間停止フランジ４６を含む。該中間停止フランジは、外面２８′の径方向外側に延在し、かつ下部取付ショルダまたは面４８をもたらす。ライナー１２′はまた、ライナー２２′の最上端２２′に隣接し、かつ中間停止フランジ４６から間隔をおいて配置される上部フランジ５０を含んでいてもよい。エンジンブロック１４′は、ピストン穴１６′を囲み、かつ環状取付面５４をもたらす中間停止フランジ５２を備えて形成される。ライナー１２′の面４８は、ブロック１４′の面５４と整列しており、エンジン１０′のシリンダヘッド４４′が、既知のやり方でブロック１４′にボルト締めされると、面５４に対して堅く締付けられる。中間停止フランジ５２上のライナー１２′の領域は、圧力を受けて締付けられる一方、中間停止フランジ５４下のライナー１２′の領域は、自由に垂下する。
【００１５】
この発明の特定の局面によれば、強度が高く、耐腐食性のある鋼エンジンライナー１２、１２′は、５０から４００μｍの間の組織粗度記述子、ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）を有する上部および中間停止ライナー用途を含む、湿式ライナーを備えたディーゼルエンジン用途における特定の使用に合わせて作製することができる。そのような鋼ライナー１２、１２′は、従来のライナーに比べて、表面で制御された量の油を保持するという有利な特性を有しており、その結果として、エンジンの油の消費量の低減に寄与する。ＴＲＤが低すぎる（すなわち、５０μｍを下回る）と、摩耗を加速させることになる一方で、ＴＲＤが高すぎる（すなわち、４００μｍを上回る）と、過剰な油の消費に繋がる。このようなライナー１２、１２′は、とりわけライナーの最上部が燃焼熱に晒される上部フランジライナーに関連して、フランジの周辺で高い強度が求められる上部および中間停止ライナー用途に特に適合性がある。
【００１６】
この発明での使用に適した鋼は、好ましくは、硬化可能な等級の鋼を含む「Ｈ」表示の鋼である。一例として、ＡＮＳＩ／ＳＡＥ４１４０等級の鋼があるが、この発明は、この材料に限定されない。好ましい鋼は、１６０から１７０ＧｐａのＫ比率を有しており、ここでＫは、材料の（１＋ポアソン比）に対するヤング係数の比率である。
【００１７】
ライナー１２、１２′の壁は薄くなっている。壁部２０、２０′の複合平均ライナー部厚Ｔ、Ｔ′（フランジの厚さは除く）は、ライナー１２、１２′の口径Ｄ、Ｄ′の寸法の約１．５から４％に設定されている。このようなライナーは、２２０バール以上の最大シリンダ圧力に耐えることができる。
【００１８】
ライナー１２、１２′は、内面２６、２６′の硬度が、ピストン３０、３０′のピストンリング５６、５６′の硬度の１０から２０Ｒｃの範囲に収まるように設計されて形成されている。
【００１９】
材料の物理特性に加えて、鋼ライナー１２、１２′は、内面２６、２６′の全部または一部を、各種の特殊コーティング、いくつか名前を挙げれば、クロムコーティングまたはめっき、無電解ニッケルおよびレーザ融解合金などで被覆して、ＥＧＲによる腐食に対する摩耗／腐食耐性を高めることができる。当業者であれば、鋼ライナーに関連して、腐食および／または摩耗耐性を向上させる目的で、数多くの同等のコーティングが使用可能であると分かるであろう。
【００２０】
上記の教示に鑑みて、明らかに、この発明の数多くの改良および変形が可能である。したがって、前掲の特許請求の範囲内で、特に説明したものと別のやり方でも、この発明は実施可能であると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明に従う上部停止ライナーを装備したディーゼルエンジンの部分断面図である。
【図２】この発明に従う中間停止ライナーを装備したディーゼルエンジンの部分断面図である。
【図１】
2008501081.tif 000003
【図２】
2008501081.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月19日(2006.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンであって、
少なくとも１つのピストン穴を有するエンジンブロックと、
前記ブロックに締付けられるシリンダヘッドと、
前記ブロックの前記ピストン穴内に着脱可能に配置された少なくとも１つのシリンダライナーとを含み、前記少なくとも１つのライナーは、前記少なくとも１つのライナーの外面と直接連通している前記ブロックのウォータージャケットによって囲まれ、
前記シリンダライナーは、硬化可能な等級の鋼で作製され、前記シリンダライナーは、５０から４００μｍの間の組織粗度記述子、ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）を備えた内面を有する、ディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記少なくとも１つのシリンダライナー内に配置される少なくとも１つのピストンを含み、かつ前記少なくとも１つのシリンダライナーの前記内面と、動作において摺動して接触する少なくとも１つのピストンリングを含み、前記内面および前記少なくとも１つのピストンリングは、相対的な硬度の差が互いの１０から２０Ｒｃの範囲である、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記鋼は、ＳＡＥ４１４０等級の鋼を含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記少なくとも１つのシリンダライナーの前記内面に塗布されるコーティングを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記コーティングは、クロムベースである、請求項４に記載のディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記コーティングは、ニッケルベースである、請求項４に記載のディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記コーティングは、レーザ融解コーティングである、請求項４に記載のディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記少なくとも１つのライナーは、複合平均ライナー部厚が、前記少なくとも１つのシリンダライナーの口径の約１．５から４％に設定されている、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項９】
前記少なくとも１つのライナーは、上部停止ライナーを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシリンダライナーは、中間停止ライナーを含む、請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１１】
５０から４００μｍの間の組織粗度記述子、ＴＲＤ＝５ＲｖＫ（１００−Ｍｒ２）を備えて内面が形成される、ディーゼルエンジン用シリンダライナー。
【国際調査報告】
2008501081.tif 000005