(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッド型２ストローク内燃エンジンのためのシリンダ・ライナ（１）であって、
シリンダ・カバー（２２）を係合するように適合された第１の端部を備え、
前記シリンダ・ライナ（１）の軸方向域の中位周辺における前記シリンダ・ライナ（１）の壁の厚さの急激な遷移は、前記クロスヘッド型２ストローク内燃エンジンのシリンダ・フレーム（２３）に前記シリンダ・ライナ（１）を載せることができる第１のショルダ部として働き、
さらに、
第２の端部に近接し、シリンダ・ライナ（１）の壁（２９）中の掃気ポート（１８）と、
前記第１の端部の直近の前記シリンダ・ライナ（１）の軸方向域の部位（Ｕ）における前記シリンダ・ライナ（１）の壁の中の冷却液のための周方向冷却用凹部（３１）であって、前記シリンダ・ライナ（１）の壁の外面に周方向に延びる開口部を有する周方向冷却用凹部（３１）と、
前記周方向に延びる開口部を覆うストロングバックを形成する周方向支持部材（３７）であって、前記第１の端部に近接する前記シリンダ・ライナ（１）の軸方向域の前記部位（Ｕ）を取り囲む前記ストロングバック（３７）とを備え、
前記シリンダ・ライナ（１）の拡大された直径部分によって形成される上向きの面（３８）を有する第２のショルダ部（８９）と、
前記部位（Ｕ）は、前記第２のショルダ部（３８、８９）から前記シリンダ・ライナ（１）の前記第１の端部に向かって上方に延び、
前記ストロングバック（３７）の下向きの面が、前記第２のショルダ部（８９）の上向きの面（３８）に載っており、
前記ストロングバック（３７）は、前記シリンダ・ライナ（１）の上部の周りに焼き嵌めされ、シリンダ・ライナ材料及び前記ストロングバック（３７）の材料内にプレテンションを生じさせることによって、前記ストロングバック（３７）に対して前記シリンダ・ライナ（１）の周りにプレテンションが与えられ、且つ前記ストロングバック（３７）が前記シリンダライナ（１）の前記部位（Ｕ）に前記第１の端部に最も近い径方向の支持を補強しかつ提供し、且つ径方向に厚みを有するように構成されており、
前記ストロングバック（３７）は、前記周方向冷却用凹部（３１）よりも上で、また前記周方向冷却用凹部（３１）よりも下で前記シリンダ・ライナ（１）の軸方向域の前記部位（Ｕ）に周方向に係合されていることを特徴とするシリンダ・ライナ（１）。
【請求項２】
前記ストロングバック（３７）が一体環状体である、請求項１記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項３】
前記ストロングバック（３７）に内向きの周方向凹部（４７）が設けられた、請求項１又は２記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項４】
前記ストロングバック（３７）に冷却液受入れ用の入口ポート（４６）が設けられた、請求項１〜３の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項５】
前記ストロングバック（３７）に冷却液排出用の出口ポート（４５）が設けられた、請求項１〜４の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項６】
前記周方向冷却用凹部（３１）の中に軸方向支持部材（３６）が少なくとも部分的に挿入され、前記軸方向支持部材（３６）が前記周方向に延びる開口部に架橋する、請求項１〜５の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項７】
前記軸方向支持部材（３６）が前記周方向冷却用凹部に対して軸方向の支持を与えるように構成された、請求項６記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項８】
前記軸方向支持部材（３６）が前記開口部の軸方向に相対向する面（３４、３５）の間の軸方向空間（Ｈ）を埋める、請求項６又は７記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項９】
前記シリンダ・ライナの前記開口部の軸方向に相対向する面（３４、３５）の間の前記軸方向空間（Ｈ）が無負荷状態では前記軸方向支持部材（３６）の対向する軸方向面の間の軸方向距離ｈよりもわずかに大きく、そのために前記開口部と前記軸方向支持部材（３６）の間にわずかな軸方向のすきまがある、請求項８記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１０】
前記軸方向支持部材（３６）が２つ以上のセクション（４９、４８）からなる割りリングである、請求項６〜９の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１１】
前記軸方向支持部材（３６）に冷却材の通路となる開口部（４２、４３）が設けられた、請求項６〜１０の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１２】
前記周方向冷却用凹部（３１）が上葉部（３２）及び下葉部（３３）を備える、請求項１〜１１の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１３】
前記周方向冷却用凹部（３１）が、前記上葉部（３２）を前記下葉部（３３）と接続する円筒面（５１）を備える、請求項１２記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１４】
前記軸方向支持部材（３６）が内向きの環状凹部（４１）を備え、
前記周方向冷却用凹部（３１）が、上葉部（３２）及び下葉部（３３）を備え、前記上葉部（３２）を前記下葉部（３３）と接続する円筒面（５１）を備え、
前記内向きの環状凹部（４１）と、前記円筒面（５１）との間に冷却材のための空間が画定される、請求項６〜１１の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１５】
前記周方向冷却用凹部（３１）が、前記周方向冷却用凹部（３１）からの前記軸方向支持部材（３６）の突出を生じることなく前記軸方向支持部材（３６）を受け入れるのに十分な深さを有する、請求項１４記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１６】
前記上葉部（３２）から前記軸方向支持部材（３６）の流出開口部（４２）を通り、前記ストロングバック（３７）の傾斜内径部（４５）を通って前記ストロングバック（３７）の外部へと延びる傾斜した流出管（４４）をさらに備える、請求項１４または１５記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１７】
前記シリンダ・ライナ（１）の壁に、前記シリンダ・ライナ（１）の円周に沿って互いに同じ高さで分配された複数のシリンダ潤滑供給穴（２５）をさらに備える、請求項１〜１６の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れかに記載のシリンダ・ライナ（１）を少なくとも１つ備える、クロスヘッド型２ストローク内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃エンジンのためのシリンダ・ライナ、特に、シリンダ・ライナの壁の掃気ポートがピストン上面より上に露出する下死点と、ピストンがシリンダ・ライナ内の最高位置に来る上死点との間でシリンダ・ライナ内を長手（軸）方向に移動するピストンを有するクロスヘッド型２ストローク内燃エンジンのためのシリンダ・ライナ及びクロスヘッド型２ストローク内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型のクロスヘッド型圧縮点火式２ストローク内燃エンジンでは、シリンダ・フレームから上方に突出してシリンダ・カバーによってそこに挟持される形をとるのが通例であるシリンダ・ライナの上方部位は、燃焼過程によって生じる熱と圧力によって熱的にも機械的にも非常に大きな負荷にさらされる。シリンダ・ライナのピストンの内部動作面の温度レベルはシリンダ・ライナの寿命期間の面から、したがってエンジンの運転経済性の面からも、決定的な重要性をもつ。動作面の温度が高すぎると、シリンダ・ライナに熱クラックが発生する場合があり、温度が低すぎると、燃焼生成物に由来する硫酸が動作面に凝縮する可能性があり、それがライナ材料の腐食性浸食による損耗の増大につながり、さらに動作面のシリンダ・オイルの潤滑オイル膜の分解をもたらして（高価な）シリンダ・オイルの消費量増大をまねく。
【０００３】
動作面の温度はエンジンの負荷に応じて変化するのが普通であり、エンジンは高負荷でも低負荷でも長時間にわたって動作できなければならないことから、ライナは従来、エンジンに最大の負荷がかかっているときの動作面の温度が許容最高温度に近いものとなるように製作される。温度レベルが高ければ、部分的な負荷でも十分に高い温度を維持することが可能となり、それによって動作面に酸が凝縮するのを防ぐことができる。
【０００４】
シリンダ潤滑オイル及びシリンダ・ライナの材料はエンジンの全負荷時の高温による作用を受け、その温度上昇は潤滑剤の分解や、熱クラックという形でのシリンダ・ライナ材料の永続的な損傷につながる可能性がある。
【０００５】
たとえば直径５０ｃｍ超の内径を有するエンジンなど、内径の大きなエンジンのための既知のシリンダ・ライナには、シリンダ・ライナのシリンダ・カバー直近の軸方向域の部位に、すなわち、大型のクロスヘッド型２ストローク・エンジンのシリンダ・ライナが常に直立位置にあるときの軸方向域の上方部位に、冷却用内径部を含む冷却手段が設けられている。シリンダ・ライナのシリンダ・カバー直近の軸方向域のこの上方部位は、圧縮比が最大であり、燃焼の開始点となる燃焼室の部位を、したがってシリンダ・ライナの上方部位がシリンダ・ライナの軸方向域のその他の部位と比べて最大の温度及び圧力にさらされる燃焼室の部位を取り囲む。そのため、シリンダ・ライナの上方部位が最大の圧力及び温度に対応しなければならない一方で、シリンダ・ライナの軸方向域のそれ以外の下方部位はそれより低い温度及び圧力にしかさらされない。そのため、シリンダ・ライナの上方部位の壁は特に厚く、最も冷却を要する。シリンダ・カバーから軸方向に遠ざかるときの温度及び圧力の下がり方は段階的であるが、実用上の理由から、シリンダ・ライナの壁厚は典型的には大きく２つないし３つのレベルに分割され、掃気ポートに近い方のシリンダ・ライナの軸方向端に最も薄い壁厚が与えられ、シリンダ・カバーとの境界を有するシリンダ・ライナの軸方向端に最も厚い壁厚が与えられる。
【０００６】
シリンダ・カバーとの境界の直下方に当たるシリンダ・ライナの軸方向域の上方部位には、厚めのシリンダ・ライナの壁に外側の凹部から複数の冷却用内径部が比較的密な間隔で設けられ、その直線的な冷却用内径部の長手方向軸はライナの長手方向軸に対して傾斜又は偏りのある経路をとる。それぞれの冷却用内径部には、流入する冷却液を凹部から内径部の上死点に至るまで案内するための管又は案内板が挿入され、冷却液はその内径部の上死点から下に流れてチャンバ内に出ると、そこから管を通して上方のシリンダ・カバーへと進む。傾斜した冷却用内径部はシリンダ・ライナの上方部位の周方向域にわたって一様に分布する。ただし、ライナ材料の温度はシリンダ・ライナの上方部位の周方向域にわたって一様に分布するわけではない。これは、冷却用内径部の直近のシリンダ・ライナ材料は２つの冷却用内径部の間の材料と比べて低めの温度となるためである。そのため、シリンダ・ライナの上方部位の材料の温度は、周方向で見たときには変動する。シリンダ・ライナの上方部位のこの一様でない周方向の温度分布は、シリンダ・ライナ材料の一様でない温度膨張によってシリンダ・ライナ材料に応力を生じることになって、シリンダ・ライナの上方部位の動作面が完璧な円でなくなることから、シリンダ・ライナ及びピストン・リングの一様でない損耗をもたらす。シリンダ・ライナは、馴らしが進めば多少は真円に近づくにしても、また新たな負荷を受ければ新たな変形を被ることから、既知のシリンダ・ライナにおいてそれが完璧なものとなることはありえない。
【０００７】
シリンダ・ライナの上方部位直下の部位には、シリンダ・ライナの外側表面を完全に取り囲む１つ又は複数の冷却ジャケットが設けられ、冷却液のための周方向に延びる空間が与えられる。典型的には、冷却ジャケットはシリンダ・ライナの上方部位から下向きに延び、シリンダ・フレームに向けて相当な長さにわたる、時には完全にシリンダ・フレームに至る長さの冷却用内径部を伴う。
【０００８】
上述のようなタイプのシリンダ・ライナはＷＯ９７／４２４０６によって知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ９７／４２４０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明者らは、シリンダ・ライナの上方部位よりも下のシリンダ・ライナを強制冷却した場合、上方部位直下のシリンダ・ライナの部位の動作面の温度が望ましい温度よりも低くなるという知見を得るに至った。これは酸性燃焼生成物がシリンダ・ライナの当該部位の動作面に凝縮するためである。図１８は、全負荷（最大連続定格の１００％）状態で動作中の９０ｃｍ内径のエンジンの動作面の温度を示したグラフである。温度は、シリンダ・カバーとの合せ面からの軸方向距離との関係でプロットされている。破線は、シリンダ・ライナの上方部位より下に冷却ジャケットを備える従来技術のエンジンの温度分布を示したものである。シリンダ・カバーとの合せ面からおよそ０．３ｍ〜１．３ｍの距離に当たるこのシリンダ・ライナの動作面はおよそ１５０〜１６０℃の温度にあり、試験の結果、動作面のこの区域のこの温度レベルは、ライナ材料の腐食と動作面を保護するシリンダ・オイル層の分解とにより、望ましいレベルよりも高いレベルで酸性燃焼生成物の凝縮を生じることが示された。動作面は、クラック形成のリスクなしに２００℃を大きく超える温度まで持ちこたえることができる。
【００１１】
本発明の目的の１つは、上述の欠点を克服するか、少なくとも減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、第１の態様によれば、クロスヘッド型２ストローク内燃エンジンのためのシリンダ・ライナであって、シリンダ・カバーを係合するように適合された第１の端部を備え、シリンダ・ライナの軸方向域の中位周辺におけるシリンダ・ライナの壁の厚さの急激な遷移はクロスヘッド型２ストローク内燃エンジンのシリンダ・フレームにシリンダ・ライナを載せることができるショルダ部として働き、さらに、掃気ポートと、第１の端部の直近のシリンダ・ライナの軸方向域の部位におけるシリンダ・ライナの壁の中の冷却液のための周方向冷却用凹部であって、シリンダ・ライナの壁の外面に周方向に延びる開口部を有する周方向冷却用凹部と、周方向に延びる開口部を覆う周方向支持部材であって、第１の端部に近接するシリンダ・ライナの軸方向域の部位を取り囲む周方向支持部材とを備えるシリンダ・ライナにおいて、シリンダライナ材料（１）の上側部分の周りに焼き嵌めされ、それによってシリンダライナ材料および周方向支持部材（３７）の材料にプリテンションを作り出す。
周方向支持部材は、シリンダ・ライナを第１の端部に最も近い部分で補強するために半径方向に厚さを有し、周方向支持部材は、シリンダ・ライナの軸方向延在部の周方向冷却凹部周方向冷却凹部の下方に配置される。
【００１３】
周方向に延びる周方向冷却用凹部を用いることによって、冷却液の周方向分布は実質的に全面的に一様となり、一様でない温度分布による問題やそれに伴う応力及び一様でない損耗は相当程度まで排除される。周方向に延びる周方向冷却用凹部の周方向開口部の内側に軸方向支持部材を設けることにより、周方向冷却用凹部の深さ及び広さを確保するとともに、シリンダ・ライナの頂部にかかる並外れた圧縮力に対応できる堅固な構造が可能となる。上方部位の直下方に当たるシリンダ・ライナの部位の動作面は、酸性燃焼生成物の凝縮を防ぐため、高めの温度に保たれる。
【００１５】
第１の態様として可能な第１の実施形態では、周方向支持部材は一体環状体である。
【００１６】
第１の態様として可能な第２の実施形態では、周方向支持部材に内向きの周方向凹部が設けられる。
【００１７】
第１の態様として可能な第３の実施形態では、周方向支持部材に冷却液受入れ用の入口ポートが設けられる。
【００１８】
第１の態様として可能な第４の実施形態では、周方向支持部材に冷却液排出用の出口開口部が設けられる。
【００１９】
第１の態様として可能な第５の実施形態では、周方向凹部の中に軸方向支持部材が少なくとも部分的に挿入され、軸方向支持部材が周方向に延びる開口部に架橋する。
【００２０】
第１の態様として可能な第６の実施形態では、軸方向支持部材は周方向冷却用凹部に対して軸方向の支持を与えるように構成される。
【００２１】
第１の態様として可能な第７の実施形態では、軸方向支持部材は開口部の軸方向に相対向する面の間の軸方向空間を埋める。
【００２２】
第１の態様として可能な第８の実施形態では、シリンダ・ライナの開口部の軸方向に相対向する面の間の軸方向空間が無負荷状態では軸方向支持部材の対向する軸方向面の間の軸方向距離ｈよりもわずかに大きく、そのために開口部と軸方向支持部材の間にわずかな軸方向のすきまがある。
【００２３】
第１の態様として可能な第９の実施形態では、軸方向支持部材は２つ以上のセクションからなる割りリングである。
【００２４】
第１の態様として可能な第１０の実施形態では、軸方向支持部材に冷却材の通路となる開口部が設けられる。
【００２５】
第１の態様として可能な第１１の実施形態では、周方向冷却用凹部は上葉部及び下葉部を備える。
【００２６】
第１の態様として可能な第１２の実施形態では、周方向冷却用凹部は、上葉部を下葉部と接続する円筒面を備える。
【００２７】
第１の態様として可能な第１３の実施形態では、軸方向支持部材は内向きの環状凹部を備え、内向きの環状凹部と円筒面の間に冷却材のための空間が画定される。
【００２８】
第１の態様として可能な第１４の実施形態では、周方向冷却用凹部は、周方向冷却用凹部からの軸方向支持部材の突出を生じることなく軸方向支持部材を受け入れるのに十分な深さを有する。
【００２９】
第１の態様として可能な第１５の実施形態では、シリンダ・ライナは、上葉部から軸方向支持部材の流出開口部を通り、周方向支持部材の傾斜内径部を通って周方向支持部材の外部へと延びる傾斜した流出管をさらに備える。
【００３０】
第１の態様として可能な第１６の実施形態では、シリンダ・ライナは、シリンダ・ライナの壁に、シリンダ・ライナの円周に沿って分配された互いに同じ高さの複数のシリンダ潤滑供給穴をさらに備える。
【００３１】
上述の目的は、第２の態様として、第１の態様に基づき、その何れかの実施によるシリンダ・ライナを少なくとも１つ備えるクロスヘッド型２ストローク内燃エンジンを提供することによっても果たされる。
【００３２】
本発明のこれらの態様及びその他の態様は以下に記載する詳細な説明及び実施形態から明らかとなろう。
【００３３】
本開示の以下の詳述部分では、図面に示した例示的な実施形態を参照しながら本発明についてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施例による大型２ストローク・ディーゼル・エンジンの前面図である。
【図２】図１の大型２ストローク・エンジンの側面図である。
【図３】図１の大型２ストローク・エンジンのブロック図である。
【図４】一実施例によるシリンダ・フレーム及びシリンダ・ライナの断面図であって、シリンダ・カバー及び排気弁を取り付けた状態の図である。
【図５】一実施例によるシリンダ・ライナの側面図である。
【図６】図５のシリンダ・ライナの部分断面図である。
【図７】図５のシリンダ・ライナの上方部位の詳細の断面図であって、周方向冷却用凹部を示した図である。
【図８】図７の詳細図であって、外周の冷却用凹部に軸方向支持部材を挿入した状態の図である。
【図９】図８の詳細図であって、シリンダ・ライナの上方部位を取り囲む周方向支持部材を伴った図である。
【図１０】軸方向支持部材の詳細図である。
【図１１】図９の詳細図であって、周方向冷却用凹部に冷却材を供給するための配管を伴った図である。
【図１２】図９の詳細図であって、周方向冷却用凹部から冷却材を排出するための配管を伴った図である。
【図１３】周方向支持部材の断面図である。
【図１４】図５のシリンダ・ライナの分解立体図であって、周方向支持部材を除いた図である。
【図１５】図５のシリンダ・ライナの立体図であって、周方向支持部材を除いた図である。
【図１６】軸方向支持部材の図である。
【図１７】図５のシリンダ・ライナの頂部の断面図である。
【図１８】図６のシリンダ・ライナ及び従来技術のシリンダ・ライナの動作面の温度を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の詳細説明では、ある内燃エンジンについて、幾つかの実施例におけるターボチャージャ付きクロスヘッド型圧縮点火式大型低速２ストローク内燃エンジンを参照しながら説明する。図１、２及び３は、クランクシャフト８及びクロスヘッド９を備えるターボチャージャ付き大型低速２ストローク・ディーゼル・エンジンを示している。図３は、ターボチャージャ付き大型低速２ストローク・ディーゼル・エンジンをその吸気及び排気システムとともにブロック図で表したものである。この実施例では、エンジンは直列に並んだ４つのシリンダを有している。ターボチャージャ付き大型低速２ストローク・ディーゼル・エンジンは典型的には４ないし１４のシリンダを直列に有しており、それらがエンジンフレーム１１によって支えられている。エンジンは、たとえば船舶における主機関として、または発電所で発電機を動かすための固定機関として使用することができる。エンジンの全体出力はたとえば１０００から１１万ｋＷの範囲であることができる。
【００３６】
この実施例では、エンジンは、シリンダ・ライナ１の下方領域に掃気ポート１８を、シリンダ・ライナ１の頂部に中央排気弁４をそれぞれ有する２ストローク・ユニフロー型の圧縮点火エンジンである。掃気は、掃気レシーバ２からそれぞれのシリンダ１の掃気ポート１８へと通り抜ける。ピストン１０がシリンダ・ライナ１内で掃気を圧縮すると、シリンダ・カバー２２内の燃料噴射弁から燃料が噴射され、続いて燃焼が起こって排気が発生する。
【００３７】
排気弁４が開くと、排気はシリンダ１に付属する排気ダクトを通して排気レシーバ３へと流れ、さらに第１の排気管路１９を通してターボチャージャ５のタービン６に至り、そこから排気は第２の排気管路を通ってエコノマイザ２０経由で出口２１に向かい、そして大気中に出る。タービン６は、空気取入れ口１２を通して外気の供給を受けるコンプレッサ７をシャフトを介して駆動する。コンプレッサ７は、掃気レシーバ２へとつながる掃気管路１３に圧縮された掃気を送り込む。管路１３の掃気は、掃気（コンプレッサを出るときは約２００℃）を３６〜８０℃の温度まで冷却するインタークーラ１４を通る。
【００３８】
冷却された掃気は、ターボチャージャ５のコンプレッサ７が掃気レシーバ２に対して十分な圧力を供給できないとき、すなわちエンジンが低負荷又は部分的な負荷状態のときに電気モータ１７によって駆動されて掃気流に圧力を加える補助ブロワ１６を通る。エンジンの負荷が大きければ、ターボチャージャのコンプレッサ７は十分に圧縮された掃気を供給し、その場合、補助ブロワ１６は逆止弁１５経由でバイパスされる。
【００３９】
図４、５及び６は、大型２ストローク・クロスヘッド型エンジンのシリンダ・ライナであって、その全体について１の符号が与えられるシリンダ・ライナを示している。エンジンの大きさによっては、シリンダ・ライナ１は、典型的には２５０ｍｍから１０００ｍｍの範囲のシリンダ内径とそれに対応する１０００ｍｍから４５００ｍｍの典型的な長さで、様々な寸法で製作することができる。シリンダ・ライナ１は通常は鋳鉄製で、一体である場合もあれば、端部どうしを組み立てる２つ以上の部品に分割されている場合もある。分割式ライナの場合は、上方の部品を鋼製とすることも可能である。クロスヘッド型大型２ストローク・エンジンは、１：１６から１：２０などという非常に高い有効圧縮比となるように開発されており、そのため、シリンダ・ライナ１、ピストン１０、ピストン・リング（図示せず）など、燃焼室内の圧力に耐えなければならない要素に対しては大きな負荷がかかることになる。
【００４０】
図４では、シリンダ・ライナ１がシリンダ・フレーム２３内に組み込まれた状態で示されており、そのシリンダ・ライナ１の頂部に気密性の境界面を挟んでシリンダ・カバー２２が取り付けられている。図４にはピストン１０は図示していないが、これは、シリンダ・ライナ１がそのシリンダ潤滑穴２５及びシリンダ潤滑ライン２４とともによく見えるようにするためで、シリンダ潤滑穴２５及びシリンダ潤滑ライン２４は、ピストン１０が潤滑ライン２４を通過するときにシリンダ潤滑オイルを供給できるようにするためのもので、その通過後、ピストン・リングがシリンダ・ライナの動作面全体にシリンダ潤滑オイルを分配する。
【００４１】
配管２６は、シリンダ・ライナ１の上方部位にある冷却・補強機構３０に水などの冷却液を供給する働きをする。配管２８は、冷却液を冷却・補強機構３０からシリンダ・カバー２２に輸送する働きをする。配管２７は、冷却液をシリンダ・カバー２２から冷却システムに排出する働きをする。冷却・補強機構３０に供給される冷却液は、供給温度が制御された冷却液を提供するものとしてよく知られた冷却システム（図示せず）によって提供され、シリンダ・カバー２２から排出される冷却材は再調整のために冷却システムに戻される。シリンダ・ライナ１の壁２９はシリンダ・ライナ１の軸方向域において厚さが変化する。図示した実施形態では、壁２９の最も薄い部位はシリンダ・ライナ１の底部、すなわち掃気ポート１８よりも下の部位にある。シリンダ・ライナ１の壁２９の最も厚い部位はシリンダ・ライナ１の軸方向域における上方部位にある。シリンダ・ライナ１の軸方向域の中位周辺におけるシリンダ・ライナ１の厚さの急激な遷移はシリンダ・フレーム２３にシリンダを載せることができるショルダ部として働く。シリンダ・カバー２２は、ボルトを締め付けることによって与えられる大きな力によってシリンダ・ライナ１の上面に押さえ付けられる。
【００４２】
図５及び６はシリンダ・ライナ１をさらに詳しく示したもので、その軸方向の軸Ｘと、図６の点線の長方形で囲んだ冷却・支持機構３０がわかる。シリンダ・ライナ１の最上部位、すなわちシリンダ・カバー２２との境界を形成するシリンダ・ライナの長手方向端の直近のシリンダ・ライナ１の部位は、シリンダ・ライナ１の頂部から矢印Ｕによって示された距離にわたって延びる。シリンダ・ライナ１の上端に最も近いこの区域は、シリンダ・ライナのうち、燃焼過程による最大の圧力及び最高の温度にさらされる区域である。そのため、この区域は、シリンダ・ライナ１のそれ以外の範囲と比べて最も効果的な冷却と最も堅牢な構造を有していなければならない。
【００４３】
最上部位Ｕは、シリンダ・ライナ本体の直径が広がった区間によって形成されるショルダ部８９からシリンダ・ライナ１の上端の方に上向きに延びる。
【００４４】
図７は冷却・支持機構３０をさらに詳しく示したものである。冷却・支持機構３０は、シリンダ・カバー２２との境界を形成するシリンダ・ライナ１の軸方向端の直近のシリンダ・ライナ１の部位Ｕに設けられる。この部位Ｕは、シリンダ・ライナのうち、燃焼過程による最大の圧力及び最高の温度にさらされる部位でもある。そのため、この部位のシリンダ・ライナ１におけるシリンダ・ライナの壁２９の厚さは比較的厚い。
【００４５】
しかし、シリンダ・ライナ１のこの部位の動作面の温度を許容可能なレベルに保つためには強制冷却が必要であり、強制冷却はシリンダ・ライナ１のこの部位の動作面に比較的近接して設けなければならない（シリンダ・ライナ１の材料の種類に応じて、動作面の最高温度はたとえばおよそ３００℃未満、場合によってはおよそ２８０℃未満でなければならない）。ここに、冷却液を受ける空間を提供するための周方向凹部３１がシリンダ・ライナ１の上方部位Ｕに設けられる。凹所３１はシリンダ・ライナ１の外側面に向かって開き、一実施形態では、そこに上葉部３２及び下葉部３３が設けられる。凹部の開口は、下向きの支持面３４と上向きの支持面３５の間に軸方向域Ｈを有する。
【００４６】
凹部３１は、フライス削りによっても、またはライナが鋳造品の場合には鋳造工程の一部としても作り出すことができる。後者の場合は、凹部は、鋳造の後、精密に定められた形状に機械加工される。
【００４７】
上葉部３２及び下葉部３３の曲面は、シリンダ・ライナ１の材料中の応力が最小化されるように計算された形状に従う。
【００４８】
図７の矢印Ｆは、シリンダ・カバー２２によってシリンダ・ライナ１の上面に対して加えられる力を表している。力Ｆの大きさは、下向きの支持面３４と上向きの支持面３５の間のギャップに軸方向の支えがなければシリンダ・ライナ１が変形するほどに大きい。この軸方向の支持体を図８に示す。環状凹部３１に軸方向支持部材３６を挿入して、下向きの支持面３４と上向きの支持面３５の間のＨのスパンを有するギャップを実質的に埋める。図８に示すように、軸方向支持部材３６はシリンダ・ライナ壁の構造を支え、力Ｆの相当部分を伝達し、それによって、垂直の矢印で示すようにシリンダ・ライナ１の上方部位の変形を防ぐ。図１０に軸方向支持部材３６の詳細を示す。軸方向支持部材は、２つ以上の部分からなる割りリングなどのリングの形のものであることができる（図示したのは２つの部分からなる割りリングであるが、当業者の目には、軸方向支持部材は２つ超の複数の部材によって形成されるものであることが可能であり、その複数の部材は必ずしも連続的なリングを形成するものでなくてもよく、環状凹部３１に軸方向の支持を与えるのに適した複数の柱体又はそれに類するものであっても何ら差し支えないことは明らかである）。軸方向支持部材３６は、上向きの支持面３９と下向きの支持面３８の間に軸方向の範囲ｈを有する。軸方向支持部材３６の軸方向の範囲ｈは、シリンダ・カバー２２によって力Ｆが加えられていないときには軸方向支持部材とギャップとの間にすきまができるように、周方向凹部３１の開口におけるギャップの軸方向域Ｈよりもわずかに小さいことが好ましい。このすきまは、下向きの支持面３４及び上向きの支持面３５がそれぞれ軸方向支持部材３６の上向きの支持面３９及び下向きの支持面４０と当接するまで、シリンダ・ライナ１がわずかに変形することを可能にする。シリンダ・ライナ１の上方部位の材料のこのわずかな変形は上葉部３２周り及び下葉部３３周りでライナの材料にプレテンションを与え、それによってそれぞれの葉部３２、３３におけるクラック形成のリスクを減殺する。
【００４９】
別の形で緊張力をコントロールするためにすきまゼロ又はマイナスのすきまを用いることも可能である。
【００５０】
図１４、１５及び１６は周方向支持部材３６及びその組立てをさらに詳しく示したものである。この実施例では、軸方向支持部材３６は、それぞれを合わせることで１つのリングを形成する２つの半体４８、４９を備える。２つの半体４８、４９は周方向凹部３１に緩挿され、互いに連結されない。図１４は、組立て時の２つの半体４８、４９を示しており、図１５は組立て後の２つの半体４８、４９を示している。
【００５１】
それぞれの半体４８、４９には冷却材入口開口部４３をなすスロットと冷却材出口開口部４２をなすスロットとが設けられる。冷却材出口開口部４２をなすスロットは、材料中の応力によるクラックを防ぐために端部に丸みが与えられたＴ字形である。
【００５２】
図９に示すように、シリンダ・ライナ１の上方部位の周囲に周方向支持部材３７が設けられる。周方向支持部材３７の下向き面は、シリンダ・ライナ１の上方部位Ｕの上向きショルダ部３８の上に載置される。周方向支持部材３７は、図９の水平矢印で示すように、シリンダ・ライナ１の上方部位Ｕに対して径方向支持を与える。一実施例では、周方向支持部材３７は高強度鋼の一体環状体である。周方向支持部材３７による径方向支持の能力を向上させるため、周方向支持部材３７はシリンダ・ライナ１の上方部位の周りに焼きばめされ、それによってシリンダ・ライナ材料及び周方向支持部材３７の材料にプレテンションが生じるようにする。図９の対向する上の１対の矢印で示すように、周方向支持部材３７は、シリンダの周方向冷却用凹部３１より上の軸方向域の周りでプレテンションを与えられ、さらに図９の対向する下の１対の矢印で示すように、周方向支持部材３７は、シリンダ・ライナ１の周方向冷却用凹部３１より下の前記軸方向域の周りでプレテンションを与えられる。
【００５４】
一実施形態では、周方向支持部材３７はかなりの壁厚を有しており、それ自体をストロングバックと見なすことができる。
【００５５】
シリンダ・ライナ１と周方向支持部材３７の間では、図９の上の１対の水平な矢印で示すように周方向支持部材３７の上方部位で、また図９の下の１対の水平な矢印で示すように周方向支持部材３７の下方部位で、径方向の力が伝達される。周方向支持部材３７の中間セクションに顕著な径方向の力がかかることはなく、軸方向支持部材３６と周方向支持部材３７の間にも顕著な大きさの径方向の力は存在しない。
【００５６】
周方向支持部材３７には、冷却液が通る空間を提供するための環状凹部４７が設けられる。シリンダ・ライナ１と周方向支持部材３７の間の遷移部を密封するためのガスケット（図示せず）が用意されて液密シールが確保される。図１３は周方向支持部材３７を断面図でさらに詳しく示したものである。
【００５７】
図１１に示すように、周方向支持部材３７には流入開口部４６が設けられる。流入開口部４６は、周方向支持部材の応力レベルの低い区域（中間高さなど）、すなわち、周方向支持部材３７のうち、顕著な径方向の力がかかることのない部位におおむね配置される。流入開口部４６は、周方向支持部材３７の内向きの周方向凹部４７に接続する。複数の流入開口部４６があってもよいが、そのことが必要であるとも有利であるとも思われない。流入開口部４６は、冷却システムから冷却液を供給する冷却液供給管路２６に接続される。冷却液は、軸方向支持部材３６の流入開口部４３を通して周方向凹部３１に流入することができる。流入開口部４３を通して冷却液は下葉部３３に直接入り込むことができ、さらに冷却液は軸方向支持部材３６の内向きの径方向凹部４１を通して上葉部３２の方へ流れることができる。図１１の矢印は冷却液の流れの方向を概略的に示すものである。
【００５８】
図１２に示すように、上葉部３２から周方向支持部材３７外側の接続ブロック５０に向かって傾斜流出管４４が延びる。傾斜流出管４４は軸方向支持部材３６の出口開口部４２を通り、さらに周方向支持部材３７の実質的に中間高さに設けられた傾斜内径部４５を通って延びる。流出管４４の傾斜した構成は、流出管４４への入口が周方向凹部３１の最上部位、すなわち上葉部３２内の位置となるようにするものであり、さらに流出管４４の傾斜方向は、周方向支持部材３７の中間高さ、すなわち、顕著な径方向の力がかかることのない周方向支持部材３７の部位への傾斜内径部４５の配設を可能にするものである。傾斜流出管４４の出口は、流出管４４の端部の溶接フランジを介するなどして接続ブロック５０に接続される。
【００５９】
接続ブロック５０は周方向支持部材３７の外周面に固定される。接続ブロック５０は角付けされた内径部を備え、接続ブロック５０上側には上向きに延びる冷却水輸送管路２８が接続される。冷却水輸送管路２８は、シリンダ・カバー２２の冷却のために冷却液をシリンダ・カバー２２の方へ導く働きをする。図１２の矢印は冷却液の流れの方向を概略的に示している。
【００６０】
図１７は、冷却・支持機構３０の入側、出側両方の機構を示したシリンダ・ライナ１の上方部位Ｕの断面図である。冷却・支持機構３０の構造は、従来技術の設計によるシリンダ・ライナの上方部位におけるシリンダ・ライナ材料の温度が大きく変動するのとは対照的に、シリンダ・ライナ１上方部位Ｕのシリンダ壁材料の実質的に一様な周方向の温度分布をもたらす。
【００６１】
図１８は、シリンダ・ライナ１の動作面の温度をシリンダ・カバー２２の合せ面（最上面）までの距離と対照させて示したグラフである。実線は、本設計、すなわち本明細書で説明する実施形態によるシリンダ・カバーの温度曲線を示している。破線の曲線は、特許文献１によって周知の例などの従来技術のシリンダ・ライナの温度曲線を示している。シリンダ・ライナ１の上方部位Ｕでは、本設計及び従来技術の設計の温度曲線は事実上重なっており、すなわち同一である。シリンダ・ライナ１の上方部位Ｕは本設計でも従来技術の設計でも強制冷却されることから、これは予想されたところである。異なるのは、本設計は、周方向冷却用凹部を用いて周方向に全面的に一様な冷却をもたらす一方、従来技術の設計における複数の傾斜内径部は周方向に一様な冷却を与えることができず、その結果、シリンダ・ライナ１の上方部位の周方向域に沿って温度の変動を生じる点である。しかし、図１８ではこの様子を見ることはできない。これは、周方向ではなく、軸方向との関係で温度がプロットされているためである。２つの曲線は、シリンダ・ライナ１の軸方向域の上方部位Ｕの直下方の部位で著しく異なっている（グラフでは、上方部位は０から約０．３ｍまでの範囲であり、温度が著しく異なるその下の部位は約０．３ｍから１．３ｍまでの範囲であるが、これらの数字が有効なのは特定の形状及び寸法のシリンダ・ライナ１の場合に限られ、別の設計ではかなり異なるものとなる可能性があることを留意する必要がある）。
【００６２】
本設計のシリンダ・ライナ１の上方部位Ｕの直下方の軸方向域の部位では、強制冷却がないために動作面の温度は著しく高くなり、温度差は５０℃にも達する。シリンダ・ライナ１の上方部位Ｕの直下方の区域の動作面の温度が高いことにより、酸性燃焼生成物の凝縮が減少し、それによってシリンダ・ライナ１の腐食も少なくなり、シリンダ・オイルの消費も減る（シリンダ・オイルは燃焼生成物の酸性度を埋め合わせる塩基性成分を含む）。動作面のさらに下方、すなわちシリンダ・カバーからおよそ１．３ｍ以上のところでは、本設計でも従来技術の設計でも動作面の温度は同じであり、そこでは温度が高い必要はない。これは、燃焼室の膨張によってシリンダ・ライナの動作面のこの部分まで高濃度の酸性燃焼生成物が到達することはないためである。シリンダ・ライナの上方部位Ｕを除いてシリンダ・ライナの強制冷却がないことによる利点は最大連続定格１００％未満のエンジン負荷でも同様に顕著である。シリンダ・ライナの上方部位Ｕの直下方の軸方向のシリンダ・ライナ１における動作面の温度が結果的に高めになるということは、エンジン負荷が比較的低い場合であっても当てはまる。
【００６３】
本発明について、ここに掲げた様々な実施形態と関連付けて説明した。しかし、当業者であれば、請求対象の特許を実施するに当たり、図面、開示内容及び添付の請求項を検討することによって、開示された実施形態のその他の変形形態を理解し、実施することができる。クレームにおいて、「を含む」という語はそれ以外の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞の「ａ」又は「ａｎ」は複数であることを排除するものではない。幾つかの措置が互いに異なる従属クレームで記されていても、そのことだけをもって、それらの措置の組合せを有利に用いることができないということを示すものではない。クレームで使用されている符号は範囲を制限するものと解釈されてはならない。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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