(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとクランク室との間に固定されるシリンダライナを備え、
前記シリンダライナは、中心軸を取り囲み且つ長手方向に前記中心軸に沿って前記シリンダヘッドに係合する外部上端から前記クランク室に係合する外部下端まで延在する外壁と、前記中心軸を取り囲み、前記外壁と前記中心軸との間に配置される内壁とを含み、前記内壁および前記外壁は前記内壁と前記外壁との間に冷却室を設け、前記外壁は冷却流体を前記冷却室へまたは前記冷却室から供給するために、少なくとも１つのライナ流体ポートを含み、
前記シリンダヘッドと前記クランク室との間の前記外壁の一部に沿って配置されるマニホールドを備え、前記マニホールドは、前記冷却流体を前記冷却室へまたは前記冷却室から供給するために、前記少なくとも１つのライナ流体ポートと位置合わせされる、少なくとも１つのマニホールド流体ポートと、前記少なくとも１つのマニホールド流体ポートに接続され、前記外壁の前記外部下端よりも下方の位置に向かって延在する少なくとも１つの流体通路とを含む、エンジンアセンブリ。
【請求項２】
前記マニホールドは、前記クランク室と一体的に鋳造され、前記外壁の一部のみに沿っており、前記外壁の残りが露出されることを可能にする、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項３】
前記マニホールドは、前記シリンダヘッドに隣接して配置され、前記外壁の一部のみに沿って配置され、前記外壁の残りが露出されることを可能にする、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項４】
前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される前記シリンダライナを維持するために、前記シリンダヘッドを前記クランク室に接続させる複数のタイロッドを含み、前記タイロッドは前記外壁から離間される、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項５】
前記シリンダライナの反対側に前記クランク室に沿って配置される主軸受台と、前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される前記シリンダライナを維持するために前記シリンダヘッドを前記主軸受台に接続する複数のタイロッドとを含み、前記タイロッドは前記シリンダライナの前記外壁から離間される、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項６】
前記シリンダライナの反対側に前記クランク室に沿って配置される主軸受台と、前記クランク室の反対側に前記主軸受台に接続される油溜めとを含む、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項７】
前記シリンダライナの前記内壁および前記外壁のそれぞれは、長手方向に前記中心軸に沿って上端から下端まで延在し、前記中心軸に面する内面から反対側に面する外面まで延在する厚さを設け、前記内壁および前記外壁のうちの少なくとも１つの前記厚さは、前記上端と前記下端との間で異なる、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項８】
前記シリンダライナはアルミニウム系材料から形成される、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項９】
前記シリンダヘッドはアルミニウム系材料から形成される、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１０】
前記シリンダライナの前記外壁は、前記冷却流体を前記冷却室に供給するために複数の前記ライナ流体ポートを含み、前記マニホールドは、前記冷却流体を前記ライナ流体ポートに供給するために複数の前記マニホールド流体ポートを含む、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１１】
前記シリンダライナの前記内壁は、前記シリンダヘッドに係合する内部上端から前記クランク室に係合する内部下端まで延在し、
前記シリンダライナは、前記外壁の前記外部下端を前記内壁の前記内部下端に接続する基壁を含み、
前記内壁および前記外壁の上端は、前記冷却室に開口部を設ける、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１２】
前記シリンダライナの前記内壁および前記外壁には、前記内壁および前記外壁の中へ延在する連結機構がない、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１３】
冷却流体を含み、前記冷却流体はナトリウムカリウム合金（ＮａＫ）またはシリコン系オイルを含む、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１４】
前記シリンダライナは、アルミニウム系材料または鉄系材料から形成され、
前記シリンダライナの前記外壁は、冷却流体を前記冷却室に供給するために複数の前記ライナ流体ポートを含み、
前記シリンダライナの前記内壁は、前記外壁に平行に、前記シリンダヘッドに係合する内部上端から前記クランク室に係合する内部下端まで延在し、
前記シリンダライナは、前記外部下端を前記内部下端に接続する基壁を含み、
前記内壁および前記外壁の上端は、前記冷却室に開口部を設け、
前記マニホールドは、前記シリンダライナの前記外部下端に隣接する前記外壁の一部のみを取り囲む円筒形状を有し、前記外壁の残りが露出されることを可能にし、
前記マニホールドは、前記クランク室と一体的に鋳造され、
前記マニホールドは、アルミニウム系の材料または鉄系の材料から形成される流体圧マニホールドであり、
前記マニホールドは、冷却流体を前記ライナ流体ポートに供給するために複数の前記マニホールド流体ポートを含み、
前記シリンダヘッドは、アルミニウム系材料または鉄系材料から形成され、
前記クランク室は、アルミニウム系材料または鉄系材料から形成され、
前記シリンダライナの反対側に前記クランク室に接続される、主軸受台と、
前記クランク室の反対側に前記主軸受台に接続される、油溜めと、
前記シリンダライナの前記上端と前記シリンダヘッドとの間に配置される、ガスケットと、
前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される前記シリンダライナを維持するために、前記シリンダヘッドを前記クランク室に接続する、複数のタイロッドとを備え、前記タイロッドは、前記外壁の外面から離間される、請求項１に記載のエンジンアセンブリ。
【請求項１５】
シリンダヘッドとクランク室との間にシリンダライナを固定するステップを備え、前記シリンダライナは、中心軸を取り囲み且つ長手方向に前記中心軸に沿って前記シリンダヘッドに係合する外部上端から前記クランク室に係合する外部下端まで延在する外壁と、前記中心軸を取り囲み、前記外壁と前記中心軸との間に配置される内壁とを含み、前記外壁および前記内壁は、前記外壁と前記内壁との間に冷却室を設け、前記シリンダライナの前記外壁は、冷却流体を前記冷却室へまたは前記冷却室から供給するために、少なくとも１つのライナ流体ポートを含み、
前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に前記外壁の一部に沿ってマニホールドを配置するステップを含み、前記マニホールドは、少なくとも１つのマニホールド流体ポートに接続され、前記外壁の前記外部下端よりも下方の位置に向かって延在する少なくとも１つの流体通路を含み、さらに、
前記冷却流体を前記ライナ流体ポートへまたは前記ライナ流体ポートから供給するために、前記マニホールドの前記少なくとも１つのマニホールド流体ポートを前記少なくとも１つのライナ流体ポートと位置合わせされるステップを備える、方法。
【請求項１６】
複数のタイロッドで前記シリンダヘッドを前記クランク室に接続して、前記タイロッドが前記シリンダライナの前記外壁から離間されるように、前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される前記シリンダライナを維持することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
主軸受台が前記クランク室によって前記シリンダライナから離間されるように、前記クランク室に沿って前記主軸受台を配置することと、複数のタイロッドで前記シリンダヘッドを前記主軸受台に接続して、前記タイロッドが前記シリンダライナの前記外壁から離間されるように、前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される前記シリンダライナを維持することとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記シリンダライナの反対側に前記クランク室に沿って主軸受台を配置することと、前記クランク室の反対側に前記主軸受台に沿って油溜めを配置することとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記外壁の一部のみに沿って前記マニホールドを配置することと、前記外壁の残りを露出させることを可能にすることとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記シリンダライナは、前記シリンダライナの前記内壁および前記外壁の中へ延在する連結機構なしに、前記シリンダヘッドと前記クランク室との間に固定される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１５年３月１８日に提出された米国特許出願第１４／６６１５２０号の利益を主張し、その全体が参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．本発明の分野
この発明は、一般的に、シリンダライナを含む内燃機関アセンブリ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
内燃機関の製造者は、エンジンの総重量を低減するために間断なく努力する。これは、同様に、燃費および二酸化炭素排出を低減する。たとえば、小型の黒鉛鋳鉄で形成される重量ディーゼルエンジンブロックは、エンジンの総重量を低減するために、複雑な冶金キャストプロセスおよびそれらの外部の壁の洗練されかつコストのかかる形法を用いて設計されてきた。しかしながら、より小さいディーゼルエンジンは、典型的なディーゼルエンジンよりも多くの量の熱を放出する。たとえば、典型的な内燃ディーゼルエンジンの冷却の必要性は、燃やされる燃料によって放出される熱入力の約２０〜２５％に及ぶ。一方で、より小さなエンジンは、通常さらに多くの量の熱を放出し、燃やされる燃料によって放出される熱入力の約２５〜３０％に達する。この損失熱量は、適切な割合でエンジンブロックに配置されるシリンダライナの種々の部分に冷媒を伝えるために、エンジンブロックの内部の壁のさらにより複雑な成形を要求する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高いコストに加えて、複雑な壁の形状は、流体のポケットの停滞を生み出す。このことは、核沸騰およびキャビテーションを伴う課題を含み、エンジンに対して有害であり得る。これらの欠陥は、冷媒の質を向上させること、冷媒の熱勾配を８〜１０℃以下に制限すること、および液体を気泡化させることなく可能な限り冷媒の流れを速めることによって軽減されることができる。しかしながら、これらの方策の全ては、寄生ポンプ損失を増大させ、燃費および二酸化炭素排出の望ましくない増加に反映される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の概要
本発明の１つの局面は、効率的な冷却を備え、かつ燃費または二酸化炭素排出の望ましくない増加を伴わない、低減された重量を提供する強固なエンジンアセンブリを備える。エンジンアセンブリは、シリンダヘッドとクランク室との間に固定される二重壁のシリンダライナを含む。シリンダライナは、外壁と内壁とを含み、それぞれ中心軸を取り囲み、外壁と内壁との間に冷却室を設ける。外壁は、冷却流体を冷却室へまたは冷却室から伝えるために、少なくとも１つのライナ流体ポートを含む。マニホールドは、シリンダヘッドとクランク室との間の外壁の一部に沿って配置される。マニホールドは、冷却流体を冷却室へまたは冷却室から伝えるために、少なくとも１つのライナ流体ポートと位置合わせされる、少なくとも１つのマニホールド流体ポートを含む。
【０００６】
本発明の別の局面は、エンジンアセンブリを製造する方法を提供する。本方法は、シリンダヘッドとクランク室との間にシリンダライナを固定することを含む。本方法はさらに、シリンダヘッドとクランク室との間の外壁の一部に沿ってマニホールドを配置することと、冷却流体を冷却室へまたは冷却室から伝えるために、少なくとも１つのマニホールド流体ポートを少なくとも１つのライナ流体ポートと位置合わせさせることとを含む。
【０００７】
エンジンアセンブリは、ガソリンおよびディーゼル利用の両者で用いられ得、既に開発された設計以上の数多くの利点を達成することが可能である。エンジンアセンブリは、支持または冷媒分配のために、複雑に成形された壁または複雑なエンジンブロック構造の必要がないように設計される。実際、二重壁のシリンダライナが所望の冷却通路を提供し、締付力および推力の全てを伝え得るとき、エンジンブロックおよび冷媒ジャケットはともに省略されることができる。したがって、エンジンの全体のパッケージサイズ、コスト、および重量は低減される。あるいは、エンジンは、自重を低減するために、「開放されたブロック」構造で設計されてもよい。たとえば、シリンダライナが圧力負荷および応力に関して自律可能であり得るとき、アセンブリは、剛性の損失なく、アルミニウムで形成される単純な開放されたブロックを有して設計されることができる。
【０００８】
加えて、二重壁のシリンダライナは、ライナの壁の中へ延在する固定機構なしでシリンダヘッドとクランク室との間の位置に固定され得る。その代わりに、タイロッドがシリンダヘッドとクランク室との間にシリンダライナの外壁に沿って延在し得る。他の方法では、タイロッドは、シリンダヘッドと主軸受台とを接続し得る。この機構は、たとえば高ピークの燃焼圧を有するディーゼルエンジンのために設計されるアルミニウムのシリンダライナなど、シリンダライナがアルミニウムから形成されるとき、特に有利である。
【０００９】
二重壁の構造はまた、より大きな断面係数、したがって同じ負荷積載力に対するより堅固な構造を提供する。堅固な構造は、アセンブリの負荷下でシリンダライナのより小さい変形、したがってより優れたオイル制御につながり、潤滑油消費を低減する。二重壁設計は、単一壁のライナよりも本質的に大きな減衰能も有する。より大きな減衰能は、低周波スペクトルでのより小さい振動、したがってより少ない騒音を意味する。
【００１０】
マニホールドおよびシリンダライナの外壁はまた、複数の流体ポートを有して設計され得、冷媒の流れの旋回を制御し、熱伝導をさらに向上させる。加えて、マニホールドは、単純な低水力学的損失チャネルを有して設計され得、冷媒を冷却室へまたは冷却室から導く。上向きまたは下向き（逆）のいずれかの冷媒の流れが実施され得る。たとえば、逆の冷媒の流れが本質的により効率的な熱伝導を提供するとき、逆の冷媒の流れは、高熱負荷をかけられた動力ユニットとしばしば一体化されて設計される。低い水力学的損失は、ナトリウムカリウム（ＮａＫ）合金またはシリコン系冷媒剤などの、高温冷媒の使用に関係する断熱性利用のための機会を提供する。このことは、組み合わされた熱と動力との構想に好都合であることを証明し得る。マニホールドは、クランク室と一体に鋳造されることができ、シリンダライナを封止するための複雑なガスケット形状の必要性は、最小化され得る、または省略され得る。キャビテーションのない改良された熱伝導も、冷媒の近接および流体流速によって達成され得る。
【００１１】
本発明の他の利点は、添付の図面と結び付けて考慮されたとき、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるように、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示の実施形態に従う、シリンダヘッドとクランク室との間に固定される二重壁のシリンダライナを含むエンジンアセンブリの部分側面断面図である。
【図２】図１に示される例示のエンジンアセンブリの上面図である。
【図３】シリンダライナの側面断面図であって、図１に示される例示のエンジンアセンブリのマニホールドを取り囲む図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
本発明の１つの局面は、ガソリンまたはディーゼルの内燃機関のための強固なエンジンアセンブリ２０を提供する。エンジンアセンブリ２０は、低減された総重量と効率的な冷却を有し、燃費または二酸化炭素排出の望ましくない増加を伴わない。エンジンアセンブリ２０は、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間に固定される二重壁シリンダライナ２２を含む。エンジンアセンブリ２０は、冷却流体３０をシリンダライナ２２へまたはシリンダライナ２２から伝えるために、シリンダライナ２２の一部に沿って配置されるマニホールド２８も含む。
【００１４】
二重壁シリンダライナ２２と、シリンダヘッド２４と、クランク室２６と、マニホールド２８とを含む、例示のエンジンアセンブリ２０が、図１〜３に示される。示されるように、エンジンアセンブリ２０は、好ましくは、エンジンブロックまたは冷却ジャケットなしで設計される。これは、エンジンの総重量を大いに低減する。
【００１５】
例示の実施形態において、シリンダライナ２２は、外壁３２と内壁３４とを含み、外壁３２および内壁３４はそれらの間に冷却室３６を設ける。両壁３２，３４は、中心軸Ａを取り囲み、内壁３４は、外壁３２と中心軸Ａとの間に配置される。シリンダライナ２２の内壁３４は、内燃機関におけるエンジンアセンブリ２０の使用の間に往復するピストン４０を受容するための、燃焼室３８を形成する。外壁３２は、少なくとも１つのライナ流体ポート４２を含み、典型的には、冷却流体３０を冷却室３６へまたは冷却室３６から伝えるために、複数のライナ流体ポート４２を含む。ライナ流体ポート４２の位置および数は、渦流れを制御し、シリンダライナ２２から離れた熱の伝導をさらに向上させるように設計され得る。さらに、エンジンアセンブリ２０の設計は、ナトリウムカリウム合金（ＮａＫ）またはシリコン系オイルが冷却流体３０として用いられることを可能にする。
【００１６】
シリンダライナ２２、およびエンジンアセンブリ２０の他の構成要素は、鉄系材料またはアルミニウム系材料から形成され得る。アルミニウム系材料は、しばしば低減された重量を達成するために好ましい。例示の実施形態において、シリンダライナ２２の外壁３２は、シリンダヘッド２４に係合する外部上端４４からクランク室２６に係合する外部下端４６まで、中心軸Ａに沿って長手方向に延在する。シリンダライナ２２の内壁３４は、外壁３２に平行に延在し、シリンダヘッド２４に係合する内部上端４８からクランク室２６に係合する内部下端５０まで延在する。それぞれの壁３２，３４は、中心軸Ａに面する内面と反対側に面する外面との間で延在する厚さｔを設ける。図に示されるように、壁３２，３４は、複雑な設計よりはむしろ、単純で平坦な構造を有して設計される。しかしながら、壁３２，３４のうち少なくとも１つの厚さｔは、上端４４，４８と下端４６，５０との間で異なっていてもよい。加えて、内壁３４の内面は、通常の方法で磨かれて、ピストン４０が燃焼室３８の中で往復するときに、内壁３４の内面に沿って摺動するピストンリングを収容する。
【００１７】
シリンダライナ２２はさらに、外部下端４６を内部下端５０に接続する、基壁５２を含む。しかしながら、壁３２，３４の上端４４，４８は、冷却室３６への開口部を設ける。この実施形態では、壁３２，３４の上端４４，４８は、ガスケット５４を支持するフランジを提供する。追加のガスケット５４は、シリンダライナ２２の壁３２，３４に沿って、図３に示されるようにたとえばマニホールド２８の近くに、配置され得る。しかしながら、複雑なガスケット形状の必要性は、エンジンアセンブリ２０の単純な設計によって省略される。
【００１８】
図１および図３に示されるように、マニホールド２８は、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間で外壁３２に沿って配置される。マニホールド２８はまた、アルミニウム系または鉄系の材料で形成され、少なくとも１つのマニホールド流体ポート５６を含む。マニホールド流体ポート５６は、冷却流体３０を冷却室３６へまたは冷却室３６から伝えるために、少なくとも１つのライナ流体ポート４２と位置合わせされる。しかしながら、上記に言及されたように、マニホールド２８は、好ましくは、複数のライナ流体ポート４２と位置合わせされる、複数のマニホールド流体ポート５６を有して設計され、渦流れを制御し、シリンダライナ２２からの熱の伝達をさらに向上させる。
【００１９】
例示の実施形態において、マニホールド２８は、円筒形状を有し、外壁３２の大部分が露出されたままであるように、シリンダライナ２２の外壁３２の一部のみを取り囲む。この実施形態において、マニホールド２８は、シリンダライナ２２の外部下端４６に隣接して配置され、クランク室２６と一体に鋳造される。マニホールド２８は、好ましくは、低損失流体圧マニホールド２８であり、冷却流体３０をシリンダライナ２２の底部に配置されるライナ流体ポート４２に運ぶ。逆方向の冷却が所望される場合は、同じマニホールド２８が用いられ得、ライナ流体ポート４２によって流出される冷却流体３０をシリンダライナ２２から離れるように運ぶ。
【００２０】
エンジンアセンブリ２０のシリンダヘッド２４はまた、アルミニウム系材料または鉄系材料で形成され、シリンダライナ２２の上端４４，４８上にある。シリンダヘッド２４は、用いられるエンジンの種類によって様々な異なる設計を備え得る。同様に、クランク室２６は、アルミニウム系材料または鉄系材料から形成され、用いられるエンジンの種類によって様々な異なる設計を備え得る。
【００２１】
図１に示されるように、例示の実施形態のエンジンアセンブリ２０はまた、主軸受台５８と油溜め６０とを含む。主軸受台５８は、シリンダライナ２２の反対側にクランク室２６に接続され、油溜め６０は、クランク室２６の反対側に主軸受台５８に接続される。クランク室２６および主軸受台５８はまた、アルミニウム系材料または鉄系材料から形成され得、用いられるエンジンの種類によって様々な異なる設計を備え得る。
【００２２】
例示のエンジンアセンブリ２０はさらに、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間に固定されるシリンダライナ２２を維持するために、シリンダヘッド２４をクランク室２６に接続する複数のタイロッド６２を含む。図に示されるように、タイロッド６２は、シリンダライナ２２に沿って延在し、外壁３２の外面から離間される。したがって、ボルト、ねじ、または他の連結機構は、シリンダライナ２２に係合しない。これは、特にシリンダライナ２２がアルミニウム系材料で形成されるときに、大きな利点となる。別の方法では、タイロッド６２は、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間に固定されるシリンダライナ２２を維持するために、シリンダヘッド２４を主軸受台５８に接続し得る。この代替的な実施形態では、タイロッド６２は先と同様に、連結機構がシリンダライナ２２の壁の中へ延在しないように、シリンダライナ２２の外壁３２から離間される。
【００２３】
本発明の別の局面は、上記で説明される、強固で低減された重量のエンジンアセンブリ２０を製造するための方法を提供する。本方法は、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間にシリンダライナ２２を固定することを含む。本方法はまた、シリンダライナ２２の反対側にクランク室２６に沿って主軸受台５８を配置することと、クランク室２６の反対側に主軸受台５８に沿って油溜め６０を配置することとを含む。
【００２４】
示された例示の実施形態において、本方法は、タイロッド６２がシリンダライナ２２の外壁３２から離間されるように、タイロッド６２を用いてシリンダヘッド２４をクランク室２６に接続して、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間に固定されるシリンダライナ２２を維持することを含む。代替的な実施形態において、本方法は、タイロッド６２がシリンダライナ２２の外壁３２から離間されるように、タイロッド６２を用いてシリンダヘッド２４を主軸受台５８に接続することを含む。両者の場合において、ボルト、ねじ、または他の連結機構は、シリンダライナ２２の壁の中へ延在しない。
【００２５】
本方法はさらに、シリンダヘッド２４とクランク室２６との間の外壁３２の一部のみに沿ってマニホールド２８を配置することと、その結果として外壁３２の残りが露出されることを可能にすることとを含む。このステップはまた、冷却流体３０をシリンダライナ２２の冷却室３６へまたは冷却室３６から伝えるために、マニホールド流体ポート５６をライナ流体ポート４２と位置合わせすることを含む。
【００２６】
明らかに、上記の教示に照らして、本発明の多くの改良および変更が可能であり、添付された請求項の範囲内に具体的に記載された以外に実施され得る。
【図１】
0006679611.tif 000002
【図２】
0006679611.tif 000003
【図３】
0006679611.tif 000004