(57)【要約】【課題】  簡単かつ低コストな構成でありながら、ルーズフィット方式のシリンダライナの冷却効率を効果的に改善することができ、以ってシリンダライナ及びピストンやピストンリングの熱負荷を軽減して、スカッフ等の発生や摩耗等を低減して、信頼性、耐久性を高めることができるシリンダライナ構造を提供する。【解決手段】  本発明は、内燃機関のシリンダブロック３のボアに所定間隙を持って挿入されるシリンダライナ１の構造であって、シリンダライナ１の鍔部１Ａの上下面１Ｂ、１Ｃの摩擦係数μを所定に管理することで、シリンダ内圧力の作用を利用してシリンダライナ１の鍔部１Ａの径を拡大させ、シリンダライナ１の外周とシリンダブロック３のボアの内周との間の前記所定間隙を縮小してシリンダライナ１の冷却効率を高める一方、シリンダヘッドボルト１０の軸力を解放したときにシリンダライナ１の径の拡大が解放されるように構成したことを特徴とする。【選択図】図１
2012197763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックのボアに所定間隙を持って挿入されるシリンダライナの構造であって、
シリンダライナのシリンダブロックへの挿入方向下流端に設けられる径方向に拡張されたシリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数を所定に管理することで、シリンダ内圧力の作用を利用してシリンダヘッドボルトの軸力に抗してシリンダライナの鍔部の径を拡大させ、シリンダライナの外周とシリンダブロックのボアの内周との間の前記所定間隙を縮小してシリンダライナの冷却効率を高める一方、シリンダヘッドボルトの軸力を解放したときにシリンダライナの径の拡大が解放されるように構成したことを特徴とするシリンダライナ構造。
【請求項２】
シリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数μは、
式  μ  ＜  π×Ｄ×Ｔ×Ｐｍａｘ／（Ｆ×Ｎ）
Ｄ：ボア径
Ｔ：シリンダライナにシリンダ内圧力が作用する高さ
Ｐｍａｘ：シリンダ内最大圧力
μ：シリンダライナの鍔部の上下面摩擦係数
Ｆ；ヘッドボルトの軸力
Ｎ：ボルト本数／気筒
により定められることを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックにすき間嵌めにて嵌挿される所謂ルーズフィット方式のシリンダライナ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、商用ディーゼルエンジンなどでは、長距離・長時間に亘る信頼性、耐久性等を確保するために、耐摩耗性に優れる材質で製造されたシリンダライナ（スリーブ）が、エンジンのシリンダブロックの各ボアに挿入されて組み立てられるタイプのエンジンが主流となっている。
【０００３】
このようにシリンダライナ（スリーブ）をエンジンのシリンダブロックのボアに挿入するタイプのエンジンの場合、例えば、オーバーホール等の際に、ボアを摺動面に適したように削り直すような面倒な作業が必要なく、前述したシリンダライナ（スリーブ）を交換することで対応することができるため、整備作業が容易であり大幅にメンテナンスコストを軽減することができる、といった利点がある。
【０００４】
また、整備性等の観点より、シリンダライナ（スリーブ）をシリンダブロックのボアに容易に着脱することができるように、シリンダライナ（スリーブ）は、シリンダブロックのボアにルーズフィット（ｌｏｏｓｅ  ｆｉｔ：すき間嵌め）により嵌挿されることが多い。このようなルーズフィット方式のシリンダライナ構造の一例として、特許文献１等に記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７４１１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したようなルーズフィット方式のシリンダライナの取り付け構造の場合は、シリンダライナ（スリーブ）の外周と、シリンダブロックのボアの内周と、の間にエアギャップが存在することになるため、シリンダライナが高温の燃焼ガスから受けた熱をシリンダブロック側へ伝え難くいと共に、燃焼ガスに晒されて高温となったピストンからピストンリング溝、ピストンリングを介してシリンダライナへ伝達された熱をシリンダブロック側へ伝え難くいため、所謂ウェットライナ方式に比べ、ピストン、ピストンリング、シリンダライナの冷却効率が悪く、熱負荷が大きくなり、スカッフ（溶損）等が生じ易くなったり、ピストンリングやシリンダライナの摩耗等が大きくなるなどのおそれがある。なお、ルーズフィット方式のシリンダライナ取り付け構造は、ウェットライナ方式に対して、ドライライナ方式とも称される。
【０００７】
ウェットライナ方式とは、シリンダライナの外周と、シリンダブロックの内周と、の間に冷却水を流す方式であるが、かかるウェットライナ方式の場合、シリンダライナ自身が燃焼圧を受けて支える必要があることから、シリンダライナの肉厚が厚くなるため、ボアとボアの間の距離を大きくとる必要があるので、エンジンのサイズや重量が嵩むことになるため比較的小さな排気量のエンジンには採用し難いといった実情がある。
【０００８】
このため、ルーズフィット方式のシリンダライナ取り付け構造において、一層冷却効率を高めることにより、熱負荷を軽減して信頼性、耐久性を高めることが求められている。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたものであって、簡単かつ低コストな構成でありながら、ルーズフィット方式のシリンダライナの冷却効率を効果的に改善することができ、以ってシリンダライナ及びピストンやピストンリングの熱負荷を軽減して、スカッフ等の発生や摩耗等を低減して、信頼性、耐久性を高めることができるシリンダライナ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明に係るシリンダライナ構造は、
内燃機関のシリンダブロックのボアに所定間隙を持って挿入されるシリンダライナの構造であって、
シリンダライナのシリンダブロックへの挿入方向下流端に設けられる径方向に拡張されたシリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数を所定に管理することで、シリンダ内圧力の作用を利用してシリンダヘッドボルトの軸力に抗してシリンダライナの鍔部の径を拡大させ、シリンダライナの外周とシリンダブロックのボアの内周との間の前記所定間隙を縮小してシリンダライナの冷却効率を高める一方、シリンダヘッドボルトの軸力を解放したときにシリンダライナの径の拡大が解放されるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、
シリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数μは、
式  μ  ＜  π×Ｄ×Ｔ×Ｐｍａｘ／（Ｆ×Ｎ）
Ｄ：ボア径
Ｔ：シリンダライナにシリンダ内圧力が作用する高さ
Ｐｍａｘ：シリンダ内最大圧力
μ：シリンダライナの鍔部の上下面摩擦係数
Ｆ；ヘッドボルトの軸力
Ｎ：ボルト本数／気筒
により定められることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、ルーズフィット方式のシリンダライナの冷却効率を効果的に改善することができ、以ってシリンダライナ及びピストンやピストンリングの熱負荷を軽減して、スカッフ等の発生や摩耗等を低減して、信頼性、耐久性を高めることができるシリンダライナ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシリンダライナの構造例を示す部分拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るシリンダライナの構造例を実際に内燃機関に適用した場合の計算例の一計算結果を示す図である。
【図３】図２の計算結果を、横軸に筒内最大圧力Ｐｍａｘを取り、縦軸にシリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数μを取って示した図である。
【図４】図２の計算結果を、横軸に筒内圧力作用高さＴを取り、縦軸にシリンダライナの鍔部の上下面の摩擦係数μを取って示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１５】
本実施の形態に係るシリンダライナの取り付け構造は、図１に示すように、ルーズフィット方式のシリンダライナ取り付け構造が採用され、シリンダライナ１の外周と、シリンダブロック３のボアの内周と、の間にすき間（エアギャップ：間隙）２を有して嵌挿支持されている。
【００１６】
図１に示したように、本実施の形態に係るシリンダライナ１には、トップリング４やセカンドリング、オイルリング等をピストンリング溝に所定間隙を有して支持するピストン７が、図１において上下方向に摺動自在に嵌挿されている。
【００１７】
シリンダライナ１の鍔部１Ａは、シリンダライナ１のシリンダブロック３のボアへの挿入方向下流端に設けられ径方向外側に拡張されて張り出しており、この鍔部１Ａの下面１Ｃが、対応するシリンダブロック３のボア拡張部により支持され、図１中下方への位置決めがなされるようになっている。
【００１８】
また、シリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂにはシリンダヘッドガスケット５を介して、シリンダヘッド９が取り付けられている。
【００１９】
シリンダヘッド９は、シリンダヘッドボルト１０により、シリンダブロック３に締結固定され、これによりシリンダヘッド９と、シリンダヘッドガスケット５と、シリンダライナ１の鍔部１Ａと、の間で、ガス洩れ無く燃焼室を形成するようになっている。
なお、図１中、符号８は冷却水が流れるウォータジャケットである。
【００２０】
ここで、ルーズフィット方式のシリンダライナ取り付け構造の場合、図１では誇張して示しているが、シリンダライナ１の外周と、シリンダブロック３のボアの内周と、の間にエアギャップが存在することになるため、シリンダライナ１が高温の燃焼ガスから受けた熱をシリンダブロック３側へ伝え難くいと共に、燃焼ガスに晒されて高温となったピストン７からピストンリング溝、トップリング４等を介してシリンダライナ１へ伝達された熱はシリンダブロック３側へ伝わり難く、所謂ウェットライナ方式に比べ、ピストン７、トップリング４等のピストンリング、シリンダライナ１の冷却効率が悪く、熱負荷が大きくなり、スカッフ（溶損）等が生じ易くなったり、トップリング４等のピストンリングやシリンダライナ１の摩耗等が大きくなるなどのおそれがある。
【００２１】
このため、本実施の形態では、シリンダブロック３のボア拡張部により支持されるシリンダライナ１の鍔部１Ａの下面１Ｃの表面粗さと、シリンダヘッドガスケット５と当接するシリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂの表面粗さを所定に小さく（例えば、鏡面化など）して、シリンダブロック３のボア拡張部とシリンダライナ１の鍔部１Ａの下面１Ｃの間の摩擦係数（摩擦抵抗）と、シリンダヘッドガスケット５とシリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂの間の摩擦係数（摩擦抵抗）と、を所定の小さな値となるように適正に管理するようにする。
【００２２】
これにより、シリンダヘッドボルト１０の軸力（締付力）と、上記各摩擦係数と、シリンダライナ１の剛性と、によって定まるシリンダライナ１の外周方向への拡張限界（拡径限界）を下げ、シリンダ内の圧力（燃焼時の燃焼圧力を含むシリンダ内圧力（筒内圧力））のシリンダライナ１の内周壁への作用により、前記拡張限界（拡径限界）を越えてシリンダライナ１を外周方向に拡張変形（拡径）させることができるようにする。
【００２３】
これにより、内燃機関の燃焼運転中において、図１に示したようなシリンダライナ１の外周と、シリンダブロック３のボアの内周と、の間のエアギャップ２を無くすことができる。
【００２４】
そして、このように、エアギャップ２を無くすことで、シリンダライナ１が高温の燃焼ガスから受けた熱を、或いは燃焼ガスに晒されて高温となるピストン７からピストンリング溝、トップリング４等のピストンリングを介してシリンダライナ１へ伝達される熱を、シリンダブロック３側へ効率良く伝達することができるため、ピストン７、トップリング４等のピストンリング、シリンダライナ１の冷却効率を改善することができ、以って燃焼室周りの熱負荷を低減することができ、スカッフ（溶損）等の発生や、トップリング４等のピストンリングやシリンダライナ１の摩耗等を抑制することができる。
【００２５】
ここで、シリンダライナ１の拡径条件（シリンダライナ１の鍔部１Ａの外周方向への滑り条件）は、以下により定めることができる。
【００２６】
すなわち、
π×Ｄ×Ｔ×Ｐｍａｘ  ＞  μ×Ｆ×Ｎ
Ｄ：ボア径
Ｔ：シリンダライナにシリンダ内圧力（筒内圧力）が作用する高さ
Ｐｍａｘ：シリンダ内最大圧力（最大筒内圧力）
μ：シリンダライナの鍔部の上下面摩擦係数
Ｆ；ヘッドボルトの軸力
Ｎ：ボルト本数／気筒
【００２７】
従って、
μ  ＜  π×Ｄ×Ｔ×Ｐｍａｘ／（Ｆ×Ｎ）
となるように、μを設定する。
【００２８】
なお、本実施の形態では、内燃機関の燃焼運転中において、図１に示したようなシリンダライナ１の外周と、シリンダブロック３のボアの内周と、の間のエアギャップ２を無くして密着させることにより、シリンダライナ１とシリンダブロック３との間の熱の伝達を改善するものであるが、シリンダライナ１を弾性変形内で拡径させることで、分解整備時などにおいてシリンダヘッド９をシリンダブロック３から外す際にシリンダヘッドボルト１０を緩めて軸力を解放したときには、シリンダライナ１は元の径へ縮径することができる。
【００２９】
このため、シリンダライナ１はシリンダブロック３のボアに対して、容易に脱着することができ、従来のルーズフィット方式のシリンダライナと同等の作業性を確保することができる。
【００３０】
このように、本実施の形態によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、ルーズフィット方式のシリンダライナの冷却効率を効果的に改善することができ、以ってシリンダライナ及びピストンやピストンリングの熱負荷を軽減して、スカッフ等の発生や摩耗等を低減して、信頼性、耐久性を高めることができるシリンダライナ構造を提供することができる。
【００３１】
ところで、特許文献１には、軸方向における上部の外周に鍔部を有しており、ライナ胴部の外径が、ライナ装着時にシリンダブロックのボア孔の内周面との間に隙間を有するように形成されている内燃機関用乾式ライナにおいて、前記鍔部の下面または鍔部の上面と下面とに固体潤滑剤を含有した耐熱性の樹脂からなる塗膜が被覆されたシリンダライナ構造が記載されている。
【００３２】
しかしながら、このものは、特許文献１に記載されているように、シリンダライナの鍔部の上下面に固体潤滑剤を塗布することで、シリンダライナの鍔部をシリンダブロックに対して相対的に変形し易くすることで、シリンダライナの内周面に生じる引張応力を緩和することで、燃焼圧変動に伴うシリンダライナの繰り返し変形による損傷等を抑制しようとしたものである。
【００３３】
すなわち、特許文献１に記載のシリンダライナ構造は、特許文献１に記載されているように、シリンダライナ内周面に生じる引張応力を緩和するために燃焼サイクル毎に変形させるものであり、シリンダライナの外周とシリンダブロック３のボアの内周との間のエアギャップを無くして密着させることで、シリンダライナとシリンダブロックとの間の熱の伝達を改善するためにシリンダライナを拡径変形させるものではない。
【００３４】
これに対して、本発明のシリンダライナ構造は、シリンダライナ１の拡径条件（シリンダライナ１の鍔部１Ａの外周方向への滑り条件）を、
π×Ｄ×Ｔ×Ｐｍａｘ  ＞  μ×Ｆ×Ｎ
により定め、
これにより、シリンダライナ１を拡径させた状態として、図１に示したようなシリンダライナ１の外周と、シリンダブロック３のボアの内周と、の間のエアギャップ２を無くして密着させることにより、シリンダライナ１とシリンダブロック３との間の熱の伝達を改善して、シリンダライナ１の冷却効率を高めるようにしたものである。
【００３５】
本実施の形態において、シリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂ、下面１Ｃの表面粗さは、例えば、研磨等によりＲｚ１．０以下程度に管理されることができる。なお、通常のシリンダライナの鍔部の上下面及びこの鍔部を支持するシリンダブロック３のボア上端の径拡張部の表面粗さはＲｚ６．３程度である。従って、例えば、通常のシリンダライナの鍔部表面粗さに対して、本実施の形態のシリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂ、下面１Ｃの表面粗さを、１／５〜１／７、好ましくは１／６．３程度の小さな表面粗さに管理することができる。
【００３６】
なお、上述した式に数値を代入して実際に計算した結果を、図２に示す。
また、その計算結果をグラフ化したものを、図３、図４に示す。
この結果から、例えば、実際の内燃機関の一仕様例（例えば、ボア径Ｄ＝φ１１２ｍｍ、Ｐｍａｘ（最大筒内圧力）＝１５０ｋｇｆ／ｃｍ２、筒内圧作用高さＴ＝１５ｍｍ程度）によれば、所望にシリンダライナの鍔部を拡径することができる鍔部上下面の摩擦係数μは、μ＜０．１２程度となるように設定することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、シリンダライナ１の鍔部１Ａの上面１Ｂ、下面１Ｃの表面粗さを管理することとして説明したが、シリンダライナ１を拡径させてシリンダライナ１の外周とシリンダブロック３のボアの内周との間のエアギャップ２を無くして密着させることでシリンダライナ１とシリンダブロック３との間の熱の伝達を改善してシリンダライナ１の冷却効率を高めることができるものであれば、その他の表面処理（めっき、コーティングなど）を採用することができる。
【００３８】
例えば、固体潤滑剤系（ＰＴＦＥ系コーティング）、二硫化モリブデン系コーティング、グラファイト系コーティング、或いは化成皮膜＋金属石鹸などにより所望の摩擦係数に管理することができる。
【００３９】
ところで、本実施の形態に係るシリンダライナ構造が用いられる内燃機関は、ディーゼル燃焼機関に限定されるものではなく、ガソリンその他の燃料を使用する内燃機関とすることができ、燃焼方式に拘わらず、あらゆる移動式・定置式の内燃機関とすることができる。
【００４０】
以上で説明した本発明に係る一実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、簡単かつ低コストな構成でありながら、ルーズフィット方式のシリンダライナの冷却効率を効果的に改善することができるシリンダライナ構造を提供でき、スカッフ等の発生や摩耗等を低減して信頼性、耐久性を高めることができる点で内燃機関において有益であり、産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００４２】
１      シリンダライナ
１Ａ    鍔部
１Ｂ    鍔部上面
１Ｃ    鍔部下面
２      エアギャップ（間隙）
３      シリンダブロック
４      トップリング
５      ヘッドガスケット
７      ピストン
８      ウォータジャケット
９      シリンダヘッド
１０      シリンダヘッドボルト
【図１】
2012197763.tif 000003
【図２】
2012197763.tif 000004
【図３】
2012197763.tif 000005
【図４】
2012197763.tif 000006