JP2000297639A - 往復動内燃機関のシリンダライナ内壁の温度分布制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 往復動内燃機関のシリンダライナ内面のピス
トン上死点位置におけるピストンリング位置以下の温度
分布を、硫酸の露点以上で潤滑油の油膜の強度を劣化さ
せない温度に制御する方法を提供する。 【解決手段】 シリンダライナ１の上部カラー１ａに、
シリンダライナ１の中心軸線と略平行な方向に穿孔した
冷却水孔１５を設け、該冷却水孔１５に断熱管２１を挿
入して断熱特性を調整することによりシリンダライナ１
内壁の温度分布を調整するに際し、断熱管２１の壁面に
開口２２を形成することにより断熱管２１による断熱特
性を冷却水孔１５の長さ方向に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復動内燃機関の
シリンダライナ内壁の温度分布制御方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の往復動内燃機関のシリンダ
ライナの中心軸線に沿った正面断面図、図３は図２のシ
リンダライナの上部を拡大して示した断面図である。図
２において、１はシリンダライナ、２はライナ支持環で
あり、シリンダライナ１は、その外周がライナ支持環２
の円筒状内面の軸方向略中央に設けられた環状の座２ｂ
に水密に嵌合し、かつ、上部カラー１ａの下面がライナ
支持環２のカラー２ａの上面に当接しており、シリンダ
ライナ１及びライナ支持環２は、シリンダ外衣３上に組
み立て保持されている。

【０００３】シリンダライナ１の上部カラー１ａの上面
には、シリンダカバー４と排気弁筐５の組立体が気密に
当接し、上部カラー１ａの上部外周とシリンダカバー４
の下部外周とを包むように冷却水案内環６が気密に取り
付けられている。図２中７はピストン、８はコネクティ
ングロッド、９はピストン７のピストンリング溝に嵌入
されたピストンリング、１０は排気弁、１１は燃焼室で
ある。図２では２サイクルディーゼル機関の例で示した
ので排気弁１０のみが示されているが、４サイクルディ
ーゼル機関の場合は燃焼室１１の上部には図示しない吸
気弁も備えられている。

【０００４】ピストンリング９はピストン７の外周とシ
リンダライナ１の内壁との隙間の気密を保つように機能
しており、更に、シリンダライナ１内壁のピストン７及
びピストンリング９の摺動範囲は潤滑油により円滑に摺
動するように設計されている。

【０００５】シリンダライナ１の外周とライナ支持環２
の中央部の環状の座２ｂより上部で囲われた環状の空間
はシリンダライナ１を冷却するシリンダライナジャケッ
ト１２を構成している。１３はライナ支持環２に穿孔さ
れてシリンダライナジャケット１２に連通する冷却水入
口孔である。

【０００６】シリンダライナ１の上部カラー１ａとシリ
ンダカバー４の外周及び冷却水案内環６で囲まれた環状
の空間は冷却水通路１４を構成している。

【０００７】シリンダライナ１の上部カラー１ａの内部
には、シリンダライナジャケット１２に連通してシリン
ダライナ１の中心軸線と略平行な方向に穿孔された冷却
水孔１５と、該冷却水孔１５の上端及び冷却水通路１４
に連通してシリンダライナ１の中心軸線と略直角方向
（略半径方向）に穿孔された冷却水孔１６とを形成して
いる。冷却水孔１５，１６は、周方向複数箇所に穿孔さ
れている。

【０００８】更に、シリンダカバー４の内部には、冷却
水通路１４に連通する冷却水孔１７が設けられており、
冷却水孔１７は冷却水孔１８を介して排気弁ジャケット
１９に連通している。

【０００９】次に冷却水の流れを説明すると、冷却水は
冷却水入口孔１３より流入し、シリンダライナジャケッ
ト１２を満たしてシリンダライナ１を冷却し、冷却水孔
１５，１６を通過する間にシリンダライナ１の最上部を
冷却して冷却水通路１４に入る。さらに冷却水孔１７，
１８を通過して排気弁ジャケット１９に入り排気管を冷
却して外部に流出する。

【００１０】燃焼室１１内では、図示しない燃料弁から
の燃料噴射、図示しない吸気弁、排気弁１０の開閉によ
り、ピストン７とピストンリング９の組立体の上下動を
伴う内燃機関の燃焼サイクルが行われ、動力がコネクテ
ィングロッド８を介して出力機構に伝達される。

【００１１】燃焼室１１は、前記燃焼サイクルによって
間欠的に高温に曝される。特にピストン７が圧縮行程か
ら爆発行程の初期の上死点に近い状態ではガス温度が高
く、膨張行程でピストン７が下降するにつれてガス温度
は低下する。

【００１２】図３では、ピストン７とピストンリング９
の組立体が上死点にある時の位置と、燃焼サイクルが行
われている時のシリンダライナ１の内壁の上下方向の温
度分布を示している。

【００１３】図３において、軸Ｙ−Ｙはシリンダライナ
１の中心線であると共に温度グラフのシリンダライナ１
内壁の上下方向の位置を示す縦軸である。軸Ｘ−Ｘは温
度グラフの温度軸で、Ｙ−Ｙ軸との交点を０℃とし矢印
Ａの方向に摂氏で温度を目盛ってある。

【００１４】冷却水孔１５、冷却水孔１６の冷却効果は
高く、温度分布はａ−ｂ−ｃとなるが、燃料に硫黄分を
含む重油を使用する場合、燃焼後にシリンダライナ１の
内壁温度が硫酸の露点温度以下となると硫酸腐食が発生
してシリンダライナ１の腐食磨耗を促進するという問題
がある。特にピストンリング９が摺動する部分では其の
傾向が著しい。しかし、硫酸の露点温度よりも高い適正
温度Ｔ_o（以下、適正温度Ｔ_oと略称する。）以上に保て
ば腐食磨耗を軽減できる。従がって、ピストン７が上死
点位置にある時ピストンリング９の位置（以下、ピスト
ンリング９の上死点位置と略称する。）以下の温度分布
が問題であるが、ピストン７が上死点位置にある間に冷
却水孔１５を通過する冷却水がピストンリング９以下の
シリンダライナ１の内壁を過度に冷却してａ−ｂ−ｃと
いう適正温度Ｔ_oより遥かに低い温度分布にしてしま
う。

【００１５】従来、過度の冷却を防止するために、図３
に示すように、冷却水孔１５に断熱管２０を挿入するこ
とが行われている。しかし、冷却水孔１５に断熱管２０
を挿入して、ピストンリング９の上死点位置を適正温度
Ｔ_oに保とうとすると、温度分布はａ−ｅ−ｃとなっ
て、ピストンリング９の上死点位置以下のシリンダライ
ナ１の摺動部分の温度をＴ₁のようにかえって高めてし
まう。これは硫酸による腐食磨耗の改善にはなるが、潤
滑油の油膜強度を低下させてピストンリング９とシリン
ダライナ１相互の摺動面を傷つけるスカフを発生させ、
焼き付きの危険性を生じるために好ましくない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】そこで断熱管２０の下
端側を切り詰めて短くする試みがなされているが、ピス
トンリング９の上死点位置以下の温度を適正温度Ｔ_oに
制御すると、ａ−ｄ−ｃの如くピストンリング９の上死
点位置の温度が適正温度Ｔ_oより低い温度Ｔ₂となり、さ
らにｄの一部がｂと共通となる温度まで下がるため、適
切な対策とはならないという問題がある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダライ
ナの上部カラーに、シリンダライナの中心軸線と略平行
な方向の冷却水孔を設け、該冷却水孔に断熱管を挿入し
て断熱特性を調整することによりシリンダライナ内壁の
温度分布を調整するに際し、断熱管の壁面に開口を形成
することにより断熱管による断熱特性を冷却水孔の長さ
方向に変化させることを特徴とする往復動内燃機関のシ
リンダライナ内壁の温度分布制御方法、に係るものであ
る。

【００１８】本発明によれば、冷却水孔に挿入される断
熱管の長さとは独立に断熱管の壁面に形成した開口によ
り断熱特性を調整できるため、シリンダライナの内壁の
温度分布を自由に制御できる。

【００１９】従って、ピストンリングの上死点位置以下
のシリンダライナ内壁温度分布を適正温度に保つことが
できる。よって、硫酸による腐食磨耗を軽減し、かつ、
油膜の強度を保持することが可能となり、内燃機関の寿
命向上に寄与することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例を図１
により説明する。なお図１において、従来技術と共通す
る部分については同じ符号を付して説明を省略する。

【００２１】図１において、２１は、シリンダライナ１
の上部カラー１ａに、シリンダライナ１の中心軸線と略
平行な方向に穿孔されている冷却水孔１５に挿入した断
熱管である。断熱管２１の下部の壁面には、複数の円形
孔からなる開口２２が分布して形成されている。

【００２２】図１に示した断熱管２１は、次のように作
用する。断熱管２１の開口２２のない上部については従
来技術と同様に冷却され難いが、開口２２のある下部に
ついては開口２２を通して冷却水が直接冷却水孔１５の
壁面を部分的に冷却することになる。このため、断熱管
２１の長さ、開口２２の大きさ、数及び分布密度などを
適宜調節することにより、ピストンリング９の上死点位
置以下の部分のシリンダライナ１内壁の温度分布を、ａ
−ｆ−ｃの如く所定の範囲を適正温度Ｔ_oに維持するこ
とができ、よって、腐食磨耗を軽減させ、油膜強度低下
に伴うシリンダライナ１とピストンリング９との間での
スカッフや焼き付きを回避することが出来る。

【００２３】なお本発明の実施の形態の一例においては
断熱管２１の一部に円形孔による開口２２を設けること
により熱特性を変える例を説明したが、開口の形状を種
々変更したり、伝熱管の材質や厚み寸法などを組み合わ
せて変更するようにしてもよく、その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で変更は自由であることは勿論であ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダライナの内壁
温度を適正温度に保ちうるため、腐食磨耗を軽減し、シ
リンダライナとピストンリングとの間でのスカッフ、焼
き付きを回避し、内燃機関の信頼性向上に寄与しうると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるシリンダライナ上部冷却構造と
シリンダライナ内壁の温度分布を示す部分拡大断面図で
ある。

【図２】従来技術における内燃機関のシリンダライナ内
壁上部冷却構造を示す正面断面図である。

【図３】図２におけるシリンダライナ上部冷却構造とシ
リンダライナ内壁の温度分布を示す部分拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１ シリンダライナ １ａ 上部カラー １５ 冷却水孔 ２１ 断熱管 ２２ 開口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダライナの上部カラーに、シリン
   ダライナの中心軸線と略平行な方向の冷却水孔を設け、
   該冷却水孔に断熱管を挿入して断熱特性を調整すること
   によりシリンダライナ内壁の温度分布を調整するに際
   し、断熱管の壁面に開口を形成することにより断熱管に
   よる断熱特性を冷却水孔の長さ方向に変化させることを
   特徴とする往復動内燃機関のシリンダライナ内壁の温度
   分布制御方法。