JP2002364456A - 舶用ディーゼルのシリンダライナ冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダライナの厚さを小さくすることなく
冷却効果を高めることができるシリンダライナ冷却構造
を提供する。 【解決手段】 本発明は、シリンダライナの外周部に形
成される流体用通路に冷却用流体を流して前記シリンダ
ライナを冷却するシリンダライナ冷却構造において、前
記流体用通路内を流れる前記冷却用流体に、乱流を生じ
させるための乱流発生部材を前記流体用通路内に配置し
たシリンダライナ冷却構造に関する。さらに本発明は、
シリンダライナの外周部に形成される流体用通路に冷却
用流体を流して前記シリンダライナを冷却するシリンダ
ライナ冷却構造において、前記冷却用流体の流れ方向を
前記シリンダライナの外周部に対してほぼ垂直にするた
めの流れ方向制御部材、例えばシリンダライナの外周部
に設けられた突起を前記流体用通路内に配置したシリン
ダライナ冷却構造に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、特に舶
用ディーゼルエンジンのシリンダライナを冷却するため
のシリンダライナ冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、例えば舶用ディーゼルエンジ
ンに使用されるシリンダライナはディーゼル動作時に高
い熱負荷を受けており、内燃機関の出力の増大傾向と共
に燃焼による熱負荷はさらに増大している。従って、ピ
ストンの焼き付きを防止するために、熱負荷の増大に対
応してシリンダライナの冷却効果を増大する必要があ
る。シリンダライナを冷却するために二種類の冷却方
式、すなわちボア方式とソリッドライナ方式とが存在し
ている。

【０００３】ボア方式は、シリンダライナの肉厚部分に
孔を形成してこれら孔内に冷却用流体を通過させる冷却
方式である。シリンダライナは一般に鋳造により製造さ
れているので孔をシリンダライナ製造後に形成する必要
があり、加工が複雑になるという問題が存在する。ま
た、冷却効果をさらに高めるために、孔を複雑な形状、
例えばＵ字形状に形成する必要がある。しかしながら、
このような複雑な形状の孔をシリンダライナの肉厚部分
に形成するのは困難である。

【０００４】一方、ソリッドライナ方式は、冷却用流体
をシリンダライナの外周に沿って通過させてシリンダラ
イナを冷却する冷却方式である。この冷却方式を採用し
た場合には、シリンダライナをシリンダライナの周方向
に均一に冷却することができると共に、冷却後のメタル
温度を推定するのが容易となる。例えば特開平第２００
０−２１５１号においては、シリンダライナの外周部と
クランクケースの内周部との間に形成された流体用通路
においてシリンダライナの外周部に隆起部を形成したシ
リンダライナが開示されている。この隆起部とクランク
ケースの内周部とによって絞り部が形成され、冷却用流
体がこの絞り部を通過するときに、冷却用流体は加速さ
れてシリンダライナの特定の部位に衝突する。これによ
り、シリンダライナの特定の部位に対する冷却効果を高
めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな冷却方式では、シリンダライナの特定の部位に対す
る冷却効果を高めることができるが、シリンダライナの
他の部位に対する冷却効果を高めることができない。さ
らに、隆起部が形成されている部分は他の部分よりもシ
リンダライナの厚さが大きくなっているので、この部分
に対する冷却効果は他の部分よりもさらに小さくなる。
また、加速される冷却用流体はシリンダライナの外周部
に対してほぼ平行に流れていて層流状態になっている。
従って、冷却効果をさらに高めるためには、冷却用流体
が流れているシリンダライナの外周部から触火面までの
距離、すなわちシリンダライナの厚さを小さくする必要
がある。ところが、シリンダライナの厚さを小さくする
ことによって、燃焼ガスの圧力変動に対する強度が不足
するので、シリンダライナが破損する場合がある。

【０００６】それゆえ、燃焼ガスの圧力変動に対するシ
リンダライナの強度を低減することなしに、すなわちシ
リンダライナの厚さを小さくすることなしに、シリンダ
ライナに対する冷却効果をさらに高めることが望まれて
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダライ
ナの外周部に形成される流体用通路に冷却用流体を流し
て前記シリンダライナを冷却するシリンダライナ冷却構
造において、前記流体用通路内を流れる前記冷却用流体
に、乱流を生じさせるための乱流発生部材を前記流体用
通路内に配置したシリンダライナ冷却構造を提供する。
乱流が発生して乱流熱伝達作用により流体用通路内にお
ける冷却用流体の温度差が少なくなるので、冷却用流体
をシリンダライナの外周部に対して平行に通過させる場
合、すなわち冷却用流体が層流状態にある場合よりもシ
リンダライナに対する冷却効果を高めることができる。
前記乱流発生部材を前記シリンダライナの外周部に設け
られた突起にしてもよい。

【０００８】さらに本発明は、シリンダライナの外周部
に形成される流体用通路に冷却用流体を流して前記シリ
ンダライナを冷却するシリンダライナ冷却構造におい
て、前記冷却用流体の流れ方向を前記シリンダライナの
外周部に対してほぼ垂直にするための流れ方向制御部材
を前記流体用通路内に配置したシリンダライナ冷却構造
を提供する。従来技術のシリンダライナ冷却構造におい
ては冷却用流体が流体用通路に沿って平行に流れていた
が、本発明によれば冷却用流体をシリンダライナの外周
面に対してほぼ垂直に衝突させる、いわゆるインピンジ
メント冷却により、シリンダライナに対する冷却効果を
高めることができる。前記流れ方向制御部材は、孔を備
えているスリーブ部材であり、前記冷却用流体が前記ス
リーブ部材の外側から前記孔を通って前記シリンダライ
ナの外周部に対してほぼ垂直に流入するようにすること
もできる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施形態の
シリンダライナ冷却構造を有する舶用ディーゼルエンジ
ンの一部分を示している。略円筒形のシリンダボアを有
するシリンダライナ４が、ピストン１の中心軸線Ｏに対
して同心にピストン１周りに配置されている。図１およ
び図２から分かるように、ピストン１はこのシリンダボ
アの内径にほぼ等しい直径を有していて、シリンダライ
ナ４の長手方向に往復運動する。さらに、クランクケー
スまたはウォータージャケット６が中心軸線Ｏに対して
同心にシリンダライナ４周りに配置されている。シリン
ダライナ４は、シリンダライナ４の外周部の一部が半径
方向に凹部を有するよう成形されており、ウォータージ
ャケット６の内周部とこの凹部との間に流体用通路５を
形成している。ウォータージャケット６は入口部６ａお
よび出口部６ｂを有していて、シリンダライナ４を冷却
するための冷却用流体をこの入口部６ａから流体用通路
５に流入させて出口部６ｂから流出させる。図２から分
かるように、複数、例えば四つの出口部６ｂがウォータ
ージャケット６内にほぼ等間隔に形成されている。当然
のことながら、入口部６ａも出口部６ｂとほぼ同様にウ
ォータージャケット６内に形成されている。

【００１０】この第一の実施形態においては、一つまた
は複数の突出部１０がシリンダライナ４の外周部からウ
ォータージャケット６の内周部に向かって半径方向に延
びている。これら突出部は、冷却用流体に乱流を生じさ
せるためのタービュレンスプロモータとして設けられて
いる。図１に示される突出部１０はシリンダライナ４の
外周部から、シリンダライナ４の外周部とウォータージ
ャケット６の内周部との間の距離の約半分まで延びてい
る。一つまたは複数の突出部１０はシリンダライナ４と
共に一体的に鋳造されているのが好ましく、それによ
り、突出部１０を備えたシリンダライナ４を容易に製造
することができる。

【００１１】ウォータージャケット６の入口部６ａは冷
却用流体源７（図示しない）に接続されており、冷却用
流体がこの流体源７からウォータージャケット６の入口
部６ａを通って流体用通路５に進入する。次いで冷却用
流体はシリンダヘッド２に向かうよう流体用通路５内を
上方に流れて、ウォータージャケット６の出口部６ｂを
通ってディーゼルエンジンから流出する。

【００１２】入口部６ａから進入した冷却用流体が流体
用通路５を通過するときに、冷却用流体は一つまたは複
数の突出部１０に衝突する。突出部１０ａの側面に衝突
した冷却用流体は、次いで突出部１０ａの頂面を通過す
る。次いで、突出部１０ａの、冷却用流体の流れに関し
て下流側において渦が発生し、この渦により乱流領域が
形成されることとなる。ディーゼル動作時においてはシ
リンダライナ４の外周部はウォータージャケット６の内
周部よりも高温になっているので、流体用通路５内を流
れる冷却用流体もウォータージャケット６の内周部側よ
りもシリンダライナ４の外周部側の方が高温である。渦
により乱流が生じる乱流熱伝達作用により、ウォーター
ジャケット６の内周部側の冷却用流体とシリンダライナ
４の外周部側の冷却用流体との間における温度差を少な
くすることができる。従って、シリンダライナの厚さを
小さくすることなしに、冷却用流体をシリンダライナの
外周部に対して平行に通過させる場合、すなわち層流状
態にある場合よりもシリンダライナ４に対する冷却効果
を高めることができる。

【００１３】図３は前述した突出部１０の配置状態を模
式的に示すための部分斜視図である。シリンダライナ４
の外周部は実際には略円筒形であるが、分かりやすくす
るために図３ではシリンダライナ４の外周部を平坦面と
して示している。従って、図３において直方体として示
されている突出部１０は、実際にはリング型である。複
数の突出部１０がシリンダライナ４の外周部上にほぼ等
間隔に配置されていてシリンダライナ４の外周部に対し
てほぼ垂直方向にこの外周部から延びている。矢印Ｆは
冷却用流体の流れ方向を示している。

【００１４】図４および図５は突出部１０の別の配置状
態を模式的に示すための部分斜視図である。図３と同様
に分かりやすくするためにシリンダライナ４の外周部を
平坦面として示している。図３においては突出部１０を
細長い一つの直方体として示したが、図４および図５に
おける突出部１０は複数のほぼ同様な寸法の小型直方体
から構成されている。このような場合には、各小型直方
体の間にも冷却用流体が流入するので図３の場合よりも
渦、従って乱流が生じやすくなっており、従ってシリン
ダライナ４に対する冷却効果をさらに高めることができ
る。図４において突出部１０を構成している小型直方体
は、冷却用流体の流れ方向およびこの流れ方向に対して
横断する横断方向に互いに等間隔に整列されている。図
５における小型直方体は流れ方向に対して横断する横断
方向に関しては互いに等間隔に整列されているが、流れ
方向に関しては互いにずれた状態で配置されている。従
って、図４に示される配置状態の突出部よりも図５に示
される配置状態の突出部のほうが、乱流を複雑に発生さ
せられるので、シリンダライナに対する冷却効果をさら
に高めることができる。当然のことながら、図３に示す
配置状態の突出部１０と図４および図５に示す配置状態
の突出部１０とを組み合わせて採用することは本実施形
態に含まれる。

【００１５】図６は本発明の第二の実施形態のシリンダ
ライナ冷却構造を有する舶用ディーゼルエンジンの一部
分を示している。図１と同様に、略円筒形のシリンダボ
アを有するシリンダライナ４が、ピストン１の中心軸線
Ｏに対して同心にピストン１周りに配置されている。ピ
ストン１はこのシリンダボアの内径にほぼ等しい直径を
有していて、シリンダライナ４の長手方向に往復運動す
る。さらに、ウォータージャケット６が中心軸線Ｏに対
して同心にシリンダライナ４周りに配置されている。シ
リンダライナ４は、シリンダライナ４の外周部の一部が
半径方向に凹部を有するよう成形されており、ウォータ
ージャケット６の内周部とこの凹部との間に流体用通路
５を形成している。ウォータージャケット６は入口部６
ａおよび出口部６ｂを有していて、シリンダライナ４を
冷却するための冷却用流体をこの入口部６ａから流体用
通路５に流入させて出口部６ｂから流出させる。

【００１６】この第二の実施形態においては、図１に示
した突出部１０の代わりに、スリーブ１２が流体用通路
５内において中心軸線Ｏに対して同心に設置されてい
る。スリーブ１２の縁部１３、１４は、スリーブ１２に
対して垂直であって互いに反対方向に曲げられている。
冷却用流体の流れに関して上流側および下流側に位置す
るこれら縁部１３、１４はウォータージャケット６の内
周部およびシリンダライナ４の外周部にそれぞれ設置、
例えば溶接されている。図６および図７に示すように、
スリーブ１２には複数の孔１５が形成されており、これ
ら複数の孔１５は互いにほぼ等間隔に整列されている。
スリーブ１２は中心軸線Ｏに対して同心に設置されてい
るので、スリーブ１２内の複数の孔１５はシリンダライ
ナ４の外周部に対してほぼ垂直方向を向くようになる。
孔１５はスリーブ１２の縁部１３、１４の領域には形成
されていない。

【００１７】第一の実施形態の場合と同様に、冷却用流
体が入口部６ａから流体用通路５内に進入する。前述し
たようにスリーブ１２は中心軸線Ｏに対して同心に設置
されていてスリーブ１２の縁部１３がウォータージャケ
ット６の内周部に取り付けられている。従って、冷却用
流体が入口部６ａから出口部６ｂまで通過するために
は、冷却用流体は流体用通路５のウォータージャケット
側領域５ａからスリーブ１２内の孔１５を通ってシリン
ダライナ側領域５ｂまで移動する必要がある。スリーブ
１２内の孔１５はシリンダライナ４の外周部およびウォ
ータージャケット６の内周部に対して垂直方向を向いて
いるので、孔１５を通過する冷却用流体はシリンダライ
ナ４の外周部に対してほぼ垂直に衝突する。次いで冷却
用流体はシリンダライナ側領域５ｂを通って出口部６ｂ
まで流れる。このように冷却用流体を被冷却物の表面に
対して垂直に供給する冷却方法をインピンジ冷却と呼
ぶ。これにより、冷却用流体はシリンダライナ４の外周
部に対してほぼ垂直に衝突することによりシリンダライ
ナを直接的に冷却できるので、シリンダライナの厚さを
小さくすることなしに、冷却用流体をシリンダライナの
外周部に対して平行に通過させる場合よりも、シリンダ
ライナ４をさらに効果的に冷却することができる。

【００１８】図８は本発明の別の実施形態のシリンダラ
イナ冷却構造を有する舶用ディーゼルエンジンの一部分
を示している。図６に示した第二の実施形態の場合には
一つのスリーブ１２が流体用通路５内に設置されていた
が、本実施形態の場合には複数、例えば三つのスリーブ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃが流体用通路５内に例えば溶接
することにより設置されている。第二の実施形態と同様
に、各スリーブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは縁部１３ａ、
１３ｂ、１３ｃおよび縁部１４ａ、１４ｂ、１４ｃによ
ってウォータージャケット６の内周部およびシリンダラ
イナ４の外周部にそれぞれ取り付けられている。前述し
た実施形態と同様に、これら縁部１３ａ、１３ｂ、１３
ｃおよび縁部１４ａ、１４ｂ、１４ｃには孔１５は形成
されていない。

【００１９】入口部６ａから進入した冷却用流体は最初
にスリーブ１２ａの孔１５ａを通ってシリンダライナ４
の外周部に対してほぼ垂直に衝突して、スリーブ１２ｂ
に向かって流れる。次いで、冷却用流体はスリーブ１２
ｂ内の孔１５ｂを通ってシリンダライナ４の外周部に対
してほぼ垂直に衝突して、スリーブ１２ｃに向かって流
れて、スリーブ１２ｃ内の孔１５ｃを通ってシリンダラ
イナ４の外周部に対してほぼ垂直に衝突する。図から分
かるように、本実施形態では冷却用流体が複数回にわた
ってシリンダライナ４の外周部に対してほぼ垂直に衝突
するので、シリンダライナ４に対する冷却効果をさらに
高めることができる。

【００２０】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、冷却用
流体をシリンダライナの外周面に対して平行に通過させ
る場合よりも、シリンダライナに対する冷却効果を高め
ることができるという共通の効果を奏しうる。

【００２１】さらに、請求項１に記載の発明によれば、
冷却用流体に乱流を生じさせることによる乱流熱伝達作
用によってシリンダライナに対する冷却効果をさらに高
めることができるという特別の効果を奏しうる。さら
に、請求項２に記載の発明によれば、流れ方向制御部材
を突出部にすることにより、突出部をシリンダライナと
共に鋳造により一体的に成型できるという特別の効果を
奏しうる。

【００２２】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
冷却用流体をシリンダライナの外周部に対してほぼ垂直
に流入させることによりシリンダライナを直接的に冷却
できるので、シリンダライナに対する冷却効果をさらに
高めることができるという特別の効果を奏しうる。さら
に、請求項４に記載の発明によれば、単純な形状のスリ
ーブをシリンダライナの外周面とウォータージャケット
の内周部との間に配置することにより比較的容易に冷却
効果を高めることができるという特別の効果を奏しう
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態のシリンダライナ冷却
構造を示す長手方向断面図である。

【図２】図１の線Ａ−Ａに沿ってみた横断方向部分断面
図である。

【図３】図１に示す実施形態の配置状態の突出部を示す
部分斜視図である。

【図４】突出部の別の配置状態を示す部分斜視図であ
る。

【図５】突出部のさらに別の配置状態を示す部分斜視図
である。

【図６】本発明の第二の実施形態のシリンダライナ冷却
構造を示す長手方向断面図である。

【図７】図５に示される第二の実施形態の部分詳細図で
ある。

【図８】本発明の別の実施形態を示す長手方向断面図で
ある。

【符号の説明】

１…ピストン ２…シリンダヘッド ４…シリンダライナ ５…流体用通路 ６ａ…入口部 ６ｂ…出口部 ６…ウォータージャケット ７…流体源 １０…突出部 １２…スリーブ １３…縁部 １４…縁部 １５…孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダライナの外周部に形成される流
   体用通路に冷却用流体を流して前記シリンダライナを冷
   却するシリンダライナ冷却構造において、 前記流体用通路内を流れる前記冷却用流体に、乱流を生
   じさせるための乱流発生部材を前記流体用通路内に配置
   したシリンダライナ冷却構造。
2. 【請求項２】 前記乱流発生部材が、前記流体用通路内
   において前記シリンダライナの外周部に設けられた突起
   である請求項１に記載のシリンダライナ冷却構造。
3. 【請求項３】 シリンダライナの外周部に形成される流
   体用通路に冷却用流体を流して前記シリンダライナを冷
   却するシリンダライナ冷却構造において、 前記冷却用流体の流れ方向を前記シリンダライナの外周
   部に対してほぼ垂直にするための流れ方向制御部材を前
   記流体用通路内に配置したシリンダライナ冷却構造。
4. 【請求項４】 前記流れ方向制御部材が、孔を備えてい
   るスリーブ部材であり、前記冷却用流体が前記スリーブ
   部材の外側から前記孔を通って前記シリンダライナの外
   周部に対してほぼ垂直に流入するようにした請求項３に
   記載のシリンダライナ冷却構造。