JP2013060918A

JP2013060918A - 内燃機関の冷却構造

Info

Publication number: JP2013060918A
Application number: JP2011200803A
Authority: JP
Inventors: Takashi Otowa; 貴史音羽; Nobuyuki Kunihiro; 信幸國弘; Takeshi Kadowaki; 剛門脇
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: JP5721595B2

Abstract

【課題】シリンダライナの肉厚を低減させて軽量化を図ること。
【解決手段】周方向に沿って連続するとともに、一端部外周面から半径方向内側に向かって彫り込まれた周溝２１を備えたシリンダライナ２０と、前記シリンダライナ２０の一端部外周面に嵌って、前記周溝２１を形成する前記シリンダライナ２０の外周面との間に、周方向に沿って連続する冷却水通路１１を形成するとともに、内燃機関運転時における前記シリンダライナ２０の半径方向外側への拡がりを抑制するリング状の補強金物１０と、を備えた内燃機関の冷却構造であって、前記冷却水通路１１に冷却水を導く冷却水穴１２が、前記補強金物１０に穿設されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、船用ディーゼル機関等の内燃機関に適用される内燃機関の冷却構造に関するものである。

船用ディーゼル機関等の内燃機関に適用される内燃機関の冷却構造としては、その内部（壁内）に、シリンダ軸に垂直な平面に対して傾いた冷却穴（以下、「ボアクーリング穴」という。）を備えたシリンダライナが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２１４９３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたシリンダライナでは、図８に示すように、内周面で圧縮応力が最大となり、外周面で引張応力が最大となる。また、上記特許文献１に開示されたシリンダライナでは、最上部外周面に位置するボアクーリング穴（ドリル穴：キリ穴）の出口（木口）における応力集中により応力が高くなる。そのため、上記特許文献１に開示されたシリンダライナでは、肉厚を低減させて軽量化を図ることは困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シリンダライナの肉厚を低減させて軽量化を図ることができる内燃機関の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る内燃機関の冷却構造は、周方向に沿って連続するとともに、一端部外周面から半径方向内側に向かって彫り込まれた周溝を備えたシリンダライナと、前記シリンダライナの一端部外周面に嵌って、前記周溝を形成する前記シリンダライナの外周面との間に、周方向に沿って連続する冷却水通路を形成するとともに、内燃機関運転時における前記シリンダライナの半径方向外側への拡がりを抑制するリング状の補強金物と、を備えた内燃機関の冷却構造であって、前記冷却水通路に冷却水を導く冷却水穴が、前記補強金物に穿設されている。

本発明に係る内燃機関の冷却構造によれば、シリンダライナには、従来採用されていたボアクーリング穴の代わりに冷却用の周溝が形成されており、補強金物に穿設された冷却水穴を介して導かれた冷却水が、冷却水穴の出口から周溝内に噴出し、周溝を形成するシリンダライナの外周面に衝突して、シリンダライナが冷却されることになる。
これにより、従来採用されていたボアクーリング穴をなくし（撤廃し）、ボアクーリング穴の出口における応力集中をなくすことができる。その結果、シリンダライナの肉厚を低減させて軽量化を図ることができる。
また、本発明に係る内燃機関の冷却構造によれば、内燃機関運転時におけるシリンダライナの半径方向外側への拡がりが、補強金物により抑制（拘束）されることになる。
これにより、シリンダライナの肉厚をさらに低減させて、シリンダライナ、シリンダカバーおよび補強金物の外径のさらなる小径化、軽量化を図ることができる。

上記内燃機関の冷却構造において、前記冷却水穴は、前記補強金物の下端面と、前記補強金物の下半部に位置する内周面とを連通する直線状の穴とされているとさらに好適である。

このような内燃機関の冷却構造によれば、補強金物の下端面から補強金物の下半部に位置する内周面に向かって、あるいは補強金物の下半部に位置する内周面から補強金物の下端面に向かって、ドリルを回転させながら進めていくだけで、冷却水穴を補強金物に容易に加工することができる。

上記内燃機関の冷却構造において、前記冷却水穴は、前記補強金物の下端面から上端面に向かって延びるとともに、前記補強金物の下端面において開口し、前記補強金物の上半部内において閉塞する直線状の第１の冷却水穴と、前記補強金物の内周面と、前記第１の冷却水穴とを連通する直線状の第２の冷却水穴と、を備えているとさらに好適である。

このような内燃機関の冷却構造によれば、補強金物の下端面から上端面に向かってドリルを回転させながら進めていくだけで、第１の冷却水穴を補強金物に容易に加工することができ、補強金物の内周面から第１の冷却水穴に向かってドリルを回転させながら進めていくだけで、第２の冷却水穴を補強金物に容易に加工することができる。

本発明に係る内燃機関は、上記いずれかの内燃機関の冷却構造を具備している。

本発明に係る内燃機関によれば、機関全体の小型化および軽量化を図ることができる。

本発明によれば、シリンダライナの肉厚を低減させて軽量化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係るシリンダライナの斜視図である。本発明の第１実施形態に係る内燃機関の冷却構造を示す要部の断面図である。図２の要部を拡大して示す図である。図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。本発明の第２実施形態に係る内燃機関の冷却構造を示す要部の断面図である。図５の要部を拡大して示す図である。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。従来のボアクーリング穴出口に作用する応力を説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るシリンダライナ、シリンダカバーおよび補強金物について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るシリンダライナの斜視図、図２は本実施形態に係る内燃機関の冷却構造を示す要部の断面図、図３は図２の要部を拡大して示す図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。

本発明に係るシリンダライナ、シリンダカバーおよび補強金物は、船用ディーゼル機関等の内燃機関に適用されるものであり、その内部にはピストン（図示せず）が配置され、このピストンがその内周面に沿って摺動することになる。
図２および図３に示すように、本実施形態に係る補強金物１０は、シリンダライナ２０とシリンダカバー４０との接合部近傍（シリンダライナ２０の上端部（一端部））において、シリンダライナ２０の外周面に嵌って、周溝２１を形成するシリンダライナ２０の外周面、およびシリンダカバー４０の下端面との間に、周方向に沿って連続する（第１の）冷却水通路（冷却水流路）１１を形成するとともに、内燃機関運転時（温態時）におけるシリンダライナ２０の半径方向外側への拡がりを抑制（拘束）するリング状（環状）の部材である。

図３および図４に示すように、補強金物１０には、（第１の）冷却水穴１２および（第２の）冷却水穴１３が周方向に沿ってそれぞれ複数本（本実施形態では１４本）ずつ設けられている。冷却水穴１２は、補強金物１０の下端面と、補強金物１０の下半部に位置する内周面とを連通する直線状の穴であり、冷却水穴１３は、補強金物１０の上端面と、補強金物１０の上半部に位置する内周面とを連通する直線状の穴である。また、冷却水穴１２の長手方向軸線（中心軸線）、および冷却水穴１３の長手方向軸線（中心軸線）はそれぞれ、シリンダ軸に垂直な平面に対して傾いている。

図１から図３に示すように、シリンダライナ２０の上端部には、周方向に沿って連続するとともに、シリンダライナ２０の上端部外周面から半径方向内側に向かって彫り込まれた（掘り下げられた）、断面視半円形状を呈する一本の周溝２１が設けられている。また、周溝２１の近傍で、かつ、周溝２１よりもシリンダライナ２０の下端部（他端部）の側に位置するシリンダライナ２０の上端部には、半径方向外側に向かって突出する拡径部（突出部）２２が周方向に沿って連続するようにして設けられている。拡径部２２は、シリンダライナ２０の下端（他端）の側から上端（一端）の側に向かってその外径が漸次（徐々に）拡径する（第１の）湾曲面２３と、シリンダライナ２０の下端の側から上端の側に向かって（略）一定の外径を有する（第１の）側面（外周面）２４と、シリンダ軸に垂直な平面と平行になるように形成された上面（端面）２５とにより形成されている。そして、湾曲面２３の外周端と側面２４の下端とは連続するようにして形成され、側面２４の上端と上面２５の外周端とは連続するようにして形成されている。

また、上面２５の半径方向内側（内周側）には、シリンダライナ２０の下端の側から上端の側に向かって（略）一定の外径を有する（第２の）側面（外周面）２６が、周溝２１を挟み込むようにして設けられている。そして、上面２５の内周端と側面２６の下端とは連続するようにして形成され、シリンダライナ２０の下端の側に位置する側面２６の上端と周溝２１の下端とは連続するようにして形成され、周溝２１の上端とシリンダライナ２０の上端の側に位置する側面２６の下端とは連続するようにして形成されている。

図２および図３中の符号３１は、湾曲面２３、側面２４、および湾曲面２３の内周端と連続するとともに、湾曲面２３の内周端からシリンダライナ２０の下端の側に向かって延びるシリンダライナ２０の外周面との間に水室３２を形成する水室金物である。
また、図２および図３中の符号３３は、シリンダカバー４０の外周面との間に、周方向に沿って連続する（第２の）冷却水通路（冷却水流路）３４を形成する水室金物であり、冷却水通路３４は、冷却水通路１１と連通するようにして形成されている。
そして、図３において矢印で示すように、水室３２内に供給された冷却水は、冷却水穴１２、補強金物１０とシリンダライナ２０との間に形成された冷却水通路１１、冷却水穴１３、補強金物１０とシリンダカバー４０との間に形成された冷却水通路１１を順次通過して、冷却水通路（冷却水流路）３４に導かれることになる。

図２に示すように、シリンダライナ２０の上にはシリンダカバー４０が配置され、シリンダライナ２０の上方に位置する開口が塞がれる（密封される）ようになっている。
シリンダカバー４０は、上部ボアクーリング穴４１と、下部ボアクーリング穴４２とを備えている。
上部ボアクーリング穴４１は、補強金物１０の上方（一方）に位置するシリンダカバー４０の外周面と、補強金物１０の外周面との間に跨るようにして水室金物（カバー外筒）３３が嵌められた際に、シリンダカバー４０の外周面に設けられた（第１の）水室４３と、この水室４３の上方（一方）に位置するシリンダカバー４０の外周面に設けられた（第２の）水室４４とを連通する直線状の穴であり、シリンダカバー４０の周方向に沿って複数本設けられている。また、上部ボアクーリング穴４１の長手方向軸線（中心軸線）は、シリンダ軸に垂直な平面に対して傾いている。

下部ボアクーリング穴４２は、補強金物１０の上方（一方）に位置するシリンダカバー４０の外周面と、補強金物１０の外周面との間に跨るようにして水室金物（カバー外筒）３３が嵌められた際に、水室４３と冷却水通路３４とを連通する直線状の穴であり、シリンダカバー４０の周方向に沿って複数本設けられている。また、下部ボアクーリング穴４２の長手方向軸線（中心軸線）は、シリンダ軸に垂直な平面に対して傾いている。
そして、冷却水通路３４内に供給された冷却水は、下部ボアクーリング穴４２、水室４３、上部ボアクーリング穴４１を順次通過して、水室４４に導かれることになる。

本実施形態に係るシリンダライナ２０、シリンダカバー４０および補強金物１０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、シリンダライナ２０には、従来採用されていたボアクーリング穴の代わりに冷却用の周溝２１が形成されており、補強金物１０に穿設された冷却水穴１２を介して導かれた冷却水が、冷却水穴１２の出口から周溝２１内に噴出し、周溝２１を形成するシリンダライナ２０の外周面に衝突して、シリンダライナ２０が冷却されることになる。
これにより、従来採用されていたボアクーリング穴をなくし（撤廃し）、ボアクーリング穴の出口における応力集中をなくすことができる。その結果、シリンダライナ２０の肉厚を低減させて軽量化を図ることができる。
また、本実施形態に係るシリンダライナ２０、シリンダカバー４０および補強金物１０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、内燃機関運転時におけるシリンダライナ２０の半径方向外側への拡がりが、補強金物１０により抑制（拘束）されることになる。
これにより、シリンダライナ２０の肉厚をさらに低減させて、シリンダライナ２０、シリンダカバー４０および補強金物１０の外径のさらなる小径化、軽量化を図ることができる。

さらに、本実施形態に係るシリンダライナ２０、シリンダカバー４０および補強金物１０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、内燃機関休止時（冷態時）において、補強金物１０の内周面と、シリンダライナ２０の外周面との間に（所定の）隙間が確保され、内燃機関運転時（温態時）において、補強金物１０の内周面がシリンダライナ２０の外周面に接するよう、シリンダライナ２０が有する弾性係数よりも大きい弾性係数を有する金属材料（例えば、シリンダライナ２０がＦＣ２５０で作られている場合には、Ｓ２５ＣまたはＳＳ４００）で補強金物１０が作られている。
これにより、内燃機関休止時（冷態時）における補強金物１０の、シリンダライナ２０からの取り外し作業を容易なものとすることができ、内燃機関運転時（温態時）における（ガスおよび冷却水の）シール性を向上させることができる。
なお、ＦＣ２５０は２５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さが保証された片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄）、Ｓ２５Ｃは炭素含有率０．２５％の一般構造用炭素鋼、ＳＳ４００は４００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さが保証された一般構造用圧延鋼材のことである。

本実施形態に係るシリンダライナ２０または本実施形態に係る内燃機関の冷却構造を具備してなる内燃機関によれば、機関全体の小型化および軽量化を図ることができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るシリンダライナ、シリンダカバーおよび補強金物について、図５から図７を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る内燃機関の冷却構造を示す要部の断面図、図６は図５の要部を拡大して示す図、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。
本実施形態に係る補強金物５０には、（第１の）冷却水穴１２および（第２の）冷却水穴１３の代わりに（第１の）冷却水穴５２、（第２の）冷却水穴５３、および（第３の）冷却水穴５４が設けられており、本実施形態に係るシリンダライナ６０には、周溝２１の代わりに周溝６１が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図５および図６に示すように、本実施形態に係る補強金物５０は、シリンダライナ６０とシリンダカバー４０との接合部近傍（シリンダライナ６０の上端部（一端部））において、シリンダライナ６０の外周面に嵌って、周溝６１を形成するシリンダライナ６０の外周面、およびシリンダカバー４０の下端面との間に、周方向に沿って連続する（第１の）冷却水通路（冷却水流路）５１を形成するとともに、内燃機関運転時（温態時）におけるシリンダライナ６０の半径方向外側への拡がりを抑制（拘束）するリング状（環状）の部材である。

図６および図７に示すように、補強金物５０には、冷却水穴５２および冷却水穴５４が周方向に沿ってそれぞれ複数本（本実施形態では１４本）ずつ設けられている。冷却水穴５２は、補強金物５０の下端面から上端面に向かって延びるとともに、補強金物５０の下端面において開口し、補強金物５０の上半部内において閉塞する（行き止まりとなる）直線状の穴であり、その長手方向軸線（中心軸線）が、シリンダ軸に平行となるようにして穿設されている。冷却水穴５３は、補強金物５０の内周面と、冷却水穴５２とを連通する直線状の穴であり、その長手方向軸線（中心軸線）が、シリンダ軸から放射状に延びる線の上に位置するようにして穿設されている。冷却水穴５４は、補強金物５０の上端面と、補強金物５０の上半部に位置する内周面とを連通する直線状の穴であり、その長手方向軸線（中心軸線）が、シリンダ軸に垂直な平面に対して傾くようにして穿設されている。

図６および図７に示すように、シリンダライナ６０の上端部には、周方向に沿って連続するとともに、シリンダライナ６０の上端部外周面から半径方向内側に向かって彫り込まれた（掘り下げられた）、断面視台形状を呈する一本の周溝６１が設けられている。
そして、図６において矢印で示すように、水室３２内に供給された冷却水は、冷却水穴５２、冷却水穴５３、補強金物５０とシリンダライナ６０との間に形成された冷却水通路６１、冷却水穴５４、補強金物５０とシリンダカバー６０との間に形成された冷却水通路６１を順次通過して、冷却水通路（冷却水流路）３４に導かれることになる。
また、冷却水通路３４内に供給された冷却水は、下部ボアクーリング穴４２、水室４３、上部ボアクーリング穴４１を順次通過して、水室４４に導かれることになる。

本実施形態に係るシリンダライナ６０、シリンダカバー４０および補強金物５０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、シリンダライナ６０には、従来採用されていたボアクーリング穴の代わりに冷却用の周溝６１が形成されており、補強金物５０に穿設された冷却水穴５２，５３を介して導かれた冷却水が、冷却水穴５３の出口から周溝６１内に噴出し、周溝６１を形成するシリンダライナ６０の外周面に衝突して、シリンダライナ６０が冷却されることになる。
これにより、従来採用されていたボアクーリング穴をなくし（撤廃し）、ボアクーリング穴の出口における応力集中をなくすことができる。その結果、シリンダライナ６０の肉厚を低減させて軽量化を図ることができる。
また、本実施形態に係るシリンダライナ６０、シリンダカバー４０および補強金物５０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、内燃機関運転時におけるシリンダライナ６０の半径方向外側への拡がりが、補強金物５０により抑制（拘束）されることになる。
これにより、シリンダライナ６０の肉厚をさらに低減させて、シリンダライナ６０、シリンダカバー４０および補強金物５０の外径のさらなる小径化、軽量化を図ることができる。

さらに、本実施形態に係るシリンダライナ６０、シリンダカバー４０および補強金物５０を備えた内燃機関の冷却構造によれば、内燃機関休止時（冷態時）において、補強金物５０の内周面と、シリンダライナ６０の外周面との間に（所定の）隙間が確保され、内燃機関運転時（温態時）において、補強金物５０の内周面がシリンダライナ６０の外周面に接するよう、シリンダライナ６０が有する弾性係数よりも大きい弾性係数を有する金属材料（例えば、シリンダライナ６０がＦＣ２５０で作られている場合には、Ｓ２５ＣまたはＳＳ４００）で補強金物５０が作られている。
これにより、内燃機関休止時（冷態時）における補強金物５０の、シリンダライナ６０からの取り外し作業を容易なものとすることができ、内燃機関運転時（温態時）における（ガスおよび冷却水の）シール性を向上させることができる。
なお、ＦＣ２５０は２５０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さが保証された片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄）、Ｓ２５Ｃは炭素含有率０．２５％の一般構造用炭素鋼、ＳＳ４００は４００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さが保証された一般構造用圧延鋼材のことである。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、第１実施形態のところで説明した冷却水穴１２および冷却水穴１３、第２実施形態のところで説明した冷却水穴５２、冷却水穴５３、および冷却水穴５４の延びる方向や傾きは、適宜必要に応じて変更され得るものであり、第１実施形態および第２実施形態のところで説明したものに限定されるものではない。

１０補強金物
１１冷却水通路
１２冷却水穴
２０シリンダライナ
２１周溝
５０補強金物
５１冷却水通路
５２（第１の）冷却水穴
５３（第２の）冷却水穴
６０シリンダライナ
６１周溝

Claims

周方向に沿って連続するとともに、一端部外周面から半径方向内側に向かって彫り込まれた周溝を備えたシリンダライナと、
前記シリンダライナの一端部外周面に嵌って、前記周溝を形成する前記シリンダライナの外周面との間に、周方向に沿って連続する冷却水通路を形成するとともに、内燃機関運転時における前記シリンダライナの半径方向外側への拡がりを抑制するリング状の補強金物と、を備えた内燃機関の冷却構造であって、
前記冷却水通路に冷却水を導く冷却水穴が、前記補強金物に穿設されていることを特徴とする内燃機関の冷却構造。
前記冷却水穴は、前記補強金物の下端面と、前記補強金物の下半部に位置する内周面とを連通する直線状の穴とされていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
前記冷却水穴は、前記補強金物の下端面から上端面に向かって延びるとともに、前記補強金物の下端面において開口し、前記補強金物の上半部内において閉塞する直線状の第１の冷却水穴と、前記補強金物の内周面と、前記第１の冷却水穴とを連通する直線状の第２の冷却水穴と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造を具備していることを特徴とする内燃機関。