JP2559299B2 - シリンダライナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溝付シリンダライナに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりエンジンの冷却には通常冷却水
を使用し、乾式ライナの場合にはシリンダブロックに冷
却水通路を設け、湿式ライナの場合にはシリンダブロッ
クのボア部内周面に設けた凹所とライナ外周面とで形成
する通路に冷却水を流し、ライナの下部から上部更には
シリンダヘッドにも循環させてエンジンの冷却を行って
いる。

【０００３】しかしながら、近年、エンジンの性能向上
が必須の要件となり、燃焼室での発生熱量も増大し、燃
焼室近傍のライナ上部の温度がかなり高いものとなって
いる。したがって、コンパクトでしかも高速高荷重のエ
ンジンを設計する上で従来のシリンダの冷却構造では、
特に燃焼室近傍のライナ上部が充分に冷却できないとい
う問題が生じてきた。

【０００４】これに対応するために、ライナ外周面に複
数個の環状溝が形成され、前記複数個の環状溝は複数個
の環状溝群に分けられ、複数個の環状溝の集合した環状
溝群には環状溝同士を連通させるとともに冷却液の出口
と入口をなす２本の軸方向溝がライナ外周面に形成さ
れ、隣接する環状溝群は冷却液の出口と入口とが直列に
連通し、各環状溝群における環状溝の総断面積がライナ
軸方向の下部から上部に向けて小さくなっているシリン
ダライナが提案された。

【０００５】上記において、ライナ上部から下部に向か
う冷却液の流れを説明すると、環状溝群の環状溝を通じ
てライナ外周を周方向に流れた後、その環状溝群の出口
をなす軸方向溝から、隣接する次段の環状溝群の入口を
なす軸方向溝へ移り、この軸方向溝から環状溝群の環状
溝に流入し、ライナ外周を周方向に流れた後、上記と同
様にして、順次隣接する下方の環状溝群に冷却液が移動
する。

【０００６】この際、各環状溝群における環状溝の総断
面積がライナ下部から上部に向かって小さくなっている
ので、ライナ上部の環状溝群の方が流速が大きくなり、
ライナ上部の冷却液の熱伝達係数が大きくなって、ライ
ナ上部の冷却能力が高くなり、ライナ軸方向における温
度勾配（上部で高く、下部で低い）に対応した適切な冷
却を行うものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記シリンダライナに
よって、冷却能力は改善されるが、冷却能力は一定であ
るため、エンジンの負荷に対応したきめ細かな冷却がで
きない。

【０００８】本発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、冷却能力を変えることができるようにして、エンジ
ンの負荷に対応した冷却を行えることを可能にすること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、ライナ
外周面に複数個の環状溝を形成し、これらを互いに連通
する軸方向溝を周方向に離れた位置に２本設けるととも
にこれらに接続する排出溝を設け、且つこれらの溝に開
閉弁を設け、これらの開閉弁を開閉することにより、前
記複数個の環状溝は１以上の環状溝群を適宜形成でき、
２以上の環状溝群にあっては、複数個の環状溝の集合し
た環状溝群の２本の軸方向溝が冷却液の出口と入口をな
し、隣接する環状溝群は冷却液の出口と入口とが直列に
連通し、各環状溝群における環状溝の総断面積がライナ
軸方向の下部から上部に向けて小さくできることを特徴
とする。

【００１０】上記複数個の環状溝群は、各環状溝群が複
数個の環状溝の集合したものでもよいし、あるいはライ
ナ上端側から数えて第１番目の環状溝群は１個の環状溝
からなり、残りの環状溝群が複数個の環状溝の集合した
ものであるものでもよい。

【００１１】そして、環状溝群の数は２、３、あるいは
４以上である。

【００１２】

【作用】このシリンダライナは、複数個の開閉弁がエン
ジンの負荷に応じて開閉される。始動時（アイドル時）
は、複数個の開閉弁のうち、シリンダブロックの冷却液
の供給路に接続する軸方向溝に接続する排出溝に設けら
れた開閉弁のみを閉とし、残りの開閉弁を開にする。こ
のようにすると、冷却液は、シリンダブロックの冷却液
の供給路から、軸方向溝に流入し、軸方向溝から複数個
の環状溝に流入してライナ外周を周方向に流れた後、１
８０度反対側の軸方向溝に流入してそれに続く排出溝を
流れ、排出される。このようにして、始動時（アイドル
時）、複数個の環状溝を流れる冷却液は、後述する中負
荷及び高負荷時に比較して低速で熱伝達係数が低く、過
冷却を防止でき、暖機性が良好で、燃費も少なくでき
る。

【００１３】中負荷時は、複数個の開閉弁を適宜開閉し
て、複数個の環状溝を複数個の環状溝群に分け、複数個
の環状溝の集合した環状溝群の２本の軸方向溝は冷却液
の出口と入口をなし、隣接する環状溝群は冷却液の出口
と入口とが直列に連通し、各環状溝群における環状溝の
総断面積がライナ軸方向の下部から上部に向けて小さく
なるようにする。このようにすると、冷却液は、シリン
ダブロックの冷却液の供給路から、軸方向溝に流入し、
軸方向溝から第１環状溝群の環状溝に流入してライナ外
周を周方向に流れた後、１８０度反対側の軸方向溝に流
入して軸方向溝を流れ、それから第２環状溝群の環状溝
に流入してライナ外周を周方向に流れた後、１８０度反
対側の軸方向溝に流入する。以下同様にして、隣接する
環状溝群に冷却液は順次移っていく。そしてこの場合の
各環状溝群における冷却液の流路の総断面積はライナ軸
方向の下部から上部に向けて小さくなっているので、各
環状溝群を流れる冷却液の流速は、上部の環状溝群ほど
大きくなる。したがって、ライナ上部の冷却液の熱伝達
係数は大きくなり、冷却能力が大きくなって、ライナ軸
方向の温度勾配に対応した適切な冷却が行われる。

【００１４】次に、高負荷時も、複数個の開閉弁を適宜
開閉して、複数個の環状溝を複数個の環状溝群に分け、
複数個の環状溝の集合した環状溝群の２本の軸方向溝は
冷却液の出口と入口をなし、隣接する環状溝群は冷却液
の出口と入口とが直列に連通し、各環状溝群における環
状溝の総断面積がライナ軸方向の下部から上部に向けて
小さくなるようにする。この場合、ライナ上部とライナ
下部の環状溝群における環状溝の総断面積の比が中負荷
時に比べて大きくなるように設定する。このようにする
と、中負荷時の場合と同様に、冷却液は隣接する環状溝
群を順次流れていき、各環状溝群を流れる冷却液の流速
は、上部の環状溝群ほど大きくなる。したがって、ライ
ナ上部の冷却液の熱伝達係数は大きくなり、冷却能力が
大きくなって、ライナ軸方向の温度勾配に対応した適切
な冷却が行われる。そして、中負荷時に比較して、ライ
ナ上部の流速は高く熱伝達係数は高いので、適正なライ
ナ冷却を行える。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１６】直列４気筒９６馬力のディーゼルエンジン
において、内径８４ｍｍφ、行程８９ｍｍのシリンダラ
イナの外周面に冷却液溝を形成した。

【００１７】即ち、図１〜図２に示すように、シリンダ
ライナ１は上端に鍔部２を備え、この鍔部２の下方のラ
イナ外周面３に、軸方向に間隔をおいて２１個の環状溝
４を形成する。そしてライナ周方向の１８０度離れた２
つの位置に、環状溝４同士を連通させる２本の軸方向溝
５，６が形成されている。

【００１８】また、ライナ外周面３の下部には排出溝が
形成されている。即ち、ライナ１の外周面３において、
前記２本の軸方向溝５，６に接続しそれらの軸方向溝
５，６の延長線上に配置する２本の軸方向溝７，８と、
これらの下端に接続しライナ１の軸線に垂直な面内に形
成されている環状溝９と、これに上端が接続しライナ１
の下端まで延びる２本の軸方向溝１０，１１とからな
る。そしてライナ下端まで延びる軸方向溝１０，１１は
周方向において互いに１８０度離れた位置に配置してい
る。そしてそれらの周方向位置は、前記複数個の環状溝
４を連通させる軸方向溝５，６に対してそれぞれ略６０
度同一方向にずれた位置に配置しており、後述するシリ
ンダブロック２０への装着時は、クランクシャフトの主
軸線上に配置する。

【００１９】そして、上記軸方向溝５，６，７，８には
ライナ軸方向に間隔を置いて複数個の開閉弁が設けられ
ている。複数個の開閉弁は、２本の軸方向溝５，６にお
いてライナ上端側から数えて第４番目の環状溝４と第５
番目の環状溝４の間に設けられた２つの開閉弁１２，１
３と、２本の軸方向溝５，６においてライナ上端側から
数えて第７番目の環状溝４と第８番目の環状溝４の間に
設けられた２つの開閉弁１４，１５と、２本の軸方向溝
５，６においてライナ上端側から数えて第９番目の環状
溝４と第１０番目の環状溝４の間に設けられた２つの開
閉弁１６，１７と、環状溝４同士を連通させる２本の軸
方向溝５，６に接続する２本の軸方向溝７，８の上端部
に設けられた２つの開閉弁１８，１９とからなる。

【００２０】そして、上記複数個の環状溝４は矩形断面
をなし、幅及び深さは全て同一であり、また軸方向溝
５，６，７，８，１０，１１も矩形断面をなし、幅及び
深さは全て同一である。またライナ下部の環状溝９は矩
形断面をなし、深さは前記複数個の環状溝４と同一であ
るが、幅が３〜５倍をなす。

【００２１】前記環状の排出溝９はライナ外周面３の全
周にわたって形成したものであるが、全周ではなく、全
周の一部に形成したものでもよい。また、この溝９の下
方の軸方向溝１０，１１はライナ下端まで延びている
が、ライナ下端部がその上方部よりも小径をなしている
シリンダライナにあっては、その下端の小径部の上端位
置まで設ければよい。

【００２２】このシリンダライナ１がシリンダブロック
２０（図２参照）のボア部に嵌装され、このボア部内周
面２１と前記ライナ１の溝４〜１１とで画定される空間
が冷却液流路２２をなす。この場合、シリンダライナ１
は、ライナ下端まで延びる軸方向溝１０，１１がクラン
クシャフトの主軸線上に配置するように装着され、環状
溝４同士を連通する軸方向溝５，６は、クランクシャフ
ト主軸線上から略６０度ずれた周方向位置に配置する。
そして環状溝４同士を連通する軸方向溝５，６のうちの
一方の軸方向溝５に、シリンダブロック２０に設けられ
た冷却液の供給路が接続している。この冷却液の供給路
はシリンダブロック２０の側面から横方向に設けられて
前記軸方向溝５へ直線的に延びており、シリンダブロッ
ク２０のボア部間の横位置に設けられたライナ締結用の
ボルト孔をよけた位置に直線的に設けられている。

【００２３】以下、上記シリンダライナの作用を説明す
る。

【００２４】このシリンダライナは、複数個の開閉弁１
２〜１９がエンジンの負荷に応じて次のように開閉され
る。

【００２５】始動時（アイドル時）は、複数個の開閉弁
１２〜１９のうち、シリンダブロック２０の冷却液の供
給路に接続する軸方向溝５に接続する軸方向溝７に設け
られた開閉弁１８のみを閉とし、残りの開閉弁１２〜１
７，１９を開にする。

【００２６】したがって、冷却油は、シリンダブロック
２０の冷却液の供給路から、図３に示すように、軸方向
溝５の上端部に流入し、軸方向溝５を下方に流れるとと
もに複数個の環状溝４に流入してライナ外周を周方向に
流れた後、１８０度反対側の軸方向溝６に流入して軸方
向溝６を下方に流れ、それから下方の軸方向溝８を通っ
て環状溝９に流入し、環状溝９を周方向に流れて下端の
軸方向溝１０，１１から図示外のクランクシャフトの主
軸上に落下した後、オイルパンに流れ落ちる。このよう
にして、始動時（アイドル時）、複数個の環状溝４を流
れる冷却油は、後述する中負荷及び高負荷時に比較して
低速で熱伝達係数が低く、過冷却を防止でき、暖機性が
良好で、燃費も少なくできる。

【００２７】中負荷時は、複数個の開閉弁１２〜１９の
うち、シリンダブロック２０の冷却液の供給路に接続す
る軸方向溝５においてライナ上端側から数えて第７番目
の環状溝４と第８番目の環状溝４の間に設けられた開閉
弁１４、及び前記軸方向溝５と反対側の軸方向溝６に接
続する軸方向溝８に設けられた開閉弁１９を閉とし、残
りの開閉弁１２〜１３，１５〜１８を開にする。

【００２８】このようにすると、複数個の環状溝４は２
つの環状溝群に分けられる。この２つの環状溝群は、ラ
イナ上端側の第１番目の環状溝４から第７番目の環状溝
４までの第１環状溝群４Ａ、第８番目の環状溝４から最
後の第２１番目の環状溝４までの第２環状溝群４Ｂから
なる。そして、第１環状溝群４Ａにおいて、シリンダブ
ロック２０の冷却液の供給路に接続する軸方向溝５の開
閉弁１４よりも上側が冷却液の入口をなし、反対側の軸
方向溝６の開閉弁１５よりも上側が冷却液の出口をな
し、第２環状溝群４Ｂにおいて、シリンダブロック２０
の冷却液の供給路に接続する軸方向溝５の開閉弁１４よ
りも下側が冷却液の出口をなし、反対側の軸方向溝６の
開閉弁１５よりも下側が冷却液の入口をなし、隣接する
第１環状溝群４Ａと第２環状溝群４Ｂとは冷却液の出口
と入口とが直列に連通してなる。

【００２９】したがって、冷却油は、シリンダブロック
２０の冷却液の供給路から、図４に示すように、軸方向
溝５の上端部に流入し、軸方向溝５を下方に流れるとと
もに、第１環状溝群４Ａの環状溝４に流入してライナ外
周を周方向に流れた後、１８０度反対側の軸方向溝６に
流入して軸方向溝６を下方に流れ、それから第２環状溝
群４Ｂの環状溝４に流入してライナ外周を周方向に流れ
た後、１８０度反対側の軸方向溝５に流入して軸方向溝
５を下方に流れ、下方の軸方向溝７を通って環状溝９に
流入し、環状溝９を周方向に流れて下端の軸方向溝１
０，１１から図示外のクランクシャフトの主軸上に落下
した後、オイルパンに流れ落ちる。

【００３０】以上の場合、２つの環状溝群４Ａ，４Ｂに
おける冷却液の流路の総断面積は１：２の比率となり、
２つの環状溝群４Ａ，４Ｂを流れる冷却油の流速は、下
部の第２環状溝群４Ｂよりも上部の第１環状溝群４Ａの
方が大きくなる。

【００３１】したがって、ライナ上部の冷却油の熱伝達
係数は大きくなり、冷却能力が大きくなって、ライナ軸
方向の温度勾配に対応した適切な冷却が行われる。この
場合、後述する高負荷時に比較して、ライナ上部の流速
は低く熱伝達係数は低いので、適正なライナ冷却を行
え、また、オイルポンプの負荷も過大にならず、燃費も
改善できる。

【００３２】次に、高負荷時は、複数個の開閉弁１２〜
１９のうち、シリンダブロック２０の冷却液の供給路に
接続する軸方向溝５においてライナ上端側から数えて第
４番目の環状溝４と第５番目の環状溝４の間に設けられ
た開閉弁１２、前記軸方向溝５と反対側の軸方向溝６に
おいてライナ上端側から数えて第９番目の環状溝４と第
１０番目の環状溝４の間に設けられた開閉弁１７、及び
シリンダブロック２０の冷却液の供給路に接続する軸方
向溝５に接続する軸方向溝７に設けられた開閉弁１８を
閉とし、残りの開閉弁１３〜１６，１９を開にする。

【００３３】このようにすると、複数個の環状溝４は３
つの環状溝群に分けられる。この３つの環状溝群は、ラ
イナ上端側の第１番目の環状溝４から第４番目の環状溝
４までの第１環状溝群４Ａ、第５番目の環状溝４から第
９番目の環状溝４までの第２環状溝群４Ｂ、第１０番目
の環状溝４から最後の第２１番目の環状溝４までの第３
環状溝群４Ｃからなる。そして、第１環状溝群４Ａにお
いて、シリンダブロック２０の冷却液の供給路に接続す
る軸方向溝５の開閉弁１２よりも上側が冷却液の入口を
なし、反対側の軸方向溝６の開閉弁１３よりも上側が冷
却液の出口をなし、第２環状溝群４Ｂにおいて、シリン
ダブロック２０の冷却液の供給路に接続する軸方向溝５
の２つの開閉弁１２，１６の間が冷却液の出口をなし、
反対側の軸方向溝６の２つの開閉弁１３，１７の間が冷
却液の入口をなし、第３環状溝群４Ｃにおいて、シリン
ダブロック２０の冷却液の供給路に接続する軸方向溝５
の開閉弁１６よりも下側が冷却液の入口をなし、反対側
の軸方向溝６の開閉弁１７よりも下側が冷却液の出口を
なし、隣接する第１環状溝群４Ａと第２環状溝群４Ｂと
は冷却液の出口と入口とが直列に連通し、隣接する第２
環状溝群４Ｂと第３環状溝群４Ｃとは冷却液の出口と入
口とが直列に連通してなる。

【００３４】したがって、冷却油は、シリンダブロック
２０の冷却液の供給路から、図５に示すように、軸方向
溝５の上端部に流入し、軸方向溝５を下方に流れるとと
もに、第１環状溝群４Ａの環状溝４に流入してライナ外
周を周方向に流れた後、１８０度反対側の軸方向溝６に
流入して軸方向溝６を下方に流れ、それから第２環状溝
群４Ｂの環状溝４に流入してライナ外周を周方向に流れ
た後、１８０度反対側の軸方向溝５に流入して軸方向溝
５を下方に流れ、それから第３環状溝群４Ｃの環状溝４
に流入してライナ外周を周方向に流れた後、１８０度反
対側の軸方向溝６に流入して軸方向溝６を下方に流れ、
下方の軸方向溝８を通って環状溝９に流入し、環状溝９
を周方向に流れて下端の軸方向溝１０，１１から図示外
のクランクシャフトの主軸上に落下した後、オイルパン
に流れ落ちる。

【００３５】以上の場合、３つの環状溝群４Ａ，４Ｂ，
４Ｃにおける冷却液の流路の総断面積は４：５：１２の
比率となり、３つの環状溝群４Ａ，４Ｂ，４Ｃを流れる
冷却油の流速は、下部の第３環状溝群４Ｃよりも中央部
の第２環状溝群４Ｂの方が大きく、中央部の第２環状溝
群４Ｂよりも上部の第１環状溝群４Ａの方が大きくな
る。

【００３６】したがって、ライナ上部にいくほど冷却油
の熱伝達係数は大きくなり、冷却能力が大きくなって、
ライナ軸方向の温度勾配に対応した適切な冷却が行われ
る。そして、ライナ上部における冷却油の流速は、前記
中負荷時の場合に比較して高く、ライナ上部を適正に冷
却できる。

【００３７】なお、上記開閉弁１２〜１９は燃料噴射量
（アクセル開度やラック位置）、あるいは冷却液の温度
を検知することにより、電磁的にあるいは油圧、空圧を
利用して、弁を開閉作動させる。

【００３８】なお、上記環状溝４、軸方向溝５，６、排
出溝７〜１１は一例であって、本発明はこれに限られる
ものでないことは言うまでもない。例えば、溝の断面形
状は伝熱面積を大きくとれる矩形としているが、正方
形、Ｖ字形、あるいは半円形などであってもよい。

【００３９】また、上記例では最大で３個の環状溝群を
形成できる例を示したが、本発明はこれに限ることはな
く、この他、最大で２個、あるいは４個以上の環状溝群
を形成できるように開閉弁を設けてもよい。

【００４０】また、上記実施例では、各環状溝群を複数
個の環状溝の集合したものとしたが、この他、ライナ上
端側から数えて第１番目の環状溝群は１個の環状溝と
し、残りの環状溝群を複数個の環状溝の集合したものと
することもできる。

【００４１】また、上記では、冷却液として冷却油を使
用し、それをオイルパンに排出する例を示したが、例え
ば冷却液として冷却水を使用する場合には、シリンダブ
ロックに設けた排出路に冷却水が流出するように構成す
る。勿論、冷却油の場合もシリンダブロックの排出路に
流出させるように構成してもよい。

【００４２】なお、以上の冷却構造はディーゼルエンジ
ンにもガソリンエンジンにも適用できる。また、本冷却
構造はアルミダイカストシリンダブロックや組立式シリ
ンダブロックの採用を可能とする。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のシリンダラ
イナによれば、ライナの軸方向の温度勾配（上部で高
く、下部で低い）に対応した適切な冷却を行うことがで
きる上に、更にエンジンの負荷に対応した適切な冷却を
行うことを可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリンダライナの外周面の一部を示す展開説明
図である。

【図２】シリンダライナを嵌装したシリンダブロックの
ボア部を示し、ライナの軸方向溝の部分で切った縦断面
図である。

【図３】シリンダライナの外周面の一部を示す展開説明
図で、始動時を示す。

【図４】シリンダライナの外周面の一部を示す展開説明
図で、中負荷時を示す。

【図５】シリンダライナの外周面の一部を示す展開説明
図で、高負荷時を示す。

【符号の説明】

１ シリンダライナ ２ 鍔部 ３ ライナ外周面 ４ 環状溝 ４Ａ 第１環状溝群 ４Ｂ 第２環状溝群 ４Ｃ 第３環状溝群 ５，６，７，８ 軸方向溝 ９ 環状溝 １０，１１ 軸方向溝 １２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９ 開
閉弁 ２０ シリンダブロック ２１ ボア部内周面 ２２ 冷却液流路 Ｔ スラスト位置 ＡＴ 反スラスト位置 Ｆ 前位置 Ｒ 後位置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライナ外周面に複数個の環状溝を形成
   し、これらを互いに連通する軸方向溝を周方向に離れた
   位置に２本設けるとともにこれらに接続する排出溝を設
   け、且つこれらの溝に開閉弁を設け、これらの開閉弁を
   開閉することにより、前記複数個の環状溝は１以上の環
   状溝群を適宜形成でき、２以上の環状溝群にあっては、
   複数個の環状溝の集合した環状溝群の２本の軸方向溝が
   冷却液の出口と入口をなし、隣接する環状溝群は冷却液
   の出口と入口とが直列に連通し、各環状溝群における環
   状溝の総断面積がライナ軸方向の下部から上部に向けて
   小さくできることを特徴とするシリンダライナ。
2. 【請求項２】 複数個の環状溝群は、各環状溝群が複数
   個の環状溝の集合したものであることを特徴とする請求
   項１記載のシリンダライナ。
3. 【請求項３】 複数個の環状溝群は、ライナ上端側から
   数えて第１番目の環状溝群が１個の環状溝からなり、残
   りの環状溝群が複数個の環状溝の集合したものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のシリンダライナ。
4. 【請求項４】 環状溝群の数が２、３、あるいは４以上
   であることを特徴とする請求項１、２、又は３記載のシ
   リンダライナ。