JP2764839B2 - シリンダライナの冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多気筒エンジンにおける
シリンダライナの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近シリンダライナの外周面とシリンダ
ブロックのボア部内周面の一方又は双方に設けた溝に冷
却液を流すシリンダライナの冷却構造が注目されてい
る。これは、古くから用いられているジャケット方式の
冷却構造に比べ、シリンダライナの部位に応じて冷却を
コントロールすることが容易であることによるものであ
る。

【０００３】そしてシリンダライナの軸方向の各部位に
応じた冷却を実現するため、例えば実開昭６３−１６８
２４２号は、外周面に複数の環状溝群を形成したシリン
ダライナを提案している。

【０００４】しかしながら、多気筒エンジンにおいて、
この種の溝付ライナを用いた場合、燃焼室に相対したシ
リンダライナの壁温は、スラスト−反スラスト方向部位
で約１５５℃、クランク軸方向部位で約１８０℃であ
り、クランク軸方向部位を充分に冷却できないことが明
らかになった。そしてこの周方向の温度差はシリンダラ
イナ上部において著しく大きい。

【０００５】上記の問題を解決するため、先に特開平３
−７８５１７号にシリンダライナの外周面を円筒形と
し、周方向溝の溝底はクランク軸方向を長軸、スラスト
−反スラスト方向を短軸とする楕円形としたシリンダラ
イナが提案されている。このシリンダライナの周方向溝
内を流れる冷却液の流速はクランク軸方向部位において
大きくなり、その部位の冷却能力が大きいことが特徴で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの種のシリン
ダライナは、肉厚が周方向において一様でないため、シ
リンダライナの内周面の真円度が低下しやすいこと、お
よび周方向の溝加工にカム旋削を必要とし、生産性が低
いことの二つの問題があった。

【０００７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
ライナの周方向における温度を均一にでき、またライナ
内周面の真円度が低下しにくく、生産も容易とするシリ
ンダライナの冷却構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、多気筒
エンジンのシリンダブロックの各々のシリンダボアにシ
リンダライナが装着され、このシリンダライナの外周面
とシリンダブロックのボア部内周面の一方又は双方に冷
却液溝が形成され、この溝内に冷却液を流通させるシリ
ンダライナの冷却構造において、前記溝内にクランク軸
方向部位の冷却液の流れ状態を乱流とする乱流形成部材
と、それに連続し冷却液の流れ状態を層流とする層流形
成部材とを配設したことを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【作用】冷却液は溝内を高速で流れ、その流れはスラス
ト−反スラスト方向部位では層流形成部材の存在により
層流となるが、クランク軸方向部位では乱流形成部材の
存在により冷却液の流れ状態が乱流となる。このため冷
却液とシリンダライナの間の熱伝達係数はクランク軸方
向部位で大きくなり、シリンダライナの周方向における
温度を均一にできる。

【００１１】

【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。直列４気筒の油冷ディーゼルエンジンにおいて、
シリンダライナの外周面に冷却液溝を形成した。即ち、
図２において、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１８個の環状溝４を形成する。そして、これ
らの環状溝４は３つの環状溝群に分けられる。

【００１２】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３番目の環状溝４までの第１環
状溝群４Ａ、第４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１８番目の環状溝４までの第３環状溝群４Ｃか
らなる。

【００１３】そして第１環状溝群４Ａには、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本の縦方向溝５，６が形成され、一方の縦方向
溝５が冷却液の入口をなし、他方の縦方向溝６が冷却液
の出口をなす。

【００１４】同様に、第２環状溝群４Ｂにも、第１環状
溝群４Ａの縦方向溝５，６と周方向において同一の２つ
の位置に、環状溝４同士を連通させる２本の縦方向溝
７，８が形成され、第１環状溝群４Ａの冷却液の出口側
に位置する縦方向溝７が冷却液の入口をなし、他方の縦
方向溝８が冷却液の出口をなす。

【００１５】また、第３環状溝群４Ｃにも、同様に、第
２環状溝群４Ｂの縦方向溝７，８と周方向において同一
の２つの位置に、環状溝４同士を連通させる２本の縦方
向溝９，１０が形成され、第２環状溝群４Ｂの冷却液の
出口側に位置する縦方向溝９が冷却液の入口をなし、他
方の縦方向溝１０が冷却液の出口をなす。

【００１６】そして、第１環状溝群４Ａの冷却液の出口
をなす縦方向溝６と、第２環状溝群４Ｂの冷却液の入口
をなす縦方向溝７とは、これらの縦方向溝６，７と周方
向において同一の位置に設けられた縦方向溝１１で直列
に連通されている。

【００１７】また、同様に、第２環状溝群４Ｂの冷却液
の出口をなす縦方向溝８と、第３環状溝群４Ｃの冷却液
の入口をなす縦方向溝９とは、これらの縦方向溝８，９
と周方向において同一の位置に設けられた縦方向溝１２
で直列に連通されている。

【００１８】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、第３環
状溝群４Ｃの出口をなす縦方向溝１０の下端に接続しそ
の延長線上に配置する縦方向溝１３と、これの下端に接
続する環状溝１４と、これに上端が接続しライナ１の下
端まで延びる縦方向溝１５とからなる。そしてライナ下
端まで延びる縦方向溝１５は２個設けられ、周方向にお
いて互いに１８０度離れた位置に配置している。

【００１９】なお、これらの排出溝１３，１４，１５
は、冷却液として冷却油を使用し、それをオイルパンに
排出するために形成したものであり、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。

【００２０】上記シリンダライナ１を組み込んだ直列４
気筒の油冷ディーゼルエンジンは、 排気量 ：３ｌ シリンダライナ内径 ：９８ｍｍ 外径 ：１０８ｍｍ 環状溝幅 ：２ｍｍ 深さ ：２．５ｍｍ 冷却油温度（入口） ：１００℃ 流量 ：３０ｌ／ｍｉｎ 運転条件 ：３５００ｒｐｍ、４／４負荷 である。

【００２１】このシリンダライナ１がシリンダブロック
１６（図３参照）の各々のボア部に嵌装され、シリンダ
ブロック１６のボア部内周面１７と前記溝４〜１５とで
画定される空間が冷却液通路１８をなすが（図１及び図
４参照）、第１環状溝群４Ａの３つの環状溝４には冷却
液の流れコントロール部材が装着される。

【００２２】冷却液の流れコントロール部材１９（図１
及び図４参照）は、薄い帯板を螺旋状にねじりそれを円
弧状に曲げた乱流形成部材１９ａと、それに連続し薄い
帯板を単に円弧状に曲げ成形した層流形成部材１９ｂと
から構成された欠円環状の薄板部材で、乱流形成部材１
９ａは部材１９の径方向の相対する部分に一対設けられ
ている。そしてこの冷却液の流れコントロール部材１９
は、乱流形成部材１９ａがクランク軸方向部位になるよ
うに環状溝４内に装着される。

【００２３】上記流れコントロール部材１９の回り止め
は、吸排気ポートを有する２サイクルエンジンのピスト
ンにピストンリングを回り止めする手段などを適宜用い
ればよい。例えば、シリンダライナ１の環状溝４部に設
けた半径方向のピン穴２０にピン２１を打つか（図４参
照）、環状溝４の上下面の一方に軸方向にピンを打つな
どして、そのピンの環状溝４内の突出部が流れコントロ
ール部材１９の乱流形成部材１９ａに係合して回り止め
を行う。

【００２４】そして、冷却液の流れコントロール部材１
９の合口位置は、縦方向溝位置に合わせるようにするの
が好ましい。

【００２５】以下に冷却油の流れを説明すると、シリン
ダブロック１６に設けられた冷却油の供給路を通って、
シリンダライナ１の第１環状溝群４Ａの入口をなす縦方
向溝５に流入した冷却油は、第１環状溝群４Ａの環状溝
４を１８０度反対側の方へ流れていき、第１環状溝群４
Ａの出口をなす縦方向溝６から第２環状溝群４Ｂの入口
をなす縦方向溝７へ流入する。

【００２６】そして、第２環状溝群４Ｂの環状溝４を１
８０度反対側の方へ流れていき、第２環状溝群４Ｂの出
口をなす縦方向溝８から第３環状溝群４Ｃの入口をなす
縦方向溝９へ流入する。

【００２７】そして、第３環状溝群４Ｃの環状溝４を１
８０度反対側の方へ流れていき、第３環状溝群４Ｃの出
口をなす縦方向溝１０からそれに連続する縦方向溝１３
に入り、環状溝１４に流入して、環状溝１４を周方向に
流れて最下端の２つの縦方向溝１５から図示外のクラン
クシャフトの主軸上に落下した後、図示外のオイルパン
に流れ落ちる。

【００２８】以上の場合、３つの環状溝群４Ａ，４Ｂ，
４Ｃにおける環状溝４の総断面積は上部ほど小さくな
り、各環状溝群４Ａ，４Ｂ，４Ｃを流れる冷却油の流速
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
した適切な冷却がなされる。

【００２９】そして、第１環状溝群４Ａにおける冷却油
の流れ状態は、スラスト−反スラスト方向部位では層流
形成部材１９ｂの存在により層流となり、クランク軸方
向部位では乱流形成部材１９ａの存在により乱流とな
る。そのため冷却油とシリンダライナ１との熱伝達係数
がスラスト−反スラスト方向部位よりもクランク軸方向
部位で大きくなるので、ライナ１の周方向における温度
を均一にできる。そして流れコントロール部材１９は薄
板よりなるので、冷却液通路内を流れる冷却液の流れコ
ントロール部材１９の存在による圧力損失の増加を最小
限に抑えることができる。

【００３０】上記直列４気筒の油冷ディーゼルエンジン
について行った熱伝導解析の計算結果によれば、シリン
ダライナ１の燃焼室に相対するライナ壁の温度は以下の
通りとなり、シリンダライナ１の周方向における温度が
均一化されることが示された。 クランク軸方向部位 １６０℃ スラスト−反スラスト方向部位 １５０℃ 比較のため、冷却液の流れコントロール部材１９を使用
しなかった従来の場合は以下の通りであった。 クランク軸方向部位 １８０℃ スラスト−反スラスト方向部位 １５５℃

【００３１】なお、冷却液の流れコントロール部材は上
記で示した形状に限ることはない。例えば冷却液通路の
壁面からの距離が一定の部分と冷却液通路の壁面からの
距離が増減する部分が連なった薄板よりなるものなどで
あればよい。

【００３２】また、上記では、ライナ上部の環状溝に冷
却液の流れコントロール部材を装着したが、勿論これよ
り下方の環状溝にも冷却液の流れコントロール部材を装
着するようにしてもよい。

【００３３】また、上記では３つの環状溝群の例を示し
たが、２あるいは４以上の環状溝群とすることもでき
る。また、本発明の適用される冷却液溝の構成は上記環
状溝群構成に限ることは勿論なく、他の環状溝群構成や
螺旋溝などでもよい。そして、上下の環状溝の間に周方
向に間隔をおいて複数個の縦方向溝が設けられているも
のにあっては、環状溝に上記のように冷却液の流れコン
トロール部材を配設する他、クランク軸方向部位の縦方
向溝に乱流形成部材を配設するのがよい。

【００３４】

【００３５】また、上記例では溝の断面形状が矩形状で
あるが、特に制限はなく、Ｖ字形、半円形などでもよ
い。しかし伝熱面積を大きくするためには矩形や正方形
がよい。

【００３６】そして、上記では、冷却液溝をライナ外周
面３に形成し、シリンダブロック１６のボア部内周面１
７との間で冷却液通路１８を形成したが、シリンダブロ
ック１６のボア部内周面１７に冷却液溝を形成し、これ
とライナ外周面３との間で冷却液通路を形成するように
してもよい。更には、ライナ外周面３とシリンダブロッ
ク１６のボア部内周面１７の双方に冷却液溝を形成する
ようにしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
気筒エンジンにおいて、冷却液の流れ状態をシリンダラ
イナの周方向の部位に応じてコントロールし、シリンダ
ライナの周方向における温度を均一にできる。また、シ
リンダライナの肉厚は均一にできるので、内周の真円度
が低下しにくく、生産性にも優れたものができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリンダライナを嵌装したシリンダブロックに
おいて冷却液の流れコントロール部材を装着した部分の
横断面図である。

【図２】シリンダライナの外周面の一部を示す展開図で
ある。

【図３】シリンダライナを嵌装したシリンダブロックの
平面図である。

【図４】シリンダライナを嵌装したシリンダブロックに
おいて冷却液の流れコントロール部材の回り止めピン部
の縦断面図である。

【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、９、１０、１１、１２ 縦方向溝 １３、１４、１５ 排出溝 １６ シリンダブロック １７ ボア部内周面 １８ 冷却液通路 １９ 冷却液の流れコントロール部材 １９ａ 乱流形成部材 １９ｂ 層流形成部材 ２０ ピン穴 ２１ 回り止めピン Ｔ スラスト位置 ＡＴ 反スラスト位置 Ｆ 前位置 Ｒ 後位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02F 1/16 F01P 3/02 F02F 1/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多気筒エンジンのシリンダブロックの各
   々のシリンダボアにシリンダライナが装着され、このシ
   リンダライナの外周面とシリンダブロックのボア部内周
   面の一方又は双方に冷却液溝が形成され、この溝内に冷
   却液を流通させるシリンダライナの冷却構造において、
   前記溝内にクランク軸方向部位の冷却液の流れ状態を乱
   流とする乱流形成部材と、それに連続し冷却液の流れ状
   態を層流とする層流形成部材とを配設したことを特徴と
   するシリンダライナの冷却構造。