JP3142562B2 - 冷却式内燃機関用シリンダライナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水冷式内燃機関、特に２サイクルディーゼル
エンジン用のシリンダライナに関するものである。この
シリンダライナは円筒形の内面を有し、この内面はエン
ジンの燃焼室の範囲を定めるものであり、シリンダライ
ナの中に同軸に回転支持された作動ピストンの案内面を
構成している。このピストンはその上死点でシリンダラ
イナの上端部分に隣接し、この上端部分に多数の細長い
冷却路があり、この冷却路はシリンダライナの円周沿い
に配設されて冷却媒体供給室と冷却媒体吐出室と接続さ
れている。細長い冷却路はそれぞれ上に延びた盲形端部
と冷却路内に長手方向に取り付けられた案内部材とを有
し、この案内部材は冷却路内の水流を冷却路の盲形端部
に向かう上向きの水流と、冷却路の盲形端部から出る水
流とに分割する。

このようなシリンダライナはDE−第2,149,400号明細
書によって知られ、このようなシリンダライナでは、冷
却路の最上部がシリンダライナの負荷の大きい頂部で円
筒形内面に接近した位置にある。これは上に延びた盲形
端部が過大な応力集中を発生させないからである。盲形
冷却路はこのようにしてシリンダライナの熱的負荷と機
械的負荷が最も大きい上部を良く冷却することができ
る。

エンジンに硫黄分の多い燃料を使用する時、特にディ
ーゼルエンジンを重質燃料油で運転する場合には、シリ
ンダライナの円筒形の内部表面の温度を比較的狭い範囲
に入るように制御しなければならず、この温度範囲は硫
酸が内部表面に凝縮するのを防止するために低目に制限
され、かつ、構造材料に対する高温障害を阻止する観点
から高目に制限される。経験によれば、ピストンがその
上死点にある時に上部ピストンシリンダの隣接範囲でシ
リンダライナの内面の温度を200ないし230℃に維持すれ
ば、硫酸の凝縮によるシリンダライナの内面とピストン
自体の内面に集中的に腐蝕摩耗が発生するのを防止する
ことができる。

シリンダライナが例えば鋳鉄製の場合、その望ましい
内面最高温度は約350℃である。これより高い温度では
周知のように鋳鉄材料が膨張し、やかて亀裂が発生する
からである。

シリンダライナ内部の表面温度を制御するための冷却
の必要はエンジンの規定出力によって決まる。周知のよ
うにエンジンは燃費向上のために出力を下げる（低下さ
せる）ように定めることができる。この規定はエンジン
の最大圧力の維持によって満足されるので、シリンダラ
イナの内部の許容作動温度の下限は変らない。出力を絞
ったエンジンにおける冷却を最高速運転時のエンジンに
おける冷却と同程度にすれば、内部表面の温度が非常に
低下して、上述の好ましくない硫酸凝縮が発生する。

先行技術 US−Ａ−第2,572,392号明細書は冷却室を取り囲む装
置で冷却するシリンダライナを開示している。このシリ
ンダライナの外側には断熱帯が設けられており、これは
断熱帯に隣接するシリンダライナ内部表面での硫酸の凝
縮を防止するためである。

GB−Ｂ−第2,019,490号明細書はシリンダライナに関
するものであり、このシリンダライナの上端部には一連
の連続した冷却路があり、この冷却路では、冷却媒体が
冷却路の下側端部に供給され、この冷却路の頂部で半径
方向に延びた孔から排出される。シリンダライナの内部
表面での硫酸の凝縮を阻止するために、合成材料の断熱
管を冷却路に押しつける。冷却路の頂部で半径方向に延
びている孔はシリンダライナを大きい負荷で使用するに
は不適当である。

本発明 本発明の目的は盲形を有し、この盲孔の冷却効果を要
求に応じて変化させ得るシリンダライナを提供すること
にある。

この観点から、本発明に基く上述のシリンダライナ
は、冷却路の長手方向の部分を横断する案内部材が冷却
路の表面の燃焼室の方を向いた部分で水流をほぼ完全に
遮断し、２つの水流すなわち冷却路の盲形端部に向かう
水流とこの盲形端部から出る水流とのうちの１つ以上の
水流を燃焼室から遠去かる方向を向いた冷却路の部分に
案内部材で強制的に接触させる。

案内部材は冷却路の中の水流路表面の燃焼室の法を向
いている部分を横断するのを防止して、冷却路の中の水
流によるこの部分の冷却を防止するので、シリンダライ
ナの内部表面に流入した熱は、冷却媒体に放出されるた
めにはシリンダライナの中を従来よりも長い距離移動し
なければならない。この熱の移動距離が長くなければ温
度勾配が小さくなるので冷却媒体の温度とエンジンの効
率を変化させずにシリンダライナの内部表面の温度の上
昇をおさえることができる。これとは逆に、現用エンジ
ンに適合させた冷却路の部分を遮断する案内部材を使用
するだけで、同じシリンダを速度（出力）の異るエンジ
ンに使用することができる。これでシリンダライナ製造
上標準化の長所を発揮できる。これは規定寸法のエンジ
ンについて１つのタイプのシリンダライナを製造するだ
けで済み、エンジンの規定速度に応じて複数のタイプの
シリンダを製造する必要がないからである。これとは全
く別に、シリンダライナを交換せず、案内部材を交換す
るだけで現用エンジンを新しい速度で使用できるという
顕著な効果が得られる。

特に簡単な形態では、案内部材が半径方向に突出した
２つ以上のリブ又は脚部を有し、このリブ又は脚部が冷
却路の長手方向に延び、その自由縁が冷却路表面に当接
している。また、この案内部材は空間を有し、この空間
はリブ又は脚部と燃焼室の方を向いた冷却路表面とによ
って形成されて、水流阻止用遮断部材が設けられてい
る。リブ又は脚部の自由縁は冷却路表面に当接している
ので、冷却路内での案内部材の位置決めを行ない、それ
を同時に案内部材をその長手方向の広い部分で支持でき
る。これは冷却路が、従って案内部材が代表的な場合に
長さ対直径の比率を25にして取り付けられる大型エンジ
ンにおいて特に重要である。その冷却効果には、リブ又
は脚部の角度の拡大又は縮小、これによる冷却路媒体遮
断部分の拡大又は縮小という要求に応じて、制御可能で
ある。

案内部材に２つのリブがあり、このリブが一方では燃
焼室の方を向いた空間を形成すると共に遮断部材を有
し、他方では燃焼室から遠い方を向いた２本の平行流路
を有するという形態で、冷却媒体が２本の平行流路の一
方の流路を通って上に流れて、他方の流路を通って戻る
ことができる。

案内部材が冷却路よりも直径の小さい管であり、半径
方向に突出した２つ以上のリブ又は脚部がこの管の外側
からのびている好ましい形態では、冷却路の全長に亘っ
て均一で効率の良い冷却効果が得られる。環状空間の管
の外側と冷却路との間に設けられ、この空間の部分を冷
却媒体が流れる時に、その流れは薄膜流となり、これに
よって熱伝達係数を従来の冷却路における冷却媒体の20
0ないし400％まで向上させることができる。これは特に
薄膜流が冷却路表面での局部沸騰を妨げて局部熱伝達を
強く減少させるのである。

また、冷却路内の冷却媒体の流れを冷却路の燃焼室の
方を向いた部分から遮断してもよい。この遮断を行うに
はこの部分に管を設け、この管に材料層が付いており、
この材料層をこの管の外側から冷却路の表面まで充分に
延びているものにする。

図面の簡単な説明 本発明の形態の例を添付略図参照により詳細に説明す
る。添付図面において、 第１図は本発明に基くシリンダライナ有するエンジン
のシリンダの断面図、 第２図は第１図のシリンダライナの上端部分を示す図
面、 第３図は公知の２つの冷却路の断面図、 第４図は本発明に基く冷却路の断面図、 第５図は本発明に基く第２実施例の断面図、 第６図は第５図のシリンダライナの中の冷却路の断面
図、 第７図は本発明に基づく第３実施例の断面図である。

最適な実施例 大型低速ジーゼルエンジン用シリンダライナ１の上端
部分を第１図に示す。この図面ではピストン２はその上
死点の位置にある。シリンダライナ１はシリンダカバー
３を用いてシリンダのフレーム４の緊結されている。環
状の水ジャケット５はシリンダライナの上端部分を取り
囲んで、シリンダライナの半径方向の外側部と共に、環
状の下側の冷却媒体供給室６と環状の上側の冷却媒体吐
出室７を形成しており、この冷却媒体の供給室と吐出室
はシリンダライナの外側部の円周溝のような形状であ
る。シリンダライナの多数の冷却路８は上述の２つの室
を冷却媒体流通可能に係合している。

冷却室からの冷却媒体が作用する時には、冷却媒体は
シリンダライナの下端部分を取り囲み、穿孔形連結路1
0,11を通って下側の冷却媒体供給室に流入し、シリンダ
ライナの円周の周囲に分散し、その後、この冷却媒体で
ある水は冷却路８を通って上側の冷却媒体吐出室に流入
する。冷却媒体は上述の室からエンジンカバーの連結管
14、穿孔路15,分配室16,及び冷却路17を通り、さらに弁
座の中の冷却室18に入り、この冷却室18から排出され
る。

第２図に示すように、シリンダライナは真直ぐで細長
い多数の冷却路８を有し、この冷却路はシリンダライナ
の円周に沿って均一に配設されている。断面がほぼ円形
の円筒路８はシリンダライナの長軸に対して傾斜し、こ
のシリンダライナの内側の上端部分28に向かって上に延
びている。この円筒路の盲形端部25は応力集中軽減のた
めに半球形にしてもよい。

冷却路８はシリンダライナの外側から上端部分の中に
穿孔されている。給水管21は冷却路よりも直径が小さ
く、この冷却路の中に突出している。ここでは簡潔化の
ために１つの冷却路のみを有する給水管を示してある。
この給水管の下端部の突出フランジ22は突出カラー23の
肩部に当接し、このカラー23は冷却媒体の供給室６と吐
出室７を相互分離されている。ブッシング24はこの管状
端部を突出カラーの肩部に封止可能に当接させ、これに
よって冷却媒体供給室６からの冷却媒体を冷却路８への
流入前に強制的に給水管に流入させる。この給水管の上
端部が冷却路の盲形端部に接近しているので、冷却媒体
は盲形端部に集中する噴流の形で接触し、その後に管状
部の外側と冷却路の内部との間の管状空間部分に流れ込
む。この環状空間部分はシリンダライナの内面から離れ
る方向を向いている。この冷却水は環状空間から冷却媒
体吐出室７中に流れ込む。

第３図の矢印Ａは熱が公知の冷却路でエンジン運転時
にシリンダライナの内面から管状部の周囲に環状空間に
どのように流れるかを示している。これによって明らか
なように、熱の移動距離が比較的短く、そのために温度
勾配が大きく、従って強い冷却が行われる。同じシリン
ダライナで冷却路の冷却効果を軽減する必要がある場合
には、その冷却路に本発明に基く案内部材を挿入するこ
とができる。

給水管21の形の案内部材等を有する冷却路の断面を第
４図に示す。この管には、この管の長手方向に延びて半
径方向に突出している２つの突出部又はリブ30があり、
この突出部又はリブの高さは、シリンダライナの応力集
中の軽減のために滑かな丸い形にされた自由縁が冷却路
の表面に正確に当接してこの管の周囲の環状空間を２つ
の部分に分割し、そのうちのシリンダライナ内面に対面
する部分32（黒く塗りつぶして示す）に、管の周囲で第
１リブから第２リブ30まで延びている水平配置形カラー
のような形状の阻止部材を設け、これによって阻止部材
32で水の流れを防止することができる高さである。冷却
媒体は環状空間の第２部分32を通り、冷却媒体吐出室７
の方向に流れ落ちてシリンダライナを冷却する。熱は殆
ど全てが部分33のみで伝達除去されるので、矢印Ｂで示
すように、既に説明したと同様に、熱が長距離移動しな
ければならず、その結果、冷却が緩和される。環状部に
リブ30を設ける代りに、あるいはリブ30と共にリブの間
に、管の外側から冷却路の表面まで延ばした材料層34を
選択的に部分32に設けて、これによって部分32を貫く通
路を遮断してもよい。この案内部材の細部を第４図に示
す。この材料層はポリテトラフルオロエチレン（PFTE）
で作ることができ、管を冷却路の中に押し込んだ時に
「自己潤滑化」作用をする。この材料層は管に接触して
もよいし、固定ピンで固定してもよい。この固定ピンは
ジャケットを管の中に設けた孔に挿入する。ジャケット
は管の長手方向の部分のみを覆い、管の上を向いた端部
は管の直径の１ないし２倍の長さの部分をジャケットが
ないようにしてもよい。その上さらに、ジャケットを孔
の内側部に完全に係合させることは、本発明が意図する
シリンダ冷却緩和の達成の前提条件ではない。

第５図と第６図に本発明に基く更に他の実施例を示
す。この形態では、冷却媒体吐出室７′はシリンダライ
ナの外側で突出するフランジ35の上に配置され、横断方
向の孔36は冷却路８′と冷却媒体吐出室７′を接続して
いる。案内部材38は半径方向に突出した３つの突起部又
は脚部39で構成され、脚部39は冷却路の長手方向に延び
て、この冷却路を３つの部分に分割している。このうち
の部分40を少なくとも案内部材の頂部でシリンダライナ
内面に向け、さらに可能ならば底部を水平配置形板状部
材41の形の阻止部材で遮断する。第２部分42の頂部と底
部が開いているので、冷却媒体が冷却媒体供給室６′か
ら、この部分を貫く冷却路の盲形端部の方向に、上に向
かって流れるが、第３部分43の底部が水平配置形板状部
材44で閉じてあるので、この部分が戻り流路を形成し、
この戻り流路が横断方向の孔36を貫いて冷却媒体吐出室
７′に通じている。

案内部材21,38に、冷却媒体供給室６を冷却媒体吐出
室７に接続するバイパス孔45を設けてもよい。第１図と
第２図に示す形態では管21のバイパス孔が冷却媒体吐出
室７と同じ高さの位置にあるが、第５図に示す形態では
バイパス孔が横断方向の孔36に隣接している。バイパス
孔が冷却媒体を部分的に、例えば冷却水の2/3を冷却媒
体吐出室７に直接流入させるので、本発明に基く案内部
材を用いてもシリンダーフレームを貫通する冷却媒体の
量は変化しない。

以上説明した実施例は、勿論、本発明の請求の範囲に
記載の範囲を逸脱することなく、異る方法で改良するこ
とができる。例えばリブ又は脚を円弧や導路の形にし、
管の断面を非円形、例えば随円形にしてもよい。板状部
材41,44に円弧状で冷却路の表面に当接するカラーを設
けてもよく、或いは板状部材の冷却部の表面の長手方向
の厚さを肉厚にして、このような広い範囲を横断するよ
うに板状部材を冷却路の表面に寄り掛からせば、シリン
ダライナに発生する応力集中が顕著に軽減する。また、
阻止部材を耐熱性、非水溶性で比較的軟質の材料、例え
ば発泡プラスチック材料で作って、部分32又は41で案内
部材に固定してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−46241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−142413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−9737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−76243（ＪＰ，Ａ) 米国特許2572392（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 1/16 F02F 1/14 F01P 3/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水冷式内燃機関、特に２サイクルディーゼ
   ルエンジンに使用されるシリンダライダ（1,1′）であ
   り、エンジンの燃焼室の範囲を定めると共にシリンダラ
   イナ内に作動ピストン（2,2）のための案内面を構成す
   る円筒形内面を有し、該ピストンがその上死点の位置で
   シリンダライナの上端部分に隣接し、該上端部分にはシ
   リンダライナの円周に沿って配置されて冷却媒体供給室
   （6,6′）及び冷却媒体吐出室（7,7）に接続されている
   多数の細長い冷却路（8,8′）があり、細長い各冷却路
   には上に向かって延びた盲形端部（25,25′）と冷却路
   内に長手方向に取り付けられた案内部材（21,38）があ
   り、該案内部材が冷却路内の水流を冷却路の盲端部に向
   かう上向きの流れと冷却路の盲形端部から流出する流れ
   とに分割するシリンダライナにおいて、冷却路の長手方
   向の部分を部分的に横断する案内部材（21,38）が冷却
   路表面の燃焼室の方を向いた部分（32,40）で水流をほ
   ぼ完全に遮断し、他方、冷却路（8,8′）の盲形端部方
   向の流れと冷却路（8,8′）から出る方向の流れとのう
   ち１つ以上の流れが案内部材（21,38）によって冷却路
   の表面の燃焼室から遠去かる方向の部分（33,42,43）に
   強制的に接触させられることを特徴とするシリンダライ
   ナ。
2. 【請求項２】案内部材（21,38）には冷却路の長手方向
   に延びて半径方向に突出した２つ以上のリブ又は脚部
   （30,39）があり、該リブ又は脚部の自由縁が冷却路の
   表面に当接しており、リブ又は脚部（30,39）と冷却路
   表面とによって形成された空間が燃焼室の方を向き該空
   間に水流阻止用の阻止部材（34,41）が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ。
3. 【請求項３】案内部材（38）が３つの脚部又はリブ（3
   9）を有し該脚部又はリブが一方において燃焼室の方向
   を向いて阻止部材（41）を有する空間を形成し、他方に
   おいて燃焼室から遠去かる方向を向く２本の平行な流路
   （42,43）を形成していることを特徴とする請求項２に
   記載のシリンダライナ。
4. 【請求項４】案内部材が冷却路（８）よりも直径の小さ
   い管（21）を有し、その２つ以上の半径方向突出形の突
   起部又はリブ（30）が管の外側から延びていることを特
   徴とする請求項２に記載のシリンダライナ。
5. 【請求項５】案内部材が冷却路よりも直径の小さい管
   （21）であり、該管の燃焼室の方を向く外側に部分的に
   材料層（34）が設けられ該材料層が管の外側から冷却路
   の表面までほぼ完全に延びていることを特徴とする請求
   項１から４の何れか１項に記載のシリンダライナ。
6. 【請求項６】案内部材（31,38）がバイパス孔（45）を
   有し、該バイパス孔（45）は冷却媒体供給室（６）に接
   近して配設され、冷却媒体供給室（６）から前記案内部
   材を経て前記バイパス孔（45）を通って前記冷却水吐出
   室（７）に流れる冷却水の流路を形成することを特徴と
   する請求項１から５の何れか１項に記載のシリンダライ
   ナ。