JP3640460B2 - Cylinder liner mounting structure - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックに、径長の異なる二段の鍔部を有するシリンダライナを取り付ける構造における、両鍔部とシリンダブロックとの嵌合部分の寸法設定に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリンダブロックへの嵌合のため、シリンダライナの外周上端に、上段を長径、下段を短径とする上下二段の鍔部を設けた構造は公知となっている。また、シリンダライナは、その上端をシリンダブロックよりやや上方に突出させ、上方よりシリンダヘッドにて抑圧して嵌合を固定する。
【0003】
この構造を、図1の二段鍔部を有するシリンダライナCLのシリンダブロックCBへの取付構造を示す側面断面図にて説明する。図1中、CLはシリンダライナ、CBはシリンダブロック、CHはシリンダヘッドであって、該シリンダライナCLの上端外周部に、上段鍔部1及び下段鍔部2を形成している。なお、Pはピストンである。
【0004】
上段鍔部1及び下段鍔部2とシリンダブロックCBとの間においては、上段鍔部1底部の水平面は、シリンダヘッドCHをシリンダブロックCBに締止するヘッドボルトの締め付けによる抑圧とシリンダライナCLの自重で、シリンダブロックCBの水平面に押当している。シリンダライナCLとシリンダブロックCBには、ヘッドボルトによる締付力の他、シリンダ内の燃焼による熱負荷(シリンダライナCLの熱変形をもたらす。)、筒内圧力(シリンダライナCLのボア内圧)、ピストンの往復動による慣性力等が加わり、その形状や構造的理由から、図1図示の、シリンダブロックCBの曲折部Aと、シリンダライナCLの曲折部Bに応力集中が生じる。この応力集中が過度になると、ごくまれにシリンダライナCLの下段鍔部2上部における曲折部Bに亀裂が発生する場合もある。そして、これらの曲折部A・Bの応力集中の要因の中で、締付力と熱負荷の影響が最も大きいのである。
【0005】
機関運転時のシリンダライナCLの熱変形に関しては、従来より、これに対応するよう、上段鍔部1とシリンダブロックCBとの当接面である上段鍔部嵌合部D1と、下段鍔部2とシリンダブロックCBとの当接面である下段鍔部嵌合部D2に、小さな隙間を設けている。従来、多くの場合は、下段鍔部2直下の冷却水溜まりにて冷却されるので熱変形量が抑えられるため、下段鍔部嵌合部D2の隙間(以後、この隙間の大きさをΔφ2とする。)を小さくし(隙間が大きすぎればフリー状態となって、応力分散の役目を果たさない。)、一方、上段鍔部嵌合部D1は、熱変形量を考慮して、隙間(以後、この隙間の大きさをΔφ1とする。)を大きく設定していた(例えば、Δφ1=0.05mm)。しかし、シリンダブロックCBとシリンダライナCLにかかる応力バランスを考慮した上で両隙間の大きさ(以後、「隙間の大きさ」を単に「隙間」と称する。)Δφ1・Δφ2の関係を設定した構造は今までにない。
【0006】
更に、シリンダライナの外周には、Oリングを環状に嵌合して、上端の上段鍔部からの水洩れを防ぐ構造が公知となっている。前記構成の上下二段の鍔部構造(上段鍔部1及び下段鍔部2)を有するシリンダライナにおいてOリングを設ける構造について、図11の従来のOリングを嵌合したシリンダライナCLのシリンダブロックCBへの取付構造を示す側面断面図より説明する。下段鍔部2に配設するOリング3は、図11の如く、該下段鍔部2に環状に設けた嵌合溝2aに嵌合し、その上下は下段鍔部2に挟まれており、上下の下段鍔部2の肉厚は同一(d1=d2)で、いずれも、シリンダブロックCBとの隙間は、嵌合公差のみとなっているので、該下段鍔部2下方でシリンダライナCLとシリンダブロックCBとの間に形成する冷却水室4とは分離された状態となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
まず、上下二段鍔部(上段鍔部1・下段鍔部2)を有するシリンダライナCLの取付構造においては、二つの応力集中部分である曲折部A・Bに発生する応力に偏りが生じると、シリンダブロックCBまたはシリンダライナCLに応力が多くかかり、最悪の場合は亀裂を生じさせる。即ち、曲折部Aに応力が集中すればシリンダブロックCBに負担が多くなり、曲折部Bに応力が多く発生すればシリンダライナCLの負担が多くなった状態となる。曲折部Aに応力が集中するのは、上段鍔部嵌合部D1の隙間Δφ1が下段鍔部嵌合部D2の隙間Δφ2に比して小さく、極端には、上段鍔部嵌合部D1のみが嵌合状態で、下段鍔部嵌合部D2はフリーであるという状態である。対して、曲折部Bに応力が集中するのは、上段鍔部嵌合部D1の隙間Δφ1が大きくて、極端には、上段鍔部嵌合部D1はフリーで、下段鍔部嵌合部D2のみが嵌合状態であるという状態である。
【0008】
機関運転時には、シリンダライナCLに熱膨張が生じる。機関運転時のシリンダライナCLの温度分布は、上部内径側が高く、外側・下方にいくに従って低温となる。高温で熱膨張の大きい上段鍔部1は、低温でそれほど膨張しないシリンダライナCL本体部を外方向に引きずる格好となり、上段鍔部1と該本体部との境目である曲折部Bには、高い熱応力が生じる。ここで、下段鍔部嵌合部D2にて該本体部の熱膨張を拘束する(即ち、隙間Δφ2を小さくする)と、該曲折部Bの応力は更に増加する。運転時においては、前記のシリンダヘッドCH側からの締付力による曲げ応力に、この熱応力が加わって、曲折部Bは、シリンダライナCLの中で最も応力が高い部位となる。
【0009】
機関運転時のシリンダライナCLの曲折部Bにおける応力を低減する一つの方法としては、上段鍔部1の熱膨張量を抑制すべく、該つば部1の外周を半径方向に拘束し、該上段鍔部1が該シリンダライナCLの本体部を外方向に引きずる力を低減することが考えられる。具体的には、上段鍔部1の外周を、シリンダブロックCBにおける該上段鍔部1の取付孔の内周にて拘束する。即ち、上段鍔部嵌合部D1における隙間Δφ1を小さくする。しかし、この場合、当然ながら、該上段鍔部嵌合部D1におけるシリンダブロックCBの取付孔内周には、該上段鍔部1の熱膨張による半径方向の荷重がかかり、その結果、該シリンダブロックCBの曲折部A分における応力が高くなる。
【0010】
このように、シリンダヘッドCHによる締付力、シリンダライナCLの温度分布、更に隙間Δφ2を一定条件にした場合において、上段鍔部1の熱膨張を支える度合いは、隙間Δφ1に関係し、該隙間Δφ1が小さいほど、その熱膨張を支える度合いは高くなり、シリンダライナCLの曲折部Bの応力は低減するものの、シリンダブロックCBの曲折部Aの応力が高くなる。逆に、大きくすれば、曲折部Aの応力は低くなるが、上段鍔部1の引きずりによるシリンダライナCL本体部の熱膨張によって、曲折部Bの応力は高くなる。一方、シリンダヘッドCHによる締付力、シリンダライナCLの温度分布、更に隙間Δφ1を一定条件にした場合において、隙間Δφ2を小さくすれば、シリンダライナCLの本体部の熱膨張が拘束されるので、シリンダブロックCBの曲折部Aの応力が低くなるものの、シリンダライナCLの曲折部Bの応力が高くなる。逆に、大きくすれば、シリンダライナCL本体部の熱膨張の拘束が低減するので、曲折部Bの応力は低くなるものの、上段鍔部嵌合部D1におけるシリンダブロックCBの取付孔内周は、シリンダライナCLにおける上段鍔部1の熱膨張だけでなく、その本体部の熱膨張まで支えなければならず、曲折部Aの応力が高くなる。
【0011】
なお、機関運転時におけるシリンダライナCLの熱膨張により両曲折部A・B(即ち、シリンダブロックCB・シリンダライナCL)に発生する応力は半径方向の力であり、以上に述べたように、隙間Δφ1・Δφ2に影響されるが、機関運転時のシリンダヘッドCHの締付力により両曲折部A・Bに発生する応力は、垂直方向の力なので、両隙間Δφ1・Δφ2とは殆ど関係ない。従って、シリンダヘッドCHの締付力に熱負荷が加わった荷重条件となる機関運転時における曲折部A・Bの両応力は、隙間Δφ1またはΔφ2に関して反比例的関係となる。
【0012】
これを、図2より説明する。図2は、両隙間Δφ1・Δφ2の関係から求められるシリンダブロックCB(曲折部A)及びシリンダライナCL(曲折部B)の応力に関して図示している。ここで、各曲折部A・B(即ち、シリンダブロックCB及びシリンダライナCL)の応力許容値は異なるものであり、曲折部Aの応力許容値をFA0、曲折部Bの(応力)許容値をFB0とし(総称してF0 とする。)、また、各曲折部にかかる応力値をそれぞれFA 、FB とする(総称してFとする。)。また、φはシリンダブロックCLのボア径である。
【0013】
隙間Δφ2(ここではΔφ2/φ)の違いにより、増減比に差はあるものの、隙間Δφ1が小さすぎれば、曲折部A(シリンダブロックCB)に許容値を超える応力が集中する(FA /FA0>1)。隙間Δφ1を大きくするにつれて、曲折部Aの応力が低減し、曲折部Bへの応力が増加するが、該隙間Δφ1が大きすぎると、曲折部B(シリンダライナCL)に許容値を超える応力が集中して(FB /FB0>1)、やがては、いくら隙間Δφ1を大きくしても応力が変位しない、即ち、前記の上段鍔部嵌合部D1はフリーで、下段鍔部嵌合部D2のみが嵌合状態であるという状態となる。特に応力Fが許容値F0 を超える場合は、曲折部Aと曲折部Bとの間で応力比(F/F0 )が偏っていると、偏った方に亀裂等の不具合が発生しやすくなるので、応力のバランスを確保すること、即ち、両曲折部A・Bにおける応力比を均等にする(FA /FA0=FB /FB0)ことが重要である。また、このように応力比を均等にすると、両曲折部A・Bにおける応力比が、おおよそ1付近(FA /FA0=FB /FB0≒0)であることが、図2のグラフ交点P1・P2・P3・P4で判り、即ち、両曲折部A・Bにかかる応力自体が、許容値を超えるとはいえ、低く抑えられることが判るのである。
【0014】
このように、両曲折部A・Bの応力比が均等になるには、隙間Δφ1と隙間Δφ2との間の関係を解析し、これに基づいて、両隙間Δφ1・Δφ2の関係を設定することが必要である。
【0015】
更に、両曲折部A・Bの応力比が均等となるといえども、応力値が大きすぎれば、両曲折部A・Bとも強度を超える応力が生じて、不具合が発生する。図2で判るように、隙間Δφ2(正しくは、隙間Δφ2のボア径比、即ちΔφ2/φ)を大きくするほど、両曲折部A・Bの応力比が等しくなるグラフ交点P1・P2・P3・P4における応力比の値は大きくなる。従って、不具合を生じさせない限度に隙間Δφ2(Δφ2/φ)の上限を設定しなければならない。一方、隙間Δφ2を小さくすればするほど、グラフ交点P1〜P4で表される両曲折部A・Bにおける応力比の値は小さくなって、シリンダブロックCBとシリンダライナCLの強度上は望ましいが、あまり小さすぎると(例えばΔφ2/φ=0)、嵌合公差以下となってシリンダブロックCBにシリンダライナCLを挿入できなくなる。これらを基に隙間Δφ2を設定することが望まれる。
【0016】
本発明は、以上のようなことに基づき、両隙間Δφ1・Δφ2を一定範囲に設定することにより、シリンダヘッドCHからの締付力、熱負荷、シリンダライナCL内の内圧等、複数の荷重が負荷される機関運転時において、両曲折部A・B(即ち、シリンダブロックCB・シリンダライナCL)の2か所に発生する応力を、設計上、許容できる範囲に収めるものである。
【0017】
また、隙間の大きさ設定に関しては、嵌合部の垂直長、特に、上段鍔部嵌合部D1の垂直長である上段鍔部嵌合深さL1が設定要素となる。上段鍔部嵌合深さL1が増加すると、両曲折部A・Bの応力は一様に増加する。上段鍔部嵌合部D1において、シリンダライナCLの熱膨張を拘束するシリンダブロックCBの取付孔内周には、半径方向の荷重F1 がかかる。この半径方向の荷重F1 は、該曲折部Aを中心とした曲げモーメントMとなって、該曲折部Aに曲げ応力を発生させる。M=∫F1 ・L1dL1であるので、該荷重F1 が同じでも、該上段鍔部嵌合深さL1が大きいと、該曲折部Aの応力は高くなり、逆に小さいと該応力は低くなる。
【0018】
一方、該荷重F1は、シリンダライナCLにも加わって、曲折部Bを中心とする曲げモーメントとなり、該曲折部Bに曲げ応力を発生させる。前記のように、曲折部Bにおける熱応力を低減させるには、上段鍔部嵌合部D1にて熱膨張を拘束することが有効、即ち、該荷重F1を大きくすることが有効であるが、その一方で、荷重Fを増加すれば、曲折部Bにおける曲げ応力を増大することとなる。従って、該曲げ応力を低減すべく、上段鍔部嵌合深さL1を小さくすることが有効である。
【0019】
そして、従来のシリンダライナCLにおけるOリング3の取付構造では、前記のように、下方の冷却水室4とは分離されているので、機関運転中はシリンダライナCLからの高温下となる。これに対処するには、耐熱性のOリングを使用しなければならず、コスト高を招く。また、耐熱性のOリングといえども、耐熱温度には限度があり、機関の高出力化をすすめる上での妨げとなっている。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の如く構成したものである。
請求項1においては、内燃機関のシリンダブロックCBに対し、上段が長径の上段鍔部1で、下段が短径の下段鍔部2となっている二段鍔部を、上端外周に有するシリンダライナCLを嵌合する構造において、上段鍔部1の外側面とシリンダブロックCBの内側面との間には、嵌合深さL1の上段鍔部嵌合部D1を構成し、該上段鍔部嵌合部D1の隙間の大きさをΔφ1とし、下段鍔部2の外側面とシリンダブロックCBの内側面との間には、下段鍔部嵌合部D2を構成し、該下段鍔部嵌合部D2の隙間の大きさをΔφ2とし、シリンダライナCLのボア径をφとすると、Δφ1=Δφ2+(4〜8)×10-4φ、Δφ2=(0.2〜1.0)×10-3φと設定したものである。
【0021】
請求項2においては、請求項1記載のシリンダライナ取付構造において、上段鍔部嵌合部D1の嵌合高さをL1とすると、L1=(0.02〜0.05)φとしたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面より説明する。図1はシリンダライナCL上部の二段鍔部のシリンダブロックCBへの取付部分を示す側面断面図、図2はΔφ2/φを4段階に設定した場合におけるΔφ1/φに対する曲折部A・Bにおける各応力比FA /FA0,FB /FB0の変移を示す図、図3は図2中の各応力比曲線を説明する表、図4はL1/φを3段階に設定した場合におけるΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図、図5はL1/φ=2%、φ=φ’の場合のΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図、図6はL1/φ=2%、φ=φ”の場合のΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図である。
【0023】
図7は両曲折部A・Bの応力比を等しくした場合でL1/φを3段階に設定した場合におけるΔφ2/φに対する応力比の変位を示す図、図8はΔφ2=0で上段鍔部1に嵌合部がない場合のボア径φに対する曲折部A・Bにおける各応力比FA /FA0,FB /FB0の変移を示す図、図9は本発明のシリンダライナCLに付設したOリング3の冷却構造を示す側面断面図、図10は本発明のシリンダライナCL全周の一部範囲に冷却水室4からOリング3への連通路4aを設けた実施例を示す図9中Z−Z線断面図、図11は従来のOリングを付設したシリンダライナCLの冷却構造を示す図である。
【0024】
本発明の実施例に係る図1図示のシリンダライナCLは、上段鍔部1の厚みは(0.08〜0.12)φ、上段鍔部1の外径は(1.25〜1.35)φ、本体部肉厚は(0.07〜0.12)φであって、上段鍔部1の厚みが本体部肉厚等に比してさほど大きくないタイプで、外側面よりボアに連通する冷却水孔を穿設したタイプではない。(ボア径φが大きなタイプではこのボア冷却構造を取ることが多い。)
【0025】
図1図示のシリンダライナ取付構造において、図2及び図3図示のグラフの説明は前記の従来技術において述べ、その中から、本発明の課題及び解決手段について説明した。補足説明すると、隙間Δφ2は、0、0.0005φ、0.001φ、0.01φの4段階に設定されており、図2において、隙間Δφ2の各段階に応じて、シリンダライナCL(曲折部B)の応力比グラフX1・X2・X3・X4、及びシリンダブロックCB(曲折部A)の応力比グラフY1・Y2・Y3・Y4を表している。
【0026】
本発明は、まず、図2においてグラフ交点P1〜P4にて示される両曲折部A・Bの応力比が等しくなる(FA /FA0=FB /FB0)ための両隙間Δφ1・Δφ2の関係を求めることであり、更にもう一つは、応力が許容値を大きく超えてしまわないための隙間Δφ2を設定することである。
【0027】
まず、前者の、両曲折部A・Bの応力比が等しくなる(FA /FA0=FB /FB0)ための両隙間Δφ1・Δφ2の関係を求めるため、図4図示の、両曲折部A・Bの応力比が均等となる場合の両隙間Δφ1・Δφ2の関係について検討する。
上段鍔部嵌合深さL1を三段階に設定し、それぞれの設定下でグラフを図示しているが、いずれも、隙間Δφ1(Δφ1/φ)が、隙間Δφ2(Δφ2/φ)に対して比例的に増加し、該隙間Δφ2(Δφ2/φ)がある大きさに達すれば、両応力比が均等となる隙間Δφ1(Δφ1/φ)は一定となることが判る。
これは、隙間Δφ1がシリンダライナCLの熱変形量を超えてしまって、もはや上段鍔部嵌合部D1がフリーとなっている状態であり、両曲折部A・Bにかかる応力比は均等とはいえども、この部分は除外する。即ち、図4の各グラフの中の、線形関係を呈する両隙間Δφ1・Δφ2の範囲を採用する。この範囲での両隙間Δφ1・Δφ2の関係は、数1のように表される。
【0028】
【数1】
【0029】
また、数1に示す関係は、上段鍔部嵌合部D1の垂直長、即ち図1に示す上段鍔部嵌合深さL1、筒内圧力、ヘッドボルト(シリンダヘッドCH)の締付力、シリンダライナCLとシリンダブロックCBの部材温度(即ち、シリンダライナCL取付部付近の冷却構造)等によって異なる。これらの要因中で、上段鍔部嵌合深さL1が、数1に示す関係に最も影響を与える。図4においても、上段鍔部嵌合深さL1の対ボア径比を2%、5%、10%の各段階に設定し、それぞれの段階で、シリンダライナCLとシリンダブロックCB(両曲折部A・B)の応力比が均等となる両隙間Δφ1・Δφ2の関係を示すように、グラフを表している。
【0030】
図4において、三本のグラフを比較検討すると、線形関係の傾きは変わらないので、数式1におけるΔφ2/φに対するΔφ1/φの比例定数(この場合は1)は上段鍔部嵌合深さL1の違いによっては変わらず、ただ、縦軸切片を表すKの値が上段鍔部嵌合深さL1にて左右されるのである。
【0031】
ボア径φが異なる場合もこれと同様であって、図5と図6とは、いずれも上段鍔部嵌合部D1のボア径比を一定にした場合(どちらも2%)の、両曲折部A・B即ちシリンダライナCLとシリンダブロックCBとの応力比が均等となる両隙間Δφ1・Δφ2の関係を示したものであって、図5はボア径φをφ’、図6はボア径φをφ”(>φ’)と設定している。図5と図6の両グラフを比較すると、やはり縦軸切片が変化するのみで、比例定数に変わりはないことが判る。即ち、ボア径φの値は、数1のKの決定要因である。
【0032】
以上のことから、シリンダライナCLとシリンダブロックCBの応力を均等とするための隙間Δφ1の対ボア径比の設定式である数1において、上段鍔部嵌合深さL1とボア径φを考慮すれば、K=(4〜8)×10-4となる。数1を、隙間Δφ1の大きさを求める式に置換すると、数2のようになるのである。
【0033】
【数2】
【0034】
ここで、上段鍔部嵌合深さL1に関しては、前記の従来技術のように、大きすぎると曲折部A・Bの応力が高くなり、シリンダライナCL及びシリンダブロックCBの負担が大きくなる。また、小さすぎると、上段鍔部嵌合部D1における面圧が高くなりすぎるという不具合がある。そこで、数1のように、K=(4〜8)×10-4となるように上段鍔部嵌合深さL1を設定する。この許容範囲で上段鍔部嵌合深さL1を限定すると、数3のようになる。
【0035】
【数3】
【0036】
次に、シリンダライナCLとシリンダブロックCB(両曲折部A・B)における応力比の大きさに関連して、隙間Δφ2の大きさを設定する。シリンダライナCL及びシリンダブロックCB(両曲折部A・B)にかかる応力比が均等であるとして、その応力比の大きさF/F0 (=FA /FA0=FB /FB0)には許容範囲がある。該応力比F/F0 は、図7の如く、一定範囲では隙間Δφ2(Δφ2/φ)に比例して増加し、また、上段鍔部嵌合深さL1(L1/φ)が大きいほど増加する。従って、応力比を許容範囲とするには、隙間Δφ2及び上段鍔部嵌合深さL1を設定しなければならない。この中で、上段鍔部嵌合深さL1については、前記の数3による設定値で許容範囲とすることができる。
【0037】
そこで、隙間Δφ2の設定について説明する。図7で判るように、Δφ2/φ=(2〜3)×10-3になると、応力比F/F0 は一定の値となる。これは、隙間Δφ2がシリンダライナCLの熱変形量を超えて大きくなり、フリーとなった状態なので、この部分については除外し、Δφ2/φを、これよりも小さい範囲で、なるべく小さい値に設定するのが望ましい。Δφ2/φの、0から応力最大値を得る収束値までの範囲内での中間値は、上段鍔部嵌合深さL1の大きさによって、収束値が異なる((2〜3)×10-3)ことから多少異なるもののおおよそ1×10-3である。本発明では、Δφ2/φをこれ以下に設定する。一方、隙間Δφ2は小さすぎると、寸法公差の取り方によっては、組立時にシリンダライナCLをシリンダブロックCBに嵌入することができなくなる。そこで、Δφ2/φ≧2×10-4としている。即ち、隙間Δφ2の大きさについては、数4のように設定しているのである。
【0038】
【数4】
【0039】
次に、本発明のような、嵌合部D1・D2の隙間Δφ1・Δφ2、及び上段鍔部嵌合深さL1の数値設定は、どのような範囲のボア径を有するシリンダライナに採用するのが有効かを、図8より説明する。図8は下段鍔部2の下段鍔部嵌合部D2における隙間Δφ2が0で、上段鍔部1に嵌合部を設けない(即ちフリーの状態)場合についてのシリンダブロックCB及びシリンダライナCL(各曲折部A・B)の各応力比FA /FA0,FB /FB0の解析結果である。両グラフより、シリンダライナCL即ち曲折部Bの応力比FB /FB0の、ボア径φに対する変化は、シリンダブロックCB即ち曲折部Aの応力比FA /FA0のそれと相似であって、ボア径φが大きくなるほど増加する。このうち曲折部Aの応力はさほど大きくない(応力比が大きくない)が、曲折部Bには非常に高い応力がかかり、ボア径φがφαで応力FB は許容値FB0に達する(応力比FB /FB0=1)ことが判る。これよりボア径が小さくなると、曲折部Bにかかる応力は許容値以下なので本発明のような応力バランスを考慮したシリンダライナの取付構造は採用しなくてもよい。一方、応力比の上限は1.1程度である。以上のことから本発明のような数値設定は、図8のように、ボア径φがα≦φ≦βのシリンダライナで、前記の如く、冷却水孔のない構造のものに適用すればよい。
【0040】
応力バランスを考慮してのシリンダライナの取付構造については以上の如くであり、次に、下段鍔部2の外周に配設するOリング3の冷却構造について、図9より説明する。図9図示のシリンダライナCLに関しては、そのシリンダヘッドCHに対する密封構造がスピゴット式でもガスケット式でもよく、上下二段の鍔部構造は、図1図示のものと同様の形状であるので、上段鍔部1、下段鍔部2等、同一の符号を用いている。
【0041】
前記の図11に図示される従来技術に述べたように、該Oリング3と下段鍔部2の下方の冷却水室4とは、分離された状態であった。図9図示の実施例では、該下段鍔部2におけるOリング嵌合用の嵌合溝2aより下方の肉厚をやや薄くし、即ち、上下肉厚d1・d2の関係が、d1>d2(例えばd2=d1×(0.99〜0.995)となるようにし、該下段鍔部2とシリンダブロックCBとの間(シリンダ間)において、該嵌合溝2a直下から冷却水室4の上端までのシリンダライナCL全周に連通路4aが形成されるようにしている。また、図10図示のように、少なくともシリンダ間の一部に該連通路4aを形成してもよい。これにより、該冷却水室4内の冷却水が該連通路4a内に流入して嵌合溝2aに達する。嵌合溝2aにOリング3が嵌合されていれば、該Oリング3の底面に、該連通路4aから流入した冷却水が当たることとなる。このように、Oリング3の一部に冷却水が当たるようにすることでOリング3の耐熱性に余裕ができ、高度の耐熱性とせずに低コストのOリング3を使用可能にもできるし、また、従来の耐熱性Oリングでも機関の高出力化に対応できるようになる。
【0042】
なお、シリンダライナのシリンダヘッドに対する密封構造には、スピゴット式とガスケット式があり、図1は前者、図11は後者を採用したものであり、図9はいずれにも限定していない。いずれの構造に対しても、上段鍔部1及び下段鍔部2よりなる上下二段の鍔部構造は適用され、本発明に係る隙間Δφ1・Δφ2、上段鍔部嵌合深さL1、及びOリング3の冷却構造を採用できるのである。
【0043】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
まず、上下二段の鍔部を有するシリンダライナをシリンダブロックに嵌合する構造において、請求項1の如く、まず、上段鍔部1とシリンダブロックとの隙間を設定することにより、シリンダライナとシリンダブロックとにかかる応力を均等にでき、更に、下段鍔部2とシリンダブロックとの隙間を設定することで、応力を許容範囲に抑えることができる。これにより、シリンダブロックとシリンダライナの少なくともいずれかに過度に応力がかかるような事態が回避され、ボア径の大きな高出力対応型のシリンダライナを取り付ける場合にも、シリンダライナ及びシリンダブロックの耐久性を確保できる。
【0044】
請求項2の如く、上段鍔部の外側面とシリンダブロックの内側面との嵌合部の上下高さを設定することで、シリンダブロックとシリンダライナとにかかる応力を、許容範囲内で低く抑えることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シリンダライナCL上部の二段鍔部のシリンダブロックCBへの取付部分を示す側面断面図である。
【図2】 Δφ2/φを4段階に設定した場合におけるΔφ1/φに対する曲折部A・Bにおける各応力比FA /FA0,FB /FB0の変移を示す図である。
【図3】 図2中の各応力比曲線を説明する図表である。
【図4】 L1/φを3段階に設定した場合におけるΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図である。
【図5】 L1/φ=2%、φ=φ’の場合のΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図である。
【図6】 L1/φ=2%、φ=φ”の場合のΔφ2/φに対するΔφ1/φの変移を示す図である。
【図7】 両曲折部A・Bの応力比を等しくした場合でL1/φを3段階に設定した場合におけるΔφ2/φに対する応力比の変位を示す図である。
【図8】 Δφ2=0で上段鍔部1に嵌合部がない場合のボア径φに対する曲折部A・Bにおける各応力比FA /FA0,FB /FB0の変移を示す図である。
【図9】 本発明のシリンダライナCLに付設したOリングの冷却構造を示す側面断面図である。
【図10】 本発明のシリンダライナCL全周の一部範囲に冷却水室4からOリング3への連通路4aを設けた実施例を示す図9中Z−Z線断面図である。
【図11】 従来のOリングを付設したシリンダライナCLの冷却構造を示す図である。
【符号の説明】
CL シリンダライナ
CB シリンダブロック
CH シリンダヘッド
1 上段鍔部
2 下段鍔部
2a 嵌合溝
3 Oリング
4 冷却水室
4a 連通路
D1 つば部(上段鍔部)嵌合部
D2 下段鍔部嵌合部
Δφ1 上段鍔部嵌合部D1の隙間の大きさ
Δφ2 下段鍔部嵌合部D2の隙間の大きさ
φ ボア径
L1 上段鍔部嵌合深さL1
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to dimension setting of a fitting portion between both flange portions and a cylinder block in a structure in which a cylinder liner having two flange portions having different diameters is attached to a cylinder block of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, a structure in which two upper and lower flanges having a major axis on the upper stage and a minor axis on the lower stage are provided on the outer peripheral upper end of the cylinder liner for fitting to the cylinder block is known. Further, the cylinder liner has its upper end protruding slightly above the cylinder block and is suppressed by the cylinder head from above to fix the fitting.
[0003]
  This structure will be described with reference to a side cross-sectional view showing a structure for attaching the cylinder liner CL having the two-stage flange portion of FIG. 1 to the cylinder block CB. In FIG. 1, CL is a cylinder liner, CB is a cylinder block, and CH is a cylinder head, and an upper flange 1 and a lower flange 2 are formed on the outer periphery of the upper end of the cylinder liner CL. P is a piston.
[0004]
  Upper heel part 1 and lower heel part 2Between the cylinder block CB, the horizontal surface of the bottom of the upper flange 1 is pushed against the horizontal surface of the cylinder block CB by the suppression of the head bolts that fasten the cylinder head CH to the cylinder block CB and the dead weight of the cylinder liner CL. It is hit. The cylinder liner CL and the cylinder block CB have a tightening force by a head bolt, a thermal load due to combustion in the cylinder (causing thermal deformation of the cylinder liner CL), an in-cylinder pressure (bore internal pressure of the cylinder liner CL), Inertial force or the like due to the reciprocation of the piston is applied, and stress concentration occurs in the bent portion A of the cylinder block CB and the bent portion B of the cylinder liner CL shown in FIG. When this stress concentration becomes excessive, a crack may occur in the bent portion B at the upper part of the lower flange portion 2 of the cylinder liner CL. Among the factors of stress concentration in the bent portions A and B, the influence of the tightening force and the thermal load is the largest.
[0005]
  Regarding the thermal deformation of the cylinder liner CL during engine operation,Upper heel part 1Is a contact surface between the cylinder block CB and the cylinder block CBUpper buttockIt is a contact surface between the fitting part D1, the lower flange part 2 and the cylinder block CB.Lower buttockA small gap is provided in the fitting portion D2. Conventionally, in many cases, the amount of thermal deformation is suppressed because it is cooled in a cooling water pool just below the lower heel part 2, soLower buttockOn the other hand, the gap of the fitting portion D2 (hereinafter, the size of this gap is referred to as Δφ2) is reduced (if the gap is too large, it becomes free and does not play a role of stress distribution).Upper buttockThe fitting portion D1 has a large gap (hereinafter referred to as Δφ1) in consideration of the amount of thermal deformation (for example, Δφ1 = 0.05 mm). However, in consideration of the stress balance applied to the cylinder block CB and the cylinder liner CL, the size of the gaps (hereinafter, “gap size” is simply referred to as “gap”) Δφ1 · Δφ2 is set. Never before.
[0006]
  Further, a structure is known in which an O-ring is annularly fitted on the outer periphery of the cylinder liner to prevent water leakage from the upper flange portion at the upper end. The cylinder block of the cylinder liner CL fitted with the conventional O-ring shown in FIG. A side cross-sectional view showing the attachment structure to the CB will be described. As shown in FIG. 11, the O-ring 3 disposed on the lower heel part 2 is fitted into a fitting groove 2 a provided in an annular shape on the lower heel part 2, and the upper and lower sides thereof are sandwiched between the lower heel part 2, The thickness of the upper and lower lower flange 2 is the same (d1 = d2), and the gap between the cylinder block CB and the cylinder block CB has only a fitting tolerance. The cooling water chamber 4 formed between the cylinder block CB and the cylinder block CB is separated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  First, in the mounting structure of the cylinder liner CL having the upper and lower two-stage flanges (upper-stage flange part 1 and lower-stage flange part 2), the stress generated in the bent parts A and B, which are two stress concentration parts, is biased. A lot of stress is applied to the cylinder block CB or the cylinder liner CL, and in the worst case, cracks are generated. That is, if stress is concentrated on the bent portion A, the load on the cylinder block CB increases, and if much stress is generated on the bent portion B, the load on the cylinder liner CL increases. The stress concentrates on the bent part A.Upper buttockThe gap Δφ1 of the fitting part D1 isLower buttockSmaller than the gap Δφ2 of the fitting portion D2, in the extreme,Upper buttockOnly the fitting part D1 is in the fitted state,Lower buttockThe fitting portion D2 is in a free state. On the other hand, the stress concentrates on the bent part B.Upper buttockThe gap Δφ1 of the fitting part D1 is large.Upper buttockThe fitting part D1 is free,Lower buttockThis is a state in which only the fitting part D2 is in a fitted state.
[0008]
  During engine operation, thermal expansion occurs in the cylinder liner CL. The temperature distribution of the cylinder liner CL during engine operation is higher on the upper inner diameter side and becomes lower as it goes outward and downward. The upper flange portion 1 having a large thermal expansion at a high temperature is configured to drag the cylinder liner CL main body portion that does not expand so much at a low temperature, and is high in the bent portion B that is a boundary between the upper flange portion 1 and the main body portion. Thermal stress is generated. here,Lower buttockWhen the thermal expansion of the main body is constrained at the fitting portion D2 (that is, the gap Δφ2 is reduced), the stress of the bent portion B further increases. During operation, this thermal stress is added to the bending stress due to the tightening force from the cylinder head CH side, so that the bent portion B becomes a portion having the highest stress in the cylinder liner CL.
[0009]
  One method for reducing the stress at the bent portion B of the cylinder liner CL during engine operation is to restrain the outer periphery of the flange portion 1 in the radial direction so as to suppress the amount of thermal expansion of the upper flange portion 1. It can be considered that the flange 1 reduces the force that drags the main body of the cylinder liner CL outward. Specifically, the outer periphery of the upper flange 1 is restrained by the inner periphery of the mounting hole of the upper flange 1 in the cylinder block CB. That is,Upper buttockThe gap Δφ1 in the fitting portion D1 is reduced. But in this case, of course, theUpper buttockA load in the radial direction due to thermal expansion of the upper flange portion 1 is applied to the inner periphery of the mounting hole of the cylinder block CB in the fitting portion D1, and as a result, the stress at the bent portion A of the cylinder block CB increases.
[0010]
  As described above, when the clamping force by the cylinder head CH, the temperature distribution of the cylinder liner CL, and the gap Δφ2 are made constant, the degree of supporting the thermal expansion of the upper flange 1 is related to the gap Δφ1, and the gap As Δφ1 is smaller, the degree of supporting the thermal expansion is higher, and the stress of the bent portion B of the cylinder liner CL is reduced, but the stress of the bent portion A of the cylinder block CB is increased. On the contrary, if it is increased, the stress of the bent portion A is lowered, but the stress of the bent portion B is increased by the thermal expansion of the cylinder liner CL main body portion due to the drag of the upper flange portion 1. On the other hand, when the clamping force by the cylinder head CH, the temperature distribution of the cylinder liner CL, and the gap Δφ1 are made constant, if the gap Δφ2 is reduced, the thermal expansion of the main body portion of the cylinder liner CL is restricted. Although the stress at the bent portion A of the cylinder block CB decreases, the stress at the bent portion B of the cylinder liner CL increases. On the other hand, if it is increased, the thermal expansion restraint of the cylinder liner CL main body portion is reduced, so that the stress of the bent portion B is reduced,Upper buttockThe inner periphery of the mounting hole of the cylinder block CB in the fitting part D1 must support not only the thermal expansion of the upper flange part 1 in the cylinder liner CL but also the thermal expansion of the main body part, and the stress of the bent part A is high. Become.
[0011]
  Note that the stress generated in both bent portions A and B (that is, the cylinder block CB and the cylinder liner CL) due to the thermal expansion of the cylinder liner CL during engine operation is a radial force, and as described above, the gap Although it is influenced by Δφ1 and Δφ2, the stress generated in both bent portions A and B due to the tightening force of the cylinder head CH during engine operation is a force in the vertical direction, and therefore has little relation to the gaps Δφ1 and Δφ2. Accordingly, both stresses at the bent portions A and B during engine operation, which is a load condition in which a thermal load is applied to the tightening force of the cylinder head CH, have an inversely proportional relationship with respect to the gap Δφ1 or Δφ2.
[0012]
  This will be described with reference to FIG. FIG. 2 illustrates the stress of the cylinder block CB (curved portion A) and the cylinder liner CL (curved portion B) obtained from the relationship between the gaps Δφ1 and Δφ2. Here, the stress allowable values of the bent portions A and B (that is, the cylinder block CB and the cylinder liner CL) are different, and the stress allowable value of the bent portion A is F.A0, The (stress) allowable value of the bent portion B is FB0(Collectively F0 And ), And the stress value applied to each bent portion is FA , FB (Collectively referred to as F). Φ is the bore diameter of the cylinder block CL.
[0013]
  Although there is a difference in the increase / decrease ratio due to the difference in the gap Δφ2 (here, Δφ2 / φ), if the gap Δφ1 is too small, stress exceeding the allowable value is concentrated in the bent portion A (cylinder block CB) (FA / FA0> 1). As the gap Δφ1 is increased, the stress at the bent portion A decreases and the stress at the bent portion B increases. However, if the gap Δφ1 is too large, the bent portion B (cylinder liner CL) has a stress exceeding an allowable value. Concentrate (FB / FB0> 1), eventually, no matter how much the gap Δφ1 is increased, the stress is not displaced.Upper buttockThe fitting part D1 is free,Lower buttockOnly the fitting portion D2 is in a fitted state. Especially stress F is allowable value F0Exceeds the stress ratio (F / F) between the bent portion A and the bent portion B.0 ) Is biased, defects such as cracks are likely to occur in the biased side, so that a balance of stress is ensured, that is, the stress ratio in both bent portions A and B is equalized (FA/ FA0= FB/ FB0)This is very important. Further, when the stress ratio is made uniform in this way, the stress ratio in both bent portions A and B is approximately 1 (FA / FA0= FB/ FB0It can be seen from the graph intersections P1, P2, P3, and P4 in FIG. 2 that the stress applied to both bent portions A and B exceeds the allowable value, but can be kept low. I understand.
[0014]
  Thus, in order to make the stress ratios of the two bent portions A and B uniform, it is necessary to analyze the relationship between the gap Δφ1 and the gap Δφ2 and to set the relationship between the two gaps Δφ1 and Δφ2 based on this. It is.
[0015]
  Furthermore, even if the stress ratios of the two bent portions A and B are equal, if the stress value is too large, both the bent portions A and B generate stress exceeding the strength, resulting in a problem. As can be seen from FIG. 2, the larger the gap Δφ2 (correctly, the bore diameter ratio of the gap Δφ2, that is, Δφ2 / φ), the greater the stress ratio of the two bent portions A and B, the graph intersections P1, P2, P3, The value of the stress ratio at P4 increases. Therefore, the upper limit of the gap Δφ2 (Δφ2 / φ) must be set to a limit that does not cause a problem. On the other hand, the smaller the gap Δφ2, the smaller the value of the stress ratio at the two bent portions A and B represented by the graph intersections P1 to P4, which is desirable in terms of the strength of the cylinder block CB and the cylinder liner CL. If it is too small (for example, Δφ2 / φ = 0), it becomes less than the fitting tolerance and the cylinder liner CL cannot be inserted into the cylinder block CB. It is desirable to set the gap Δφ2 based on these.
[0016]
  In the present invention, based on the above, by setting both gaps Δφ1 and Δφ2 within a certain range, a plurality of loads such as a tightening force from the cylinder head CH, a thermal load, an internal pressure in the cylinder liner CL, etc. During engine operation, the stresses generated at the two bent portions A and B (that is, the cylinder block CB and the cylinder liner CL) fall within an allowable range in design.
[0017]
  Also, regarding the size setting of the gap, the vertical length of the fitting part, in particular,Upper buttockThe upper heel part fitting depth L1 which is the vertical length of the fitting part D1 is a setting element. When the upper flange portion fitting depth L1 is increased, the stresses of both bent portions A and B are uniformly increased.Upper buttockIn the fitting portion D1, a radial load F1 is applied to the inner periphery of the mounting hole of the cylinder block CB that restrains the thermal expansion of the cylinder liner CL. This radial load F1 becomes a bending moment M around the bent portion A, and a bending stress is generated in the bent portion A. M = ∫F1 -Since L1dL1, the load F1Even when the upper heel portion fitting depth L1 is large, the stress of the bent portion A is high, and conversely, the stress is low.
[0018]
  On the other hand, the load F1 is also applied to the cylinder liner CL to become a bending moment about the bent portion B, and a bending stress is generated in the bent portion B. As described above, in order to reduce the thermal stress in the bent portion B,Upper buttockIt is effective to constrain thermal expansion at the fitting portion D1, that is, the load F1However, if the load F is increased, the bending stress in the bent portion B is increased. Accordingly, in order to reduce the bending stress, it is effective to reduce the upper flange portion fitting depth L1.
[0019]
  In the conventional mounting structure of the O-ring 3 in the cylinder liner CL, as described above, since it is separated from the cooling water chamber 4 below, the engine liner is at a high temperature from the cylinder liner CL during engine operation. In order to cope with this, a heat-resistant O-ring must be used, resulting in high cost. Even with heat-resistant O-rings, the heat-resistant temperature has a limit, which is an obstacle to promoting higher engine output.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is configured as follows.
  In claim 1, the upper stage has a long diameter with respect to the cylinder block CB of the internal combustion engine.Upper heel part 1And the bottom is the short diameterLower heel part 2In the structure in which the cylinder liner CL having the two-stage flange portion formed on the outer periphery of the upper end is fitted, between the outer surface of the upper-stage flange portion 1 and the inner surface of the cylinder block CB,MatingOf depth L1Upper buttock fitting part D1And the size of the gap of the upper flange fitting portion D1 is Δφ1And lower heel part 2Between the outer side of the cylinder and the inner side of the cylinder block CB,The lower heel part fitting part D2 is configured, and the size of the gap of the lower heel part fitting part D2 is Δφ2,If the bore diameter of the cylinder liner CL is φ, Δφ1 = Δφ2 + (4-8) × 10-Fourφ, Δφ2 = (0.2 to 1.0) × 10-3This is set to φ.
[0021]
  In claim 2, in the cylinder liner mounting structure according to claim 1,Upper buttock fitting part D1When the fitting height of L1 is L1, L1 = (0.02-0.05) φ.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing a mounting portion of a two-stage flange on the cylinder liner CL on the cylinder block CB, and FIG. 2 is a view of the bent portions A and B with respect to Δφ1 / φ when Δφ2 / φ is set in four stages. Each stress ratio FA/ FA0, FB/ FB0FIG. 3 is a table for explaining each stress ratio curve in FIG. 2. FIG. 4 is a diagram showing the change of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ is set in three stages. 5 is a diagram showing a change of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ = 2% and φ = φ ′, and FIG. 6 is a diagram showing Δφ2 / φ with respect to L1 / φ = 2% and φ = φ ″. It is a figure which shows the transition of (DELTA) phi1 / phi.
[0023]
  FIG. 7 is a diagram showing the displacement of the stress ratio with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ is set to three stages when the stress ratios of both bent portions A and B are equal, and FIG. 8 is the upper stage collar portion when Δφ2 = 0. Each stress ratio F in the bent portions A and B with respect to the bore diameter φ when the fitting portion is not present in 1A / FA0, FB/ FB09 is a side sectional view showing a cooling structure of the O-ring 3 attached to the cylinder liner CL of the present invention. FIG. 10 is a partial view of the cooling water chamber 4 in a partial range of the entire circumference of the cylinder liner CL of the present invention. FIG. 9 is a sectional view taken along the line ZZ in FIG. 9 showing an embodiment in which a communication passage 4a from the O-ring 3 is provided, and FIG. 11 is a view showing a cooling structure of a conventional cylinder liner CL provided with an O-ring.
[0024]
  In the cylinder liner CL shown in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention, the thickness of the upper flange 1 is (0.08 to 0.12) φ, and the outer diameter of the upper flange 1 is (1.25 to 1.35). ) Φ, the thickness of the main body is (0.07 ~ 0.12) φ, and the thickness of the upper collar 1 is not so large compared to the thickness of the main body, etc., and communicates with the bore from the outer surface It is not a type that has drilled cooling water holes. (This type of bore cooling structure is often used for types with a large bore diameter φ.)
[0025]
  In the cylinder liner mounting structure shown in FIG. 1, the description of the graphs shown in FIGS. 2 and 3 is given in the above-mentioned prior art, and the problem and solving means of the present invention are explained from among them. As a supplementary explanation, the gap Δφ2 is set in four stages of 0, 0.0005φ, 0.001φ, and 0.01φ. In FIG. 2, the cylinder liner CL (the bent portion B) is set in accordance with each stage of the gap Δφ2. ) Stress ratio graphs X1, X2, X3, and X4, and stress ratio graphs Y1, Y2, Y3, and Y4 of the cylinder block CB (curved portion A).
[0026]
  In the present invention, first, the stress ratios of the two bent portions A and B indicated by the graph intersections P1 to P4 in FIG.A/ FA0= FB/ FB0) For obtaining the relationship between the two gaps Δφ1 and Δφ2, and the other is to set the gap Δφ2 so that the stress does not greatly exceed the allowable value.
[0027]
  First, the stress ratio of both the bent portions A and B becomes equal (FA / FA0= FB / FB0In order to obtain the relationship between the two gaps Δφ1 and Δφ2, the relationship between the two gaps Δφ1 and Δφ2 in the case where the stress ratios of the two bent portions A and B shown in FIG.
  The upper heel part fitting depth L1 is set to three stages, and the graphs are shown under the respective settings. In any case, the gap Δφ1 (Δφ1 / φ) is relative to the gap Δφ2 (Δφ2 / φ). When the gap Δφ2 (Δφ2 / φ) reaches a certain size, the gap Δφ1 (Δφ1 / φ) at which the two stress ratios are equal is constant.
  This is because the gap Δφ1 exceeds the amount of thermal deformation of the cylinder liner CL,Upper buttockThe fitting portion D1 is in a free state, and although the stress ratio applied to both the bent portions A and B is equal, this portion is excluded. That is, the range of both gaps Δφ1 and Δφ2 exhibiting a linear relationship in each graph of FIG. 4 is adopted. The relationship between the two gaps Δφ1 and Δφ2 in this range is expressed as in Equation 1.
[0028]
[Expression 1]
[0029]
  In addition, the relationship shown in Equation 1 isUpper buttockThe vertical length of the fitting portion D1, that is, the upper flange portion fitting depth L1 shown in FIG. 1, the in-cylinder pressure, the tightening force of the head bolt (cylinder head CH), the member temperature of the cylinder liner CL and the cylinder block CB (ie , Cooling structure in the vicinity of the cylinder liner CL mounting portion). Among these factors, the upper buttock fitting depth L1 has the most influence on the relationship shown in Equation 1. Also in FIG. 4, the diameter ratio of the upper flange portion fitting depth L1 to the bore is set to 2%, 5%, and 10%, and the cylinder liner CL and the cylinder block CB (both bent portions) are set in each step. The graph is shown to show the relationship between the gaps Δφ1 and Δφ2 at which the stress ratio of A and B) is equal.
[0030]
  In FIG. 4, when the three graphs are compared and examined, the slope of the linear relationship does not change. Therefore, the proportional constant of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ in Formula 1 (in this case, 1) is the upper heel fitting depth L1. However, the value of K representing the vertical axis intercept depends on the upper buttock fitting depth L1.
[0031]
  This is the same when the bore diameter φ is different, and both FIG. 5 and FIG.Upper buttockWhen the bore diameter ratio of the fitting portion D1 is constant (both are 2%), the relationship between the gaps Δφ1 and Δφ2 in which the stress ratio between the two bent portions A and B, that is, the cylinder liner CL and the cylinder block CB is equal. FIG. 5 shows a bore diameter φ set to φ ′, and FIG. 6 shows a bore diameter φ set to φ ″ (> φ ′). Comparing both graphs of FIG. 5 and FIG. It can also be seen that the vertical axis intercept only changes and the proportionality constant does not change, that is, the value of the bore diameter φ is a determinant of K in Equation 1.
[0032]
  In view of the above, the upper flange portion fitting depth L1 and the bore diameter φ are taken into account in Equation 1, which is a setting equation for the bore diameter ratio of the gap Δφ1 for equalizing the stresses of the cylinder liner CL and the cylinder block CB. K = (4-8) × 10-FourIt becomes. When Formula 1 is replaced with an expression for obtaining the size of the gap Δφ1, Formula 2 is obtained.
[0033]
[Expression 2]
[0034]
  Here, if the upper flange portion fitting depth L1 is too large as in the above-described prior art, the stresses of the bent portions A and B increase, and the burden on the cylinder liner CL and the cylinder block CB increases. If it ’s too small,Upper buttockThere is a problem that the contact pressure at the fitting portion D1 becomes too high. Therefore, as in Equation 1, K = (4-8) × 10-FourThe upper flange fitting depth L1 is set so that When the upper heel part fitting depth L1 is limited within this allowable range, Equation 3 is obtained.
[0035]
[Equation 3]
[0036]
  Next, the size of the gap Δφ2 is set in relation to the size of the stress ratio between the cylinder liner CL and the cylinder block CB (both bent portions A and B). Assuming that the stress ratio applied to the cylinder liner CL and the cylinder block CB (both bent portions A and B) is uniform, the magnitude of the stress ratio F / F0(= FA / FA0= FB / FB0) Has an acceptable range. Stress ratio F / F0 7 increases in proportion to the gap Δφ2 (Δφ2 / φ) within a certain range, and increases as the upper flange fitting depth L1 (L1 / φ) increases. Therefore, in order to make the stress ratio within the allowable range, the gap Δφ2 and the upper flange fitting depth L1 must be set. Among these, about the upper collar part fitting depth L1, it can be made into a tolerance | permissible_range by the setting value by said Formula 3.
[0037]
  Therefore, the setting of the gap Δφ2 will be described. As can be seen in FIG. 7, Δφ2 / φ = (2-3) × 10-3Then, the stress ratio F / F0 Is a constant value. This is because the clearance Δφ2 is larger than the amount of thermal deformation of the cylinder liner CL and is free, so this portion is excluded and Δφ2 / φ is set as small as possible within a smaller range. It is desirable to do. The intermediate value of Δφ2 / φ within the range from 0 to the convergence value for obtaining the maximum stress value varies depending on the size of the upper buttock fitting depth L1 ((2-3) × 10-3) About 1 × 10 of something slightly different-3It is. In the present invention, Δφ2 / φ is set below this value. On the other hand, if the gap Δφ2 is too small, the cylinder liner CL cannot be fitted into the cylinder block CB at the time of assembly depending on how to obtain the dimensional tolerance. Therefore, Δφ2 / φ ≧ 2 × 10-FourIt is said. That is, the size of the gap Δφ2 is set as shown in Equation 4.
[0038]
[Expression 4]
[0039]
  Next, the numerical values of the gaps Δφ1 and Δφ2 of the fitting portions D1 and D2 and the upper flange portion fitting depth L1 as in the present invention are adopted for a cylinder liner having any range of bore diameters. 8 will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a cylinder block CB and a cylinder liner CL (when the clearance Δφ2 in the lower flange portion fitting portion D2 of the lower flange portion 2 is 0 and no fitting portion is provided in the upper flange portion 1 (that is, in a free state). Each stress ratio F of each bent part A, B)A/ FA0, FB/ FB0This is the analysis result. From both graphs, the cylinder liner CL, that is, the stress ratio F of the bent portion BB/ FB0Changes with respect to the bore diameter φ is the stress ratio F of the cylinder block CB, that is, the bent portion A.A/ FA0It increases as the bore diameter φ increases. Among them, the stress of the bent portion A is not so large (the stress ratio is not large), but the bent portion B is subjected to very high stress, the bore diameter φ is φα, and the stress FB Is the tolerance FB0(Stress ratio FB / FB0= 1) If the bore diameter becomes smaller than this, the stress applied to the bent portion B is less than the allowable value, so that the cylinder liner mounting structure considering the stress balance as in the present invention may not be adopted. On the other hand, the upper limit of the stress ratio is about 1.1. From the above, the numerical setting as in the present invention may be applied to a cylinder liner having a bore diameter φ of α ≦ φ ≦ β and having no cooling water hole as described above, as shown in FIG. .
[0040]
  The cylinder liner mounting structure in consideration of the stress balance is as described above. Next, the cooling structure of the O-ring 3 arranged on the outer periphery of the lower flange 2 will be described with reference to FIG. With respect to the cylinder liner CL shown in FIG. 9, the sealing structure with respect to the cylinder head CH may be a spigot type or a gasket type, and the upper and lower two-step flange structure has the same shape as that shown in FIG. The same code | symbol is used for the part 1, the lower collar part 2, etc.
[0041]
  As described in the prior art illustrated in FIG. 11, the O-ring 3 and the cooling water chamber 4 below the lower ridge portion 2 were separated. In the embodiment shown in FIG. 9, the thickness below the fitting groove 2a for fitting the O-ring in the lower flange portion 2 is slightly reduced, that is, the relationship between the upper and lower thicknesses d1 and d2 is d1> d2 (for example, d2 = d1 × (0.99 to 0.995), and between the lower flange 2 and the cylinder block CB (between cylinders), from directly below the fitting groove 2a to the upper end of the cooling water chamber 4 The communication path 4a is formed on the entire circumference of the cylinder liner CL, and the communication path 4a may be formed at least at a part between the cylinders as shown in FIG. Cooling water in the cooling water chamber 4 flows into the communication passage 4a and reaches the fitting groove 2a.If the O-ring 3 is fitted in the fitting groove 2a, the bottom surface of the O-ring 3 The cooling water flowing in from the communication path 4a will be hit. By allowing the cooling water to hit a part of the O-ring 3, the heat resistance of the O-ring 3 can be afforded, and the low-cost O-ring 3 can be used without being highly heat-resistant. Even an O-ring will be able to cope with higher engine output.
[0042]
  In addition, the sealing structure with respect to the cylinder head of a cylinder liner has a spigot type and a gasket type, FIG. 1 employs the former, FIG. 11 employs the latter, and FIG. 9 is not limited to either. For both structures, the upper and lower two-step flange structure comprising the upper-stage flange portion 1 and the lower-stage flange portion 2 is applied, and the gaps Δφ1 and Δφ2, the upper-stage flange portion fitting depth L1, and O according to the present invention are applied. The cooling structure of the ring 3 can be adopted.
[0043]
【The invention's effect】
  Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
  First, in a structure in which a cylinder liner having two upper and lower flange portions is fitted to the cylinder block, as in claim 1, first, by setting a gap between the upper flange portion 1 and the cylinder block, the cylinder liner and the cylinder The stress applied to the block can be made uniform, and further, the stress can be suppressed to an allowable range by setting a gap between the lower flange 2 and the cylinder block. This avoids excessive stress on at least one of the cylinder block and the cylinder liner, and the durability of the cylinder liner and cylinder block can be maintained even when a high-bore cylinder liner with a large bore diameter is installed. Can be secured.
[0044]
  The stress applied to the cylinder block and the cylinder liner is kept within a permissible range by setting the vertical height of the fitting portion between the outer surface of the upper flange and the inner surface of the cylinder block. It can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a mounting portion of a two-stage flange on an upper part of a cylinder liner CL to a cylinder block CB.
FIG. 2 shows stress ratios F at the bent portions A and B with respect to Δφ1 / φ when Δφ2 / φ is set in four stages.A / FA0, FB / FB0FIG.
FIG. 3 is a chart for explaining each stress ratio curve in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a change of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ is set in three stages.
FIG. 5 is a diagram showing a change of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ = 2% and φ = φ ′.
FIG. 6 is a diagram showing a change of Δφ1 / φ with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ = 2% and φ = φ ″.
FIG. 7 is a diagram showing a displacement of the stress ratio with respect to Δφ2 / φ when L1 / φ is set in three stages when the stress ratios of both bent portions A and B are made equal.
FIG. 8 shows stress ratios F in the bent portions A and B with respect to the bore diameter φ when Δφ2 = 0 and there is no fitting portion in the upper flange portion 1.A/ FA0, FB/ FB0FIG.
FIG. 9 is a side sectional view showing a cooling structure of an O-ring attached to the cylinder liner CL of the present invention.
10 is a cross-sectional view taken along the line ZZ in FIG. 9 showing an embodiment in which a communication path 4a from the cooling water chamber 4 to the O-ring 3 is provided in a partial range of the entire circumference of the cylinder liner CL of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a cooling structure of a cylinder liner CL provided with a conventional O-ring.
[Explanation of symbols]
CL cylinder liner
CB Cylinder block
CH Cylinder head
1 Upper buttock
2 Lower heel
2a Fitting groove
3 O-ring
4 Cooling water chamber
4a communication path
D1 collar (upper collar) fitting part
D2 Lower buttock fitting part
Δφ1The size of the gap in the upper flange fitting part D1
Δφ2The size of the gap in the lower buttock fitting portion D2
φ Bore diameter
L1 Upper buttock fitting depth L1

Claims (2)

内燃機関のシリンダブロックCBに対し、上段が長径の上段鍔部1で、下段が短径の下段鍔部2となっている二段鍔部を、上端外周に有するシリンダライナCLを嵌合する構造において、
上段鍔部1の外側面とシリンダブロックCBの内側面との間には、嵌合深さL1の上段鍔部嵌合部D1を構成し、該上段鍔部嵌合部D1の隙間の大きさをΔφ1とし、
下段鍔部2の外側面とシリンダブロックCBの内側面との間には、下段鍔部嵌合部D2を構成し、該下段鍔部嵌合部D2の隙間の大きさをΔφ2とし、
シリンダライナCLのボア径をφとすると、
Δφ1=Δφ2+(4〜8)×10-4φ、
Δφ2=(0.2〜1.0)×10-3φ
と設定したことを特徴とするシリンダライナ取付構造。
A structure in which a cylinder liner CL having a two-stage flange part on the outer periphery of the upper end of the cylinder block CB of the internal combustion engine is provided with a two-stage flange part whose upper part is an upper flange part 1 having a long diameter and the lower part is a lower flange part 2 having a short diameter. In
Between the outer surface of the upper flange portion 1 and the inner surface of the cylinder block CB, an upper flange portion fitting portion D1 having a fitting depth L1 is formed, and the size of the gap between the upper flange portion fitting portion D1 is configured. Is Δφ1 ,
Between the outer side surface of the lower heel part 2 and the inner side surface of the cylinder block CB , a lower heel part fitting part D2 is configured, and the size of the gap of the lower heel part fitting part D2 is Δφ2,
If the bore diameter of the cylinder liner CL is φ,
Δφ1 = Δφ2 + (4-8) × 10 −4 φ,
Δφ2 = (0.2 to 1.0) × 10 −3 φ
Cylinder liner mounting structure, characterized in that
請求項1記載のシリンダライナ取付構造において、上段鍔部嵌合部D1の嵌合高さをL1とすると、
L1=(0.02〜0.05)φ
としたことを特徴とするシリンダライナ取付構造。
In the cylinder liner mounting structure according to claim 1, when the fitting height of the upper flange part fitting part D1 is L1,
L1 = (0.02-0.05) φ
Cylinder liner mounting structure characterized by
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