JP5730001B2 - シリンダライナとクランクケースとから成る構成ユニット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられるシリンダライナとクランクケースとから成る構成ユニットであって、シリンダライナとクランクケースとが、それぞれ１つの端面を有しており、シリンダライナとクランクケースとの間に、シリンダライナを少なくとも部分的に取り囲みかつシリンダライナおよびクランクケースの前記端面に対して開いた冷却水室が形成されている形式のものに関する。

このような形式の構成ユニットは、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５３１７８号明細書に記載されている。シリンダライナは環状のフランジを有していて、この環状のフランジは、クランクケースの端面の範囲に形成された載着肩部内に収容されている。この環状のフランジはシリンダライナの半径方向の案内を引き受けると共に、シリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットの組付け後にシリンダライナに作用する軸方向の負荷を吸収する。したがって、この環状のフランジは特に摩耗し易い。しかし、修理は困難ないし不可能である。なぜならば、シリンダライナが交換されなければならず、かつシリンダライナは一般にクランクケース内に圧入もしくは鋳ぐるみされているからである。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５３１７８号明細書

それゆえに、本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式の、シリンダライナとクランクケースとから構成ユニットを改良して、運転確実性を維持しながら製造も修理も簡単にされるような構成ユニットを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、冷却水室を完全に覆い、かつシリンダライナの端面を少なくとも部分的に覆う保持リングが設けられているようにした。

本発明による構成は、シリンダライナとは分離された、別個の構成部分として形成された保持リングが設けられていることによりすぐれている。保持リングはシリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットの組付け後に、クランクケース内でのシリンダライナの半径方向の案内をも、冷却水室のシールをも引き受ける。保持リングはさらに、シリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットの装着後にシリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットを起点としてシリンダライナへ作用する軸方向の負荷を吸収する。

シリンダライナの半径方向の案内が、本発明により設けられた保持リングを介して行われるので、シリンダライナは、公知先行技術におけるよりも肉薄に製造され得る。さらに、シリンダライナを製造するための材料についても、公知先行技術におけるよりも大きな選択肢が提供されるので、的確な材料選択によってシリンダライナの機械的および／またはトライボロジ的な特性が最適化され得る。

本発明により設けられた保持リングは、シリンダライナとは別個の構成部分として形成されているので、この保持リングはシリンダライナとは異なる材料から製造され得る。これによって、的確な材料選択により、保持リングの耐摩耗性、剛性および熱伝導率が最適化され得る。さらに、シリンダライナと保持リングとのために使用される、互いに異なる材料の熱膨張が、互いに最適に調和され得ると同時に、クランクケースの材料にも調和され得る。特にクランクケースが、シリンダライナおよび／または保持リングのために使用された材料よりも大きな熱膨張率を有するアルミニウム合金から製造されている場合、保持リングは遊び嵌めまたは滑り嵌めを用いて組み付けられ得る。

本発明により設けられた保持リングは、簡便に取り外されて、摩耗時には単独で交換され得る。このことはさらに、シリンダライナを同じく交換可能にクランクケース内に、たとえばローストップ（Lowstop）式の構成（シリンダライナのベース端部における支承）またはミッドストップ（Midstop）式の構成（シリンダライナの中間位の支承、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４３２３８号明細書参照）で、位置固定することを可能にする。シリンダライナの取外し時では、シリンダライナの外面が、冷却水室の範囲で把持され得るので、これによりシリンダライナの取外しが一層容易となる。

本発明による構成ユニットは、全体的に単純な構造を有していて、取扱いも簡単であるので、著しいコスト利点も得られる。

請求項２以下には、本発明の有利な改良形が記載されている。

前記保持リングの端面が、クランクケースの端面に対して面一に整合して配置されていると有利である。これにより、シリンダヘッドガスケットは保持リング全体にわたって延びることができる。

本発明の別の有利な実施態様では、前記保持リングが、シリンダライナを部分的に覆っている。この場合には、シリンダライナが、その端面の範囲に相欠き部を有しており、該相欠き部内に前記保持リングが収容されている。この実施態様では、シリンダライナが特に確実に半径方向で支持されかつ保持されている。

この実施態様においても、前記保持リングの端面が、シリンダライナの端面とクランクケースの端面とに対して面一に整合して配置されていると有利である。これにより、シリンダヘッドガスケットは保持リング全体にわたって延びることができる。

本発明のさらに別の有利な実施態様では、前記保持リングが、クランクケースの端面を部分的に覆っている。その場合、クランクケースが、その端面の範囲に相欠き部を有しており、該相欠き部内に前記保持リングが収容されていると有利である。これにより、この実施態様においても、特に信頼性の良い半径方向の支持が得られる。

本発明のさらに別の有利な実施態様では、前記保持リングが、シリンダライナの端面を完全に覆っている。これにより、シリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットの組付け後にこのシリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットを起点としてシリンダライナに作用する軸方向負荷が保持リングによって完全に吸収される。

この実施態様においては、前記保持リングに掻取りリングを一体成形することが可能となる。この場合、掻取りリングはシリンダライナの内部に突入している。この掻取りリングは、エンジン運転中に、シリンダライナ内に収容されたピストン、特にピストンのトップランドに場合によっては形成されるオイルカーボンを掻き取るために働く。掻取りリングは、シリンダライナを構造的に変えることなく使用され得るので、本発明の上記実施態様による構成ユニットは特に簡単に組み付けられ得る。

保持リングの取外しを一層簡単にするためには、クランクケースの端面が、前記保持リングに対応配置された少なくとも１つの持上げ凹部および／または持上げ溝を有していてよい。

前記保持リングは金属材料、たとえば鋳鉄合金、鋼材料または非鉄合金から成っていると有利である。これによって、特に保持リングの耐摩耗性、剛性、熱伝導率および熱膨張率を的確にかつシリンダライナとは別個に調節することができ、そしてできるだけ高い寿命を得るために保持リングの機械的および熱的な特性を最適化することができる。保持リングが被覆されて形成されていると、保持リングの熱伝導率になお一層強力な影響を与えることができる。保持リングが別個の構成部分として形成されているので、このような被覆は簡単にかつ廉価に実施され得る。

シリンダライナは鋼材料から成っていると特に有利である。これによって、シリンダライナの機械的な特性、特に強度が損なわれることなしに、シリンダライナを公知先行技術におけるよりも肉薄に製作することができる。さらに、場合によっては重量節約を達成することができる。別の利点としては、構成スペースは同じままで冷却水室を拡大させ、ひいてはキャビテーション発生率を減少させることができ、かつ／またはシリンダライナをクランクケース内に収容するためのシリンダ孔を冷却水室の減少なしに拡大させることができることが挙げられる。

シリンダライナは特に簡単に、有利にはシームレスに、１つの管から引抜き加工されていてよい。これによりシリンダライナは特に経済的に製作可能となる。

本発明による構成ユニットの第１実施形態を断面して示す斜視図である。 本発明による構成ユニットの第２実施形態を断面して示す斜視図である。 本発明による構成ユニットの第３実施形態を断面して示す斜視図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、シリンダライナ１１とクランクケース１２とから成る構成ユニット１０の第１の実施形態が示されている。この場合、クランクケース１２は部分的にしか図示されていない。クランクケース１２は鋳鉄合金、鋼合金から製造されていても、アルミニウム合金から製造されていてもよい。使用され得る材料は、用途および構造上の要件に関連して選択され得る。

シリンダライナ１１は、鋼材料またはねずみ鋳鉄合金から成っていて、本実施形態ではＳｔ５２−３から成っており、自体公知の形式で１つの管からシームレスに引抜き加工されている。同じく、溶接された管を使用することもできる。

シリンダライナ１１はクランクケース１２に設けられたシリンダ孔１３内に収容されている。シリンダ孔１３の内壁は本実施形態では、環状の支持縁部１４を備えている。この支持縁部１４には、シリンダライナ１１の外周面に形成された対応する支持つば１５が支持されている。支持つば１５の上方では、シリンダライナ１１の外周面が、膨らみのある当付け面１６を有している。この当付け面１６はシリンダ孔１３の内壁に支持されている。

クランクケース１２は端面１８を備えている。組み付けられた状態では、この端面１８に沿って、内燃機関のシリンダヘッドもしくはシリンダヘッドガスケットが密に載着されている。すなわち、端面１８は、あとから形成される内燃機関燃焼室の側に向けられている。シリンダライナ１１は環状の端面１９を有しており、この端面１９もやはり内燃機関の燃焼室の側に向けられている。

シリンダ孔１３とシリンダライナ１１とは、１つの環状の冷却水室１７を閉じている。この冷却水室１７はシリンダ孔１３の内壁と、シリンダライナ１１の外周面とによって形成されている。クランクケース１２は自体公知の形式で、冷却水のための流入通路および流出通路を備えている（図示しない）。冷却水室１７は上方に向かって、つまり前記両端面１８，１９に向かって開いている。

冷却水室１７を閉鎖しかつシリンダ孔１３内にシリンダライナ１１を半径方向で案内するためには、保持リング２０が働く。この保持リング２０は、金属材料、たとえば低合金の鋼材料、Ｃ１５、ＧＪＬ２５０、ＧＪＶ、ＧＪＳ等から製造され得る。保持リングにおける腐食を回避するためには、ステンレス鋼を使用することができることが判った。

材料の選定は、個別事例において保持リングがどのような機械的および熱的な特性を有することが望ましいのか、そしてクランクケース１２およびシリンダライナ１１のためにどのような材料が選定されているのか、に関連している。こうして、個々の構成部分の機械的および熱的な特性を互いに良好に調和させることができる。

図１に示した実施形態では、保持リング２０が、クランクケース１２の端面１８およびシリンダライナ１１の端面１９の範囲に配置されている。この実施形態では、クランクケース１２の端面１８とシリンダライナ１１の端面１９とが、組み立てられた状態において同一の平面に配置されている。クランクケース１２の端面１８の、冷却水室１７に隣接した範囲には、環状の相欠き部２１が加工成形されている。これに対応して、シリンダライナ１１の端面１９の、冷却水室１７に隣接した範囲には、相欠き部２２が加工成形されている。

対応し合う両相欠き部２１，２２は保持リング２０を収容しており、この場合、保持リング２０は冷却水室１７を完全に覆っている。保持リング２０は端面２３を有しており、この端面２３は組み立てられた状態において、やはり、あとから形成される内燃機関燃焼室の側に向けられている。保持リング２０の端面２３は、クランクケース１２の端面１８に対しても、シリンダライナ１１の端面１９に対しても面一に整合して配置されている。

保持リング２０は特に、クランクケースが、高い熱膨張率を有するアルミニウム合金から成る場合には、小さな過剰寸法を持って両相欠き部２１，２２内に嵌め込まれる。エンジン運転中の材料の膨張により、過剰寸法は補償され、そして保持リング２０と両相欠き部２１，２２との間には小さな遊び嵌めまたは滑り嵌めが生じる。

冷却水室１７に対する保持リング２０のシール作用を改善するために、本実施形態では、両相欠き部２１，２２の範囲にＯリングの形のシール部材２４が設けられている。

保持リング２０の取外しを容易にするために、クランクケース１２の端面１８は、保持リング２０に対応配置された持上げ凹部２５を有している。この持上げ凹部２５は、両相欠き部２１，２２から保持リング２０を持ち上げるための作用手段として働く。

本発明による構成ユニット１０もしくは完成したエンジンを組み立てるためには、まずシリンダライナ１１がシリンダ孔１３内に挿入される。次いで、自体公知の形式でピストンがシリンダライナ１１内に挿入され、かつ組み付けられる。次いで、保持リング２０が両相欠き部２１，２２内に嵌め込まれる。

図２には、シリンダライナ１１１とクランクケース１１２とから成る構成ユニット１１０の第２の実施例が示されている。この場合、クランクケース１１２は部分的にしか図示されていない。構成ユニット１１０は、図１に示した構成ユニット１０にほぼ相当しているので、同一の構造特徴は同じ符号で示されており、同一の構造特徴に関しては図１に対する説明を参照するものとする。

図１に示した第１実施形態に対する、図２に示した第２実施形態の主要な相違点は、冷却水室１７を閉鎖しかつシリンダ孔１３内にシリンダライナ１１１を半径方向で案内するために働く保持リング１２０が、シリンダライナ１１１の端面１１９を完全に覆っている点にある。シリンダライナ１１１の端面１１９は本実施形態では、クランクケース１１２の端面１１８と同一の平面に位置しているのではなく、軸方向で後退（セットバック）されている。その結果、保持リング１２０の端面１２３は、組み付けられた状態では、クランクケース１１２の端面１１８に対して面一に整合するように配置されている。

このためには、クランクケース１１２の端面１１８の、冷却水室１７に隣接した範囲に、環状の相欠き部１２１が加工成形されている。この相欠き部１２１は軸方向で見てシリンダライナ１１１の端面１１９よりも下方に位置している。この相欠き部１２１に対応して、保持リング１２０の、シリンダライナ１１１の端面１１９を覆っている範囲には、相欠き部１２６が加工成形されている。クランクケース１１２の相欠き部１２１は保持リング１２０を収容しており、保持リング１２０はその相欠き部１２６によってシリンダライナ１１１の端面１１９に支持されている。これによって、シリンダライナ１１１の信頼性の良い半径方向案内が得られる。

冷却水室１７に対する保持リング１２０のシール作用を改善するために、本実施形態では、両相欠き部１２１，１２６の範囲にＯリングの形のシール部材２４が設けられている。

図３には、シリンダライナ２１１とクランクケース２１２とから成る構成ユニット２１０の第３の実施形態が示されている。この場合、クランクケース２１２は部分的にしか図示されていない。構成ユニット２１０は、図１に示した構成ユニット１０にほぼ相当しているので、同一の構造特徴は同じ符号で示されており、同一の構造特徴に関しては図１に対する説明を参照するものとする。

図１および図２に示した第１第２の実施形態に対する、図３に示した第３実施形態の主要な相違点は、冷却水室１７を閉鎖しかつシリンダ孔１３内にシリンダライナ２１１を半径方向で案内するために働く保持リング２２０が、この保持リング２２０に本実施形態ではワンピースに一体成形された掻取りリング２２７によってシリンダライナ２１１の端面２１９に被さっている点にある。シリンダライナ２１１の端面２１９は本実施形態においても、クランクケース２１２の端面２１８と同一の平面に位置しているのではなく、軸方向で後退（セットバック）されている。その結果、保持リング２２０の端面２２３は、組み付けられた状態では、クランクケース２１２の端面２１８に対して面一に整合するように配置されている。

この実施形態では、相欠き部の導入が不要にされる。その代わりに、保持リング２２０は脚部２２８と、本実施形態ではこの脚部２２８にワンピースに一体成形された掻取りリング２２７とによって環状のＵ字形の切欠きを形成しており、この切欠き内にシリンダライナ２１１の端面２１９と、この端面２１９に隣接した範囲とが収容されている。これによって、シリンダライナ２１１の信頼性の良い半径方向案内が得られる。保持リング２２０の脚部２２８は冷却水室１７内へ突入している。これにより、冷却水室１７はシールされる。脚部２２８はシリンダライナ２１１の外周面にも、シリンダ孔１３の内面にも支持されている。これにより、シリンダライナ２１１の信頼性の良い半径方向案内が保証される。

掻取りリング２２７は、完成したエンジンにおいてシリンダライナ２１１内に収容されたピストンに付着する、場合によってはエンジン運転中に発生するオイルカーボンを掻き取るために働く。掻取りリングはこの目的のために肉薄に形成されていてよい。

冷却水室１７に対する保持リング２２０のシール作用を改善するために、本実施形態では、脚部２２８の範囲にＯリングの形のシール部材２４が設けられている。

１０ 構成ユニット
１１ シリンダライナ
１２ クランクケース
１３ シリンダ孔
１４ 支持縁部
１５ 支持つば
１６ 当付け面
１７ 冷却水室
１８ 端面
１９ 端面
２０ 保持リング
２１ 相欠き部
２２ 相欠き部
２３ 端面
２４ シール部材
２５ 持上げ凹部
１１０ 構成ユニット
１１１ シリンダライナ
１１２ クランクケース
１１８ 端面
１１９ 端面
１２０ 保持リング
１２１ 相欠き部
１２３ 端面
１２６ 相欠き部
２１０ 構成ユニット
２１１ シリンダライナ
２１２ クランクケース
２１８ 端面
２１９ 端面
２２０ 保持リング
２２３ 端面
２２７ 掻取りリング
２２８ 脚部

Claims (14)

1. 内燃機関に用いられるシリンダライナ（１１，１１１，２１１）とクランクケース（１２，１１２，２１２）とから成る構成ユニット（１０，１１０，２１０）であって、
   シリンダライナ（１１，１１１，２１１）とクランクケース（１２，１１２，２１２）とが、それぞれ１つの端面（１９，１１９，２１９；１８，１１８，２１８）を有しており、
   シリンダライナ（１１，１１１，２１１）とクランクケース（１２，１１２，２１２）との間に、シリンダライナ（１１，１１１，２１１）を少なくとも部分的に取り囲みかつシリンダライナ（１１，１１１，２１１）およびクランクケース（１２，１１２，２１２）の前記端面（１９，１１９，２１９；１８，１１８，２１８）に対して開いた冷却水室（１７）が形成されている形式のものにおいて、
   冷却水室（１７）を完全に覆い、かつシリンダライナ（１１，１１１，２１１）の端面（１９，１１９，２１９）を少なくとも部分的に覆う保持リング（２０，１２０，２２０）が設けられており、
   クランクケース（１２，１１２，２１２）の端面（１８，１１８，２１８）が、前記保持リング（２０，１２０，２２０）に対応する少なくとも１つの持上げ凹部（２５）および／または持上げ溝を有していることを特徴とする、シリンダライナとクランクケースとから成る構成ユニット。
2. 前記保持リング（２０，１２０，２２０）の端面（２３，１２３，２２３）が、クランクケース（１２，１１２，２１２）の端面（１８，１１８，２１８）に対して面一に整合するように配置されている、請求項１記載の構成ユニット。
3. 前記保持リング（２０）が、シリンダライナ（１１）を部分的に覆っており、シリンダライナ（１１）が、その端面（１９）の範囲に相欠き部（２２）を有しており、該相欠き部（２２）内に前記保持リング（２０）が収容されている、請求項１記載の構成ユニット。
4. 前記保持リング（２０）の端面（２３）が、シリンダライナ（１１）の端面（１９）とクランクケース（１２）の端面（１８）とに対して面一に整合するように配置されている、請求項３記載の構成ユニット。
5. 前記保持リング（２０，１２０）が、クランクケース（１２，１１２）の端面を部分的に覆っている、請求項１記載の構成ユニット。
6. クランクケース（１２，１１２）が、その端面（１８，１１８）の範囲に相欠き部（２１，１２１）を有しており、該相欠き部（２１，１２１）内に前記保持リング（２０，１２０）が収容されている、請求項５記載の構成ユニット。
7. 前記保持リング（１２０，２２０）が、シリンダライナ（１１１，２１１）の端面（１１９，２１９）を完全に覆っている、請求項１記載の構成ユニット。
8. 前記保持リング（２２０）に掻取りリング（２２７）が一体成形されており、該掻取りリング（２２７）が、シリンダライナ（２１１）の内部に突入している、請求項７記載の構成ユニット。
9. 前記保持リング（２０，１２０，２２０）が、金属材料から成っている、請求項１記載の構成ユニット。
10. 前記保持リング（２０，１２０，２２０）が、鋳鉄合金、鋼材料または非鉄合金から成っている、請求項９記載の構成ユニット。
11. 前記保持リング（２０，１２０，２２０）が被覆されている、請求項１記載の構成ユニット。
12. シリンダライナ（１１，１１１，２１１）が鋼材料から成っている、請求項１記載の構成ユニット。
13. シリンダライナ（１１，１１１，２１１）が、１つの管から引抜き加工されている、請求項１記載の構成ユニット。
14. シリンダライナ（１１，１１１，２１１）が、シームレスに引抜き加工されている、請求項１３記載の構成ユニット。

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