JPH05195871A - 内燃機関のシリンダ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、シリンダの温度変化に伴うシール
面圧の変化を、単調な増加傾向でも単調な減少傾向でも
なく、変極点を有するようにすることで、シール部に充
分なシール性を保たせながら、シール部に加わる過剰な
シール面圧を低減する事を目的とする。 【構成】 シリンダライナの上端部がシリンダの燃焼室
壁上部と当接する当接部位に、シリンダの熱膨張により
シール面圧を増加すべくシリンダライナが前記燃焼室の
中心軸に対向し且つ前記燃焼室の軸方向に対して所定値
以下の傾きを有している第１のシール面と、前記シリン
ダの熱膨張によりシール面圧を低下すべくシリンダライ
ナが前記燃焼室の径方向に対して所定値以下の傾きを有
している第２のシール面とを有し、前記第１のシール面
のシール面圧を前記シリンダの冷間時に前記第２のシー
ル面のシール面圧より所定の範囲で大にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃焼室を形成
するシリンダ構造に関し、特に燃焼室側壁にシリンダラ
イナを取り付けているシリンダ構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室側壁はピストンの摺動
に耐えうる耐摩耗性が必要であるため、シリンダ構造の
燃焼室側壁部分に耐摩耗性に優れた材料により形成され
たシリンダライナを取り付けて、ピストンが直接摺動す
る面の耐摩耗性を向上するようにする構造が知られてい
る。そして、シリンダライナをシリンダに取り付ける際
の取付構造の一つとして、シリンダライナを燃焼室の下
方から挿入し、シリンダライナ下部をシリンダに支持す
る支持部を燃焼室の下方に有するシリンダライナの取付
構造がある。このような、シリンダライナの取付構造
は、モノブロックと呼ばれるシリンダブロック部とシリ
ンダヘッド部を一体に鋳造して成るシリンダのように、
燃焼室上方からのシリンダライナの挿入と固定が実質的
に不可能な場合には有効な取付構造である。しかし、燃
焼室側壁としてのシリンダライナには耐摩耗性だけでな
く、爆発行程の圧力や圧縮行程の圧力あるいは吸気行程
の負圧に対しての気密性が要求されるため、例えば、実
開昭５１−４６８０６号公報に、シリンダライナ上端部
の内周側壁がシリンダの燃焼室上部と当接する当接面に
シール部を形成したシリンダライナの取付構造が開示さ
れている。上記構成によれば、燃焼室内の爆発圧力や圧
縮行程の圧力がシリンダライナの外周側に抜けることを
シール部により防止することが出来る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリンダラ
イナ内周壁はピストンの摺動部となっているため、耐摩
耗性だけでなく温度上昇に対してシリンダライナ内周壁
の熱変形量を低減すべく、シリンダライナは熱膨張率の
低い材料を使用している。一方、シリンダライナを取り
付けることにより、耐摩耗性や低熱膨張率を有する材料
を使用する必要性がなくなったシリンダに使用する材料
としては、シリンダの重量を低減し、且つシリンダの生
産性を向上すべく、アルミ合金やマグネシウム合金等、
高熱膨張率の材料だが軽量で且つ加工性のよい特性を有
する材料を使用している。しかしながら上記の如く、シ
リンダとシリンダライナそれぞれの要求により、シリン
ダよりもシリンダライナの方を低熱膨張率の材料で形成
した場合には、実開昭５１−４６８０６号公報に開示さ
れているようなシール部の構造では、シリンダの温度が
上昇すると、シリンダライナ上端部の内周側壁が燃焼室
の径方向外側に熱膨張する量より、シリンダライナ上端
部の内周側壁に当接するシリンダ側の当接面が燃焼室の
径方向外側に熱膨張する量が大きくなる。このため、シ
リンダライナ上端部の内周側壁をシリンダ側の当接面が
強く押しつけて、シリンダの温度が上昇するに従いシー
ル面圧は単調増加し、シリンダの冷間時にシール部のシ
ール面圧を適性面圧にすると、シリンダの高温時にはシ
ール部の面圧が過剰となり、シール部の耐久性低下ある
いはシール部の劣化によるシール性の低下が起こる虞れ
があった。また、実開昭５１−４６８０６と異なり、シ
リンダライナの上端面とシリンダの燃焼室上部が当接す
る面にシール部を形成した構造が実開平２−２６７４５
に開示されている。この場合には、シリンダの温度が上
昇すると、シリンダライナの燃焼室の上下方向の熱膨張
量より、シリンダの燃焼室の上下方向の熱膨張量が大き
くなる。このため、シリンダライナ上端面をシリンダ側
の当接面が押しつける力が弱まり、シリンダの温度が上
昇するに従いシール面圧は単調減少し、シリンダの高温
時にも充分なシール性を得るためには、高温時にシール
圧が低下することを考慮して、低温時に過剰なシール面
圧をシール部に加えておく必要があり、シール部の耐久
性低下あるいはシール部の劣化によるシール性の低下が
起こる虞れがあった。本発明においては上記問題に鑑
み、シリンダの温度変化に伴うシール面圧の変化を、単
調な増加傾向でも単調な減少傾向でもなく、変極点を有
するようにすることで、シール部に充分なシール性を保
たせながら、シール部に加わる過剰なシール面圧を低減
する事を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明における内燃機関
のシリンダ構造は、シリンダヘッド部とシリンダブロッ
ク部により燃焼室を形成するシリンダの燃焼室側壁に前
記シリンダより低熱膨張率のシリンダライナが取り付け
られており、前記シリンダライナの上端部は前記シリン
ダと当接する当接部位にシリンダライナ側シール部を有
しており、前記シリンダは前記シリンダライナ側シール
部と当接する当接部位にシリンダ側シール部を有してお
り、前記シリンダライナは前記シリンダライナの下部に
形成した固定部により前記シリンダに対して固定される
内燃機関のシリンダ構造において、前記シリンダライナ
側シール部は、シリンダの熱膨張によりシール面圧を増
加すべく前記シリンダライナ側シール部が前記燃焼室の
中心軸に対向し且つ前記燃焼室の軸方向に対して所定値
以下の傾きを有している第１のシール面と、前記シリン
ダの熱膨張によりシール面圧を低下すべく前記シリンダ
ライナ側シール部が前記燃焼室の径方向に対して所定値
以下の傾きを有している第２のシール面とを有し、前記
シリンダの冷間時に前記第１のシール面のシール面圧は
前記第２のシール面のシール面圧より大であり、前記シ
リンダの冷間時に前記第１のシール面のシール面圧と前
記第２のシール面のシール面圧の差は前記シリンダの取
り得る温度範囲内での前記第１のシール面のシール面圧
の変化量と前記第２のシール面のシール面圧の変化量の
和より小さいことを特徴とする。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、シリンダの冷間時は第２の
シール面の面圧が第１のシール面の面圧より大であるた
め第２のシール面の面圧によってシール部の必要面圧を
確保している。そして、シリンダの温度が冷間時の状態
から上昇すると、シリンダの燃焼室上下方向の熱膨張量
がシリンダライナの燃焼室上下方向の熱膨張量より大き
いため、第２のシール面に当接するシリンダ側シール部
と第２のシール面との間隔が広がり、第２のシール面の
シール面圧は単調減少する。しかし、シリンダの燃焼室
径方向外側への熱膨張量がシリンダライナの燃焼室径方
向外側への熱膨張量より大きいため、燃焼室の中心軸に
対向した第１のシール面は第１のシール面に当接するシ
リンダ側シール部により押しつけられることとなり、第
１のシール面のシール面圧は単調増加する。このため、
シリンダの温度が上昇すると、第１のシール面のシール
面圧と第２のシール面のシール面圧は近づき、やがてあ
る温度で第１のシール面のシール面圧と第２のシール面
のシール面圧は等しくなり、それ以上の温度になると第
１のシール面の面圧が第２のシール面の面圧を上回り、
第１のシール面の面圧によってシール部の必要面圧を確
保するようになる。第２のシール面の面圧と第１のシー
ル面の面圧が等しくなる時のシリンダの温度は、冷間時
に設定する第１のシール面圧と第２のシール面圧の差を
大きくする程高くなる。シリンダの冷間時に第１のシー
ル面のシール面圧と第２のシール面のシール面圧の差を
シリンダの取り得る温度範囲内での第１のシール面のシ
ール面圧の変化量と第２のシール面のシール面圧の変化
量の和より小さく設定すると、シリンダが取り得る温度
の範囲内に第２のシール面の面圧と第１のシール面の面
圧が等しくなるシリンダの温度が存在することとなる。
このため、シール部の必要面圧を確保するシール面の面
圧は、シリンダの冷間時は温度上昇に対して単調な減少
傾向となり、高温時は温度上昇に対して単調な増加傾向
となり、シリンダの取り得る温度の範囲内において温度
上昇に対して変極点を有する特性となる。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明の第１、第２、第３実施例に
つき図１、図２、図３、図４に基づいて説明する。最初
に図１、図２に基づいて本発明の第１実施例について説
明する。図１は本発明の第１実施例の全体構成図であ
り、図２は本発明の第１実施例のシール部の構成図であ
る。内燃機関のシリンダブロック部とシリンダヘッド部
を一体に鋳造して燃焼室を形成して成るアルミ合金製の
シリンダ１の燃焼室側壁に、アルミより低熱膨張率の鋳
鉄製のシリンダライナ２が取り付けられている。シリン
ダライナ２はその外周部とシリンダ１の燃焼室側壁の間
隙に冷却水通路４を形成している。また、シリンダライ
ナ１は、燃焼室からシリンダライナ２の上端を通って冷
却水通路４に燃焼ガスが漏れないように、その上端部に
おいてシール部５が形成されている。また、シリンダラ
イナ２は、シリンダライナ２の上端のシール部５に対し
て押圧が加わる状態で、クランクケース３の上部に形成
される固定部６により、下端部をシリンダ１に対して固
定されている。シール部５は図２に示すように、シリン
ダライナ２の上端部がシリンダ１に対して２つの当接部
において当接しており、それぞれの当接部においてシー
ル部材７を当接面間に挟持することにより、２つの当接
部でのシールを行う構成となっている。前記２つの当接
部のうち一方は、燃焼室の軸方向に対して略平行に形成
され、且つ燃焼室の中心軸に対向した第１のシール面１
４としてのシリンダライナ２上端部の内周側面９と、シ
リンダライナ２上端部の内周側面９に対して平行に形成
されたシリンダ１側の第１の当接面８からなり、当接面
間にシール部材７を挟持してシールを行っている。ま
た、前記２つの当接部のうち他方は、燃焼室の径方向に
対して平行に形成された第２のシール面１５としてのシ
リンダライナの上端面１０と、シリンダライナの上端面
１０に対して平行に形成されたシリンダ１側の第２の当
接面１１とからなり、当接面間にシール部材７を挟持し
てシールを行っている。そして、シリンダ１の冷間時に
おける、第１のシール面１４でのシリンダ１とシリンダ
ライナ２のはめあいと、第２のシール面１５でのシリン
ダ１とシリンダライナ２のはめあいを調整することによ
り、シリンダ１の冷間時に第２のシール面１５に加わる
面圧が第１のシール面１４に加わる面圧より大であるよ
うにして、シリンダライナ２をシリンダ１に固定してい
る。また、シリンダ１の冷間時の第２のシール面１５に
加わる面圧が第１のシール面１４に加わる面圧の差は、
シリンダ１の取り得る温度範囲内での第１のシール面１
４に加わる面圧の変化幅に等しくしている。上記第１実
施例の構成によれば、シリンダ１の冷間時は第２のシー
ル面１５の面圧が第１のシール面１４の面圧より大であ
るため第２のシール面１５の面圧によってシール部５の
必要面圧を確保している。そしてシリンダ１の温度が冷
間時の状態から上昇することにより、第２のシール面１
５のシール面圧は単調減少するが、第１のシール面１４
のシール面圧が単調増加する。このため、ある温度まで
上昇すると第１のシール面１４のシール面圧と第２のシ
ール面１５のシール面圧は等しくなり、それ以上の温度
になると第１のシール面１４の面圧が第２のシール面１
５の面圧を上回り、第１のシール面１４の面圧によって
シール部５の必要面圧を確保するようになる。第２のシ
ール面１５の面圧と第１のシール面１４の面圧が等しく
なる時のシリンダの温度は、冷間時に設定する第１のシ
ール面圧１４と第２のシール面圧１５の差を大きくする
程高くなる。シリンダ１の冷間時に第１のシール面１４
のシール面圧と第２のシール面１５のシール面圧の差を
シリンダ１の取り得る温度範囲内での第１のシール面１
４のシール面圧の変化量と第２のシール面１５のシール
面圧の変化量の和より小さいシリンダ１の取り得る温度
範囲内での第１のシール面１４のシール面圧の変化量に
等しく設定しているため、シリンダ１が取り得る温度の
範囲内に第２のシール面１５の面圧と第１のシール面１
４の面圧が等しくなるシリンダ１の温度が存在すること
となる。このため、シール部５の必要面圧を確保するシ
ール面の面圧は、シリンダ１の冷間時は温度上昇に対し
て単調な減少傾向となり、高温時は温度上昇に対して単
調な増加傾向となり、シリンダ１の取り得る温度の範囲
内において温度上昇に対して変極点を有する特性とな
る。これにより、内燃機関の運転時に取り得るシリンダ
１の温度の範囲内において、シール部５の必要面圧を確
保するシール面の面圧の変化幅を、シール面圧の温度上
昇に対する変化が単調増加のみあるいは単調減少のみで
ある場合に比べて小さくすることが出来る。また、シリ
ンダ１の温度上昇に対してシール部５の必要面圧を確保
するシール面の面圧が上記の如く変化する場合、シール
部５の必要面圧を確保するシール面の面圧は、第１のシ
ール面１４のシール面圧と第２のシール面１５のシール
面圧が等しくなるときに最低値となる。このため、第１
のシール面１４のシール面圧と第２のシール面１５のシ
ール面圧が等しくなるときのシール面圧を、冷間時のシ
リンダ１とシリンダライナ２のはめあいを調整して、シ
ール部５のシール性が保たれる最低限度のシール面圧に
略等しくなるように設定すれば、シール部５のシール性
を保ちながらシール部５に加わる過剰なシール面圧を、
シリンダ１の全温度域において低減することが可能とな
る。

【０００７】次に、本発明の第２実施例について図３に
基づき以下に説明する。第２実施例は第１実施例に対し
第１のシール面１４の形状が異なるのみであるため、第
１実施例と相違する部分のみについて説明する。第２実
施例は図３に示すように、第１のシール面１４としての
シリンダライナ２上端部の内周側面９が、燃焼室の軸方
向の上方に向かうに連れて燃焼室の中心から遠ざかるテ
ーパー面に成っている。上記第２実施例の構成によれ
ば、シリンダライナ２を組付けるときに、第１のシール
面１４としてのシリンダライナ２の内周側面９がテーパ
ー面と成っているため、比較的手間なくシリンダ１に嵌
め込むことが出来る。

【０００８】次に、第３実施例について図４に基づき以
下に説明する。第３実施例は第１実施例に対しシール部
５の形状が異なるのみであるため、第１実施例と相違す
る部分のみについて説明する。第３実施例は図４に示す
ように、シール部５がシリンダ１とシリンダライナ２そ
れぞれに形成した円弧形状を有する円弧形状シール面１
２、１３から成り、円弧形状シール面１２、１３間にシ
ール部材７を挟持している。この場合、シリンダライナ
２最上部付近の燃焼室の径方向に対して若干の傾斜を有
している部位が第２のシール面１５となり、シリンダラ
イナ２上端部の内周側の燃焼室の軸方向に対して若干の
傾斜を有している部位が第１のシール面１４となる。そ
して、シリンダ１側の円弧形状シール面１３を形成する
円弧の中心位置に対して、シリンダライナ２側の円弧形
状シール面１２を形成する円弧の中心位置を燃焼室の径
方向に対して適宜オフセットさせることにより、冷間時
における第１のシール面１４と第２のシール面１５のシ
ール面圧の差を調整している。上記第３実施例の構成に
よれば、第２実施例と同様にシリンダライナ２を組付け
るときに、シリンダライナ２の上端部が円弧形状と成っ
ているため、比較的手間なくシリンダ１に嵌め込むこと
が出来る。以上、本発明の３つの実施例について説明し
たが、本発明は上記実施例に限るものではなく、本発明
の範囲内で種々のシール面の形状を採用することが可能
なものである。

【０００９】

【効果】以上説明したように本発明によれば、内燃機関
の運転時に取り得るシリンダの温度の範囲内において、
シール部の必要面圧を確保するシール面の面圧をシリン
ダの温度上昇に対して変極点を有する特性とすることが
出来る。このため、内燃機関の運転時に取り得るシリン
ダの温度の範囲内における、シール部の必要面圧を確保
するシール面の面圧の変化幅を、シール面圧の温度上昇
に対する変化が単調増加のみあるいは単調減少のみであ
る場合に比べて小さくすることが出来る。そして、シー
ル部の必要面圧を確保するシール面の面圧が、シリンダ
が取りうる温度の範囲内で発生する最低値を、シール部
のシール性が保たれる最低限のシール面圧に設定するこ
とで、シール部に充分なシール性を保たせながら、シー
ル部に過剰なシール面圧が発生することを防止出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に関わるシリンダライナ
の取付構造の全体構成図。

【図２】 本発明の第１実施例に関わるシール部の構成
図。

【図３】 本発明の第２実施例に関わるシール部の構成
図。

【図４】 本発明の第３実施例に関わるシール部の構成
図。

【符号の説明】

１ ・・・ シリンダ ２ ・・・ シリンダライナ ３ ・・・ クランクケース ４ ・・・ 冷却水通路 ５ ・・・ シール部 ６ ・・・ 固定部 ７ ・・・ シール部材 ８ ・・・ 第１の当接面 ９ ・・・ 内周側面 １０ ・・・ 上端面 １１ ・・・ 第２の当接面 １２、１３ ・・・ 円弧形状シール面 １４ ・・・ 第１のシール面 １５ ・・・ 第２のシール面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッド部とシリンダブロック部
   により燃焼室を形成するシリンダの燃焼室側壁に前記シ
   リンダより低熱膨張率のシリンダライナが取り付けられ
   ており、前記シリンダライナの上端部は前記シリンダと
   当接する当接部位にシリンダライナ側シール部を有して
   おり、前記シリンダは前記シリンダライナ側シール部と
   当接する当接部位にシリンダ側シール部を有しており、
   前記シリンダライナは前記シリンダライナの下部に形成
   した固定部により前記シリンダに対して固定される内燃
   機関のシリンダ構造において、前記シリンダライナ側シ
   ール部は、シリンダの熱膨張によりシール面圧を増加す
   べく前記シリンダライナ側シール部が前記燃焼室の中心
   軸に対向し且つ前記燃焼室の軸方向に対して所定値以下
   の傾きを有している第１のシール面と、前記シリンダの
   熱膨張によりシール面圧を低下すべく前記シリンダライ
   ナ側シール部が前記燃焼室の径方向に対して所定値以下
   の傾きを有している第２のシール面とを有し、前記シリ
   ンダの冷間時に前記第１のシール面のシール面圧は前記
   第２のシール面のシール面圧より大であり、前記シリン
   ダの冷間時に前記第１のシール面のシール面圧と前記第
   ２のシール面のシール面圧の差が前記シリンダの取り得
   る温度範囲内での前記第１のシール面のシール面圧の変
   化量と前記第２のシール面のシール面圧の変化量の和よ
   り小さいことを特徴とする内燃機関のシリンダ構造。