JPH0680821U - 内燃機関のシリンダカバー、シリンダライナ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案の目的は、冷却用流体への熱伝達を促
進し、あるいは制御することにより、簡単な構成で適切
な冷却効果の得られるボアクーリング方式による内燃機
関のシリンダカバー、シリンダライナの冷却装置を提供
するにある。 【構成】 第１考案の冷却装置は、ボアクーリング方式
のシリンダカバー１、シリンダライナ２に穿設された複
数個のボア３内に環状のフィン付中子４を挿入し、ボア
３の内面近傍の冷却用流体の温度環境層内に乱れを発生
させ熱伝達率を上昇させることによって冷却効果を向上
させる。第２考案ではボア３内に冷却用流体の流動する
方向に断面形状が変化する異径中子５を挿入し、ボア３
内で冷却用流体の流速を変化させることによって熱伝達
率を制御し、熱負荷に対応する適切な冷却状況を設定し
得る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関のシリンダカバー及びシリンダライナに適用される冷却装置 に関する。 なお、固体に流体の流通孔を穿設し、該孔内に流体を流すことにより冷却ある いは加熱を行うすべての装置、製品にも適用可能である。

【０００２】

【従来の技術】

図５にボアクーリング方式による内燃機関のシリンダカバーの冷却法の従来技 術による構成の例を示し、図６にはシリンダライナについての従来例を示した。 図５と図６で１はシリンダカバー、２はシリンダライナ、３はボア、７は燃焼 室である。 シリンダ内最高圧力と出力率の増大に伴い大型２サイクルディーゼル機関のシ リンダカバーでは図５に示したボアクーリング方式による冷却が主流となってい る。この構造のシリンダカバー１は、放射状に穿設された冷却水の流通孔である ボア３を多数有し、ボア３内部の流速を高くし、且つ放射状配列であることから 中央部ほどボア３を密にできるので、冷却効果が良好で構造も簡単である。 図６に示したシリンダライナ２は、その肩部が図示されていないシリンダジャ ケットとシリンダカバーの間にはさまれて、カバーボルトによって固定される。 シリンダライナ２の肩部は厚肉で、且つその内壁面は高温の燃焼ガスにさらされ るので、熱応力的に条件のきびしい部材で、その冷却には十分留意する必要があ り、ボア３を多数穿設したボアクーリング方式による冷却が適用されている。

【０００３】 なお、前記した冷却法で、ボア３内にらせん状の部材を挿入してボア内を流れ る冷却水に旋回流を付与し、該旋回流による流れの乱れにより熱伝達の向上を図 った公知の例もある。しかし、この手段ではボア内全体の流れを乱すため温度境 界層内の流れを乱す効果は小さく、レイノルズ数Ｒｅが低い領域ならば効果が見 られるが、レイノルズ数Ｒｅが高い領域ではほとんど効果がない。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

近年、大型２サイクルディーゼル機関においては、出力率の増大に伴い、燃焼 室まわりのシリンダカバー、シリンダライナの熱負荷が著しく上昇し、効果的な 冷却手段が要望されている。 しかしながら、前記従来技術のボアクーリング方式の冷却法では、次のような 問題点が指摘されていた。 即ち、従来のボアクーリング方式でシリンダのカバーやライナの温度上昇を抑 制する方法には、冷却水の流量を増加させてボア内での流速を上昇させる方法と 、ボアの穿設位置を燃焼室側に近づける方法とがある。しかし、前者の方法では ボア内で温度境界層を乱す程度以上の流れとしなければ冷却効果の向上は期待で きず、後者の方法でボアを燃焼室側に近づけすぎると、ライナの場合に燃焼室形 成部分の壁面の周方向に温度分布の不均衡を生じ熱応力上好ましくない。

【０００５】 本考案の目的はボア３内に環状のフィン付中子４を挿入することによってボア ３での熱伝達を促進し、あるいはボア３内に冷却流体の流動方向に断面形状が変 化する異径中子５を挿入することによってボア３での熱伝達率を流れ方向に沿っ て制御し、簡単な構成で適切な冷却性能の得られるボアクーリング方式による内 燃機関のシリンダガバー、シリンダライナの冷却装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

第１考案の内燃機関のシリンダカバー、シリンダライナの冷却装置は、内燃機 関のシリンダカバー１及びシリンダライナ２に冷却用流体の流通孔となるボア３ が穿設されているボアクーリング方式の冷却装置において、ボア３内に挿入され 冷却用流体の流れに乱れを生じさせる環状のフィン付中子４を有してなり、冷却 用流体への熱伝達を促進させることを特徴としている。 また、第２考案の内燃機関のシリンダカバー、シリンダライナの冷却装置は、 内燃機関のシリンダカバー１及びシリンダライナ２に冷却用流体の流通孔となる ボア３が穿設されているボアクーリング方式の冷却装置において、ボア３内に挿 入され冷却用流体の流動方向に断面形状が変化する異径中子５を有してなり、ボ ア３内で冷却用流体の流速を変化させることにより熱伝達率を流動方向に沿って 制御し得ることを特徴としている。

【０００７】

【作用】

図３は第１考案による環状のフィン付中子４をボア３内に挿入した際の熱伝達 促進効果の説明図である。 シリンダカバーあるいはシリンダライナにおいて、ボア３内を流動する冷却流 体への熱伝達を促進するためには、ボア３内で流体全体の流れが乱流である必要 はなく、ボア３の内面近傍の温度境界層内に乱れが存在すれば熱伝達率が上昇し て冷却流体への熱伝達を促進する。 図３（ａ）にボア３内に環状のフィン付中子４を挿入した状態を示した。この ようなボア３内を冷却流体が流れると図３（ｂ）に見られるような流動状態とな り、ボア３の内面近傍の温度境界層内に乱れが生じ、熱伝達が促進され効果的な 冷却を図ることができる。環状のフィンの仕様については、冷却流体の種類、流 量等により最適値が存在するが、フィンのピッチをＰ、フィンの先端とボア内面 のすきまをＣとすると、Ｐ＝２０（ｍｍ）、Ｃ＝２（ｍｍ）程度とすればよく、 すきまＣが大きくなるとほとんど熱伝達促進の効果は見られない。

【０００８】 図４は第２考案による冷却流体が流動する方向に断面形状が変化する異径中子 ５をボア３内に挿入した際の熱伝達率の変動の説明図である。 図４（ａ）に示したような部分的に直径を異にして軸方向に断面形状が変化す る異径中子５をボア３内に挿入して冷却流体を流すと、図４（ｂ）に示すように ボア３内での流路断面積が流れの方向に沿って変化するので流速や流線が変動す る。従って流路断面積の狭いところ、即ち流速の速いところでは熱伝達率（Ｗ／ ｍ² ・Ｋ）が高く、流路断面積の広いところ、即ち流速の遅いところでは熱伝達 率が低くなる。異径中子５の断面形状の変化に対応して熱伝達率が変化する状況 を図４（Ｃ）に示した。異径中子５の適用によって前記のような熱伝達特性が得 られるので、断面形状を適切に設定した異径中子をボア内に挿入すれば冷却性能 を要求に応じて制御することが可能となる。 また、図３（ａ）に示した環状のフィン付中子４と図４（ａ）に示した異径中 子５を組合せた中子としても同様に冷却性能の制御が可能である。

【０００９】

【実施例】

図１に第１考案の実施例に係るシリンダカバーのボア内に環状のフィン付中子 を挿入した構成を示した。 図１を参照してその構成と作用について説明する。 図のようにシリンダカバー１には、ボア３が放射状に多数穿設され、ボア３内 には環状のフィン付中子４が挿入されている。該中子の挿入によりボア内面近傍 の温度境界層内に乱れが生じ、低レイノルズ数から高レイノルズ数に至る広範な 流動状況においてボア３内での熱伝達率はその全長に亘って上昇する。なお、ボ ア３は放射状に配設されているので、熱負荷の高い中央部ほど密なボア配置のも とでの冷却となり、カバー１の温度を全体的に均衡して低下させることが可能と なる。従って、熱応力の低下が期待できるので信頼性の向上につながる。

【００１０】 図２に第１考案をシリンダライナに適用した実施例の構成を示した。図２を参 照してその構成と作用について説明する。図のようにシリンダライナ２の厚肉の 肩部にはシリンダカバー１に連通するボア３が複数個穿設され、その内部に環状 のフィン付中子４と軸部のみで形成されるストレート中子６を組合せた中子が挿 入されている。該組合せ中子はボア３の入口と出口の近傍、即ちライナの燃焼室 壁面から離れた位置には環状のフィンを配列し、フィン配列の中間部、即ち燃焼 室壁面に近接する位置は軸部として形成されている。従って冷却流体が流通する ボア３の全長にわたって冷却状況をとらえると、冷却作用の劣る燃焼室壁面から 離れた位置ではフィンによる作用で熱伝達率が向上し、熱を伝えやすい燃焼室壁 面に近接した位置では流路面積が拡がるので流速が遅くなり熱伝達率が抑制され るので、ライナの燃焼室壁の周方向に温度分布の不均衡を生じないような冷却が 可能となる。 このため、熱応力的条件のきびしいシリンダライナ２の厚肉の肩部に穿設する ボア３を、強度上許容される限り燃焼室７の壁面に近づけることによってライナ ２全体の冷却効果の向上を図ることが可能となり、周方向の温度分布の均衡と均 一な膨張が図れ、異常な熱応力の発生を防止できる。

【００１１】

【考案の効果】

第１考案ではシリンダカバー１あるいはシリンダライナ２に穿設されたボア３ 内に環状のフィン付中子４を挿入することにより、冷却用流体のボア内面近傍の 流れに乱れを生じさせ熱伝達率を上昇させることができ、低レイノルズ数から高 レイノルズ数にわたる広範な流動状況のもとで冷却性能の向上と均一な膨張を図 ることができる。 第２考案では冷却用流体の流動方向に断面の形状が変化する異径中子５をボア ３内に挿入することにより、ボア３内における冷却用流体の流速を変化させ熱伝 達率が流動方向に沿って制御可能となり、第１考案と同様の作用、効果が得られ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１考案による実施例に係るシリンダカバーの
冷却法の構成図。

【図２】第１考案による実施例に係るシリンダライナの
冷却法の構成図。

【図３】第１考案による環状のフィン付中子挿入による
熱伝達促進効果の説明図。

【図４】第２考案による異径中子及び該中子挿入による
熱伝達率変動の説明図。

【図５】従来技術によるシリンダカバー冷却法の構成
図。

【図６】従来技術によるシリンダライナ冷却法の構成
図。

【符号の説明】

１ シリンダカバー ２ シリンダライナ ３ ボア ４ 環状フィン付中子 ５ 異径中子 ６ ストレート中子 ７ 燃焼室

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダカバー（１）及びシ
   リンダライナ（２）に冷却用流体の流通孔となるボア
   （３）が穿設されているボアクーリング方式の冷却装置
   において、ボア（３）内に挿入され冷却用流体の流れに
   乱れを生じさせる環状のフィン付中子（４）を有してな
   り、冷却用流体への熱伝達を促進させることを特徴とす
   る内燃機関のシリンダカバー、シリンダライナ冷却装
   置。
2. 【請求項２】 内燃機関のシリンダカバー（１）及びシ
   リンダライナ（２）に冷却用流体の流通孔となるボア
   （３）が穿設されているボアクーリング方式の冷却装置
   において、ボア（３）内に挿入され冷却用流体の流動方
   向に断面形状が変化する異径中子（５）を有してなり、
   ボア（３）内で冷却用流体の流速を変化させることによ
   り熱伝達率を流動方向に沿って制御し得ることを特徴と
   する内燃機関のシリンダカバー、シリンダライナ冷却装
   置。