JPH089400Y2 - シリンダライナの取付構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、セラミック製のシリンダライナの取付構
造に関する。

〔従来の技術〕

従来、セラミック材から成るシリンダライナの取付構
造については、例えば、特開昭61−118549号公報に開示
されたものがある。

該公報に開示されたシリンダボディとシリンダライナ
とのシール構造は、セラミックスから成るシリンダライ
ナの外周面に該セラミックスと熱膨張率が同等の金属か
ら成る金属リングを結合し、前記金属リングの端面を前
記シリンダボディの円筒部に設けた段部に密接させたも
のである。

また、前記シリンダライナの外周面に断面円弧状の環
状溝を設け、前記金属リングの内周面に軟質金属層を備
え、前記シリンダボディの円筒部と前記シリンダライナ
との間に前記軟質金属層が前記環状溝にメタルフローに
よって前記金属リングを嵌合している。また、前記シリ
ンダライナの外周面にメタライズ層を設け、該メタライ
ズ層に前記金属リングをろう付けしたものである。更
に、前記金属リングの内周面に円錐面を設け、該円錐面
と前記シリンダライナとの間に断面楔状の軟質カーボン
リングを係合したものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

一般に、内燃機関のシリンダライナとピストンリング
及びピストンとの摺動による摩擦量は、内燃機関中で約
50％以上を占めている。従って、この部分のフリクショ
ンを減少させると、全体の摩擦量を減らすことになり、
エンジンの燃費を著しく改善できることになる。

ところで、相対運動部材間に対して、セラミック材料
及び該セラミック材料に対応する材料を選定することに
よって、耐焼付性に優れ、低フリクションの摺動特性を
得ることができるものであり、摺動材料のセラミック材
料としては、窒化珪素（Si₃N₄）、部分安定化ジルコニ
ア（PSZ）等が優れている。特に、窒化珪素は、低い摩
擦係数を持っているため摺動材料として極めて有用な材
料である。

しかしながら、シリンダライナをセラミックスで製作
し、シリンダボディを金属材料で製作した場合には、セ
ラミックス、特に窒化珪素は金属に比較して熱膨張率が
低いため、運転時に温度上昇した時に、周方向の寸法は
金属製のシリンダの方が膨張してシリンダライナとシリ
ンダとの間のクリアランスが大きくなり、シリンダライ
ナとシリンダボディとの間即ち径方向のクリアランスは
大きくなり両者間はルーズな取付状態になってしまい、
シリンダライナとシリンダボディとの間にガタが発生
し、振動、騒音等の発生原因となる。更に、発生したガ
タはシリンダライナの熱伝導経路における空気層の役を
するため熱伝導を著しく妨げることになる。

特に、軸方向の熱膨張を考えた場合に、ピストンリン
グとシリンダライナとの間の摺動面の温度が上昇した時
に、シリンダボディのシリンダの膨張に比較してシリン
ダライナの膨張が少なく、シリンダライナの軸方向の寸
法が不足し、ヘッドガスケットとシリンダライナの端部
とのシール性が悪化し、ヘッドガスケットとシリンダラ
イナとの間に隙間が発生するようになり、このような隙
間が発生する状態になると、エンジン温間時には、燃焼
室の燃焼ガスが該隙間から漏れることになる。

この考案の目的は、上記の課題を解決することであ
り、シリンダを形成したシリンダボディとシリンダライ
ナとの間にダンピング部材を介在させ、上下方向即ち軸
方向及び径方向について両者間でダンピングさせ、しか
もセラミック製のシリンダライナと金属製のシリンダボ
ディとの熱膨張差を小さなばね力によって吸収して許容
し、両者間にシール部材を介在させて両者間のガタの発
生、シリンダライナの端部とヘッドガスケットとの間の
隙間の発生を防止し、燃焼ガスの漏洩の防止、振動、騒
音等の発生を防止し、シリンダライナを直接冷却するこ
とによる熱伝導経路の安定化を達成し、シリンダボディ
とシリンダライナとの熱膨張差による変形等によってシ
リンダライナに作用する応力の低減を図ることができる
シリンダライナの取付構造を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記の目的を達成するため、次のように
構成されている。即ち、この考案は、シリンダを形成す
るシリンダボディにヘッドガスケットを介してシリンダ
ヘッドを固定し、前記シリンダに嵌合したセラミック製
シリンダライナの上端外周面に形成した突出部下面と前
記シリンダの内周面に形成した段部上面との間にダンピ
ング部材を係止状態に配設し、前記シリンダライナの上
部外周面に筒部とフランジ部とから成るシール部材を配
設し、前記シール部材のフランジ部を前記シリンダボデ
ィの上端面に配置すると共に、前記シール部材の筒部を
前記シリンダボディと前記シリンダライナとの間に配置
したことを特徴とするシリンダライナの取付構造に関す
る。

〔作用〕

この考案によるシリンダライナの取付構造は、上記の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
のシリンダライナの取付構造は、セラミック製シリンダ
ライナの上端外周面に形成した突出部下面とシリンダボ
ディに形成したシリングの内周面に形成した段部上面と
の間にダンピング部材を介在させると共に、前記シリン
ダライナ及びヘッドガスケットと前記シリンダボディと
の間にシール部材を介在させたので、前記シリンダボデ
ィ及び前記シリンダライナが温度上昇した時、前記シリ
ンダライナと前記シリンダボディとの間に熱膨張差が生
じたとしても、前記シリンダライナの上端部は前記シー
ル部材を介在させた状態で前記シリンダボディの上端部
にダンピング部材によって支持された状態になり、前記
シリンダライナの下部が前記シリンダホディに対して摺
動移動しても前記シリンダライナの上端部は前記ダンピ
ング部材によって常に前記ヘッドガスケットに押し付け
られ、両者間に前記シール部材が介在して両者の上端面
の段差はほとんど発生せず、前記シリンダライナと前記
ヘッドガスケット及び前記シリンダボディとの間に隙間
がほとんど発生しない。

即ち、前記シリンダライナの上部外周面にシール部材
を固着して前記シリンダボディの上端面に配置したの
で、前記シリンダライナと前記シリンダボディに熱膨張
差によって上下方向の相対移動が発生しても、前記ヘッ
ドガスケットと前記シリンダライナの上端面との間及び
前記シリンダライナと前記シリンダボディとの間のシー
ル機能を向上させることができる。しかも、前記ダンピ
ング部材が吸収しなければならない熱膨張差量は前記シ
リンダライナの上部のみであり、該熱膨張差吸収の必要
量は小さくて済み、従ってダンピング量も小さくて済
む。

また、径方向にもダンピング部材によって両者がダン
ピング作用で規制されてガタが発生することがない。し
かも、前記シリンダライナの上端部に形成された前記突
出部即ちフランジ部に対しては、前記ダンピング部材に
よるダンピング作用のため、前記シリンダボディの熱変
形に伴う機械応力は直接的にかからず緩和されるので、
該フランジ部に応力集中は起こらず、前記フランジ部が
破損するようなことがない。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案によるシリンダライ
ナの取付構造の実施例を詳述する。

第１図にはシリンダライナの取付構造の一例が示され
ている。図示のシリンダライナの取付構造は、シリンダ
を形成したシリンダボディ１にシリンダヘッド10を断熱
ガスケット等のヘッドガスケット４を介して固定し、シ
リンダライナ３をシリンダボディ１に形成したシリンダ
にダンピング部材２を介して嵌合したものである。更
に、シリンダライナ３は、ウェットタイプが好ましいも
のであり、シリンダライナ３の外周面15とシリンダボデ
ィ１のシリンダの内周面11との間に水ジャケット12を形
成したものである。勿論、シリンダボディとシリンダラ
イナとの間に水ジャケットを設けないタイプにも、この
考案によるシリンダライナの取付構造を適用できるもの
である。

シリンダボディ１は、アルミニウム、鉄等の鋳物によ
って製作してあり、また、シリンダライナ３は、窒化珪
素Si₃N₄、炭化珪素SiC等のセラミック材で製作してあ
る。シリンダヘッド10は、水ジャケットを備えており、
吸排気弁７（図では一方のみを示す）が配設されてい
る。シリンダヘッド10の下端面17とシリンダボディ１の
上端面13及びシリンダライナ３の上端面16との間に配設
されているヘッドガスケット４は、燃焼室18の燃焼ガス
を密封すると共に断熱する機能を有するものである。シ
リンダライナ３の上端部には、半径方向外向きに突出し
た突出部８が形成されている。

また、シリンダボディ１の内周面11の上端部には、段
部を形成する半径方向内向きに形成した突出部９が形成
されている。更に、シリンダボディ１に形成したシリン
ダの内周面11の下端部には、水ジャケット12を構成する
ため、半径方向内向きに突出した突出部（図示省略）が
形成されている。シリンダライナ３の突出部８の下面５
とシリンダボディ１の突出部９即ち段部の上面６との間
には、ダンピング部材であるダンピングスプリング２が
係止状態に配設されている。ダンピングスプリング２
は、ばね鋼で製作されており、シリンダボディ１に対し
てシリンダライナ３の半径方向及び軸方向のダンピング
を行なう機能を有する。また、シリンダボディ１の下部
は、シリンダライナ３の下部に対して摺動可能に構成さ
れている。

従って、シリンダライナ３とシリンダボディ１との間
で生じる熱膨張に差がある場合には、シリンダライナ３
の上部はシリンダボディ１の上部にダンピングスプリン
グ２によって支持された状態になり、両者の上端面13,1
6の段差はほとんど発生せず、シリンダライナ３とヘッ
ドガスケット４との間に隙間がほとんど発生しない。

また、シリンダライナ３の下部は、シリンダボディ１
に対して規制されていないので、温度上昇して、シリン
ダボディ１及びシリンダライナ３が熱膨張して両者の長
手方向の寸法が異なる状態になると、シリンダボディ１
とシリンダライナ３との下部は相対的に移動即ち摺動移
動が発生する。更に、シリンダボディ１に形成した突出
部９の内周先端部には環状溝19が形成され、該環状溝19
にシール部材であるＯリング14が嵌入されている。Ｏリ
ング14は、シリンダボディ１の内周面11とシリンダライ
ナ３の外周面15に形成された水ジャケット12を循環する
冷却水を密封する機能を有する。なお、水ジャケット12
は、冷却水を使用しているが、シリンダライナ３を直接
冷却することができるため、冷却効果が高く、冷却水の
みでなく油等の液体による冷却でも十分可能になる。そ
の場合には水ジャケット12はオイルジャケットとして使
用される。

上記シリンダライナの取付構造は、上記のように構成
されており、ダンピング部材によってシリンダライナ３
とガスケット４との間に隙間が発生するのを防止できる
ので、摩擦係数の小さい窒化珪素等のセラミック材によ
ってシリンダライナ３を構成することを可能にし、従っ
て摺動面に低フリクションを得ることができ、シリンダ
ライナ３とピストン及びピストンリングとの間に摺動面
に対して極めて良好な摺動特性を得ることができる。し
かも、シリンダライナ３の突出部８であるフランジ部
は、通常該フランジ部の付け根部23に機械応力が集中し
て破損する場合があるが、上記シリンダライナの取付構
造は、シリンダボディ１とシリンダライナ３とはダンピ
ングスプリング２を介在させた間接的な係合状態であ
り、シリンダライナ３がシリンダボディ１に対して長手
方向にダンピングされるので、上記のような応力集中に
よる破損現象が発生することがない。なお、ピストンに
嵌合しているピストンリングについては、摺動面を構成
するシリンダライナ３と同様に、窒化珪素（Si₃N₄）等
の摺動材料で構成する。

次に、第２図を参照して、シリンダライナの取付構造
の別の例を説明する。図示のシリンダライナの取付構造
については、第１図に示すものと比較してダンピング部
材が相違する以外は、同一の構成であるので、同一の部
品には同一の符号を付し、それらの部品の説明を省略す
る。シリンダを形成したシリンダボディ１の内周面11と
シリンダライナ３の外周面15との間の上端部には、ダン
ピング部材であるダンピングリング20が配設されてい
る。ダンピングリング20としては、例えば、中空リン
グ、コイルスプリング、Ｓ字リング等を利用できる。ダ
ンピングリング20の機能は、ダンピングスプリング２の
ものと同様である。即ち、ダンピングリング20は、熱膨
張によるシリンダボディ１とシリンダライナ３の軸方向
の相対変位及び半径方向の相対変位に対してダンピング
機能を有しているものである。

また、第３図を参照して、シリンダライナの取付構造
の他の例を説明する。図示のシリンダライナの取付構造
は、上記各例のものと比較してダンピング部材が相違す
る以外は、同一の構成であるので、同一の部品には同一
の符号を付す。シリンダボディ１に形成したシリンダの
内周面11とシリンダライナ３の外周面15との間の上端部
には、ダンピング部材である皿ばね21が配設されてい
る。皿ばね21の機能は、上記ダンピングスプリング２又
はダンピングリング20のものと同様である。即ち、皿ば
ね21は、熱膨張によるシリンダボディ１とシリンダライ
ナ３の軸方向の相対変位及び半径方向の相対変位に対し
てダンピング機能を有している。

更に、第４図を参照して、この考案によるシリンダラ
イナの取付構造の一実施例を説明する。このシリンダラ
イナの取付構造は、第１図に示すシリンダライナの取付
構造と比較して、特にシール部材を設けてシール性を向
上させたこと以外は、同一の構成であるので、同一の部
品には同一の符号を付す。

このシリンダライナの取付構造は、第１図に示すシリ
ンダライナの取付構造においてシール部材22を設けてシ
ール性を向上させたものであり、シリンダボディ１に形
成したシリンダの内周面11とシリンダライナ３の外周面
15との間の上端部には、ヘッドガスケット４とシリンダ
ライナ３との間をシールするシール部材22が配設されて
いる。

シール部材22は、筒部とその外周のフランジ部25とか
ら成る断面Ｌ字型のリング状に形成され、シール部材22
のフランジ部25はシリンダボディ１の上端面に形成され
た環状溝26に嵌合している。また、シール部材22は、コ
バール（鉄−ニッケル−コバルト合金）、インコロイ
（鉄−ニッケル−コバルト合金）等の材料、即ちシリン
ダライナ３を構成している窒化珪素等のセラミックスと
ほぼ同等の低熱膨張率を有する材料で製作されている。
シール部材22は、シリンダライナ３の上端部の突出部８
の外周面24に圧入、焼嵌め、ろう付け等によって固着さ
れている。この構成によって、シール部材22のフランジ
部25の上端面はヘッドガスケット４の下端面に当接状態
に押圧し、シリンダライナ３とヘッドガスケット４との
間のシール機能を果たすことができる。

〔考案の効果〕

この考案によるシリンダライナの取付構造は、以上の
ように構成されているので、次のような効果を有する。
即ち、このシリンダライナの取付構造は、シリンダを形
成するシリンダボディにヘッドガスケットを介してシリ
ンダヘッドを固定し、前記シリンダに嵌合したセラミッ
ク製シリンダライナの上端外周面に形成した突出部下面
と前記シリンダの内周面に形成した段部上面との間にダ
ンピング部材を係止状態に配設すると共に、前記シリン
ダライナの上部外周面に接合したシール部材のフランジ
部を前記シリンダボディの上端面に配置すると共に、シ
ール部材の筒部を前記シリンダボディと前記シリンダラ
イナとの間に配置したので、前記シリンダボディと前記
シリンダライナとが温度上昇して熱膨張し、前記シリン
ダボディと、前記シリンダライナとの間に熱膨張差が発
生して長手方向即ち上下方向に相対移動が発生したとし
ても、前記シリンダライナの上端部はダンピング部材に
よって常に前記ヘッドガスケットに押し付けられ、前記
シール部材のフランジ部によって前記ヘッドガスケット
と前記シリンダライナとの間及び前記シール部材の筒部
によって前記シリンダボディと前記シリンダライナとの
間に隙間が発生することはなく、前記ヘッドガスケット
と前記シリンダライナ及び前記シリンダボディとの間の
シール機能を悪化させるようなことはない。

特に、前記シリンダライナの上部外周面に配設した前
記シール部材のフランジ部を前記シリンダボディの上端
面に配置したので、熱膨張によって前記シリンダライナ
と前記シリンダボディに上下方向の相対移動が発生して
も、前記ヘッドガスケットと前記シリンダライナの上端
面との間のシール機能を確実に向上でき、燃焼室の燃焼
ガスが漏洩するようなことがない。

しかも、前記ダンピング部材を前記シリンダライナの
上端部に配設しているので、前記ダンピング部材で吸収
する熱膨張量は小さくなり、従ってダンピング量も少な
くて済む。また、前記シリンダライナの上端部に形成さ
れた前記突出部即ちフランジ部に対しては、前記ダンピ
ング部材によるダンピング作用のため、前記シリンダボ
ディの熱変形に伴う機械応力は直接的にかからずダンピ
ング作用で緩和されるので、前記フランジ部に応力集中
は起こらず、前記フランジ部が破損するようなことがな
い。従って、摩擦係数の小さな窒化珪素等のセラミック
材によって前記シリンダライナを構成することができ、
低フリクションの優れた摺動特性を有する摺動面を提供
することができる。それ故に、前記シリンダライナとピ
ストンリング及びピストンとの摺動によるフリクション
を減らすことができ、エンジンの燃費を著しく改善でき
ることになる。しかも、低フリクションのため回転過渡
状態でも焼付き等の発生を防止することができ、低粘度
の潤滑油の使用も可能にすることができる。また、径方
向にもダンピング部材によって両者が規制されてガタが
発生することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダライナの取付構造の一例を示す断面
図、第２図はシリンダライナの取付構造の別の例を示す
断面図、第３図はシリンダライナの取付構造の他の例を
示す断面図、及び第４図はこの考案によるシリンダライ
ナの取付構造の一実施例を示す断面図である。 １……シリンダボディ、2,20,21……ダンピング部材、
３……シリンダライナ、４……ヘッドガスケット、５…
…下面、６……上面、８……突出部、９……突出部（段
部）、10……シリンダヘッド、11……内周面、13,16…
…上端面、15……外周面、22……シール部材、24……上
部外周面、25……フランジ部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダを形成するシリンダボディにヘッ
   ドガスケットを介してシリンダヘッドを固定し、前記シ
   リンダに嵌合したセラミック製シリンダライナの上端外
   周面に形成した突出部下面と前記シリンダの内周面に形
   成した段部上面との間にダンピング部材を係止状態に配
   設し、前記シリンダライナの上部外周面に筒部とフラン
   ジ部とから成るシール部材を配設し、前記シール部材の
   フランジ部を前記シリンダボディの上端面に配置すると
   共に、前記シール部材の筒部を前記シリンダボディと前
   記シリンダライナとの間に配置したことを特徴とするシ
   リンダライナの取付構造。