KR101207162B1

KR101207162B1 - 실린더 라이너의 냉각 구조

Info

Publication number: KR101207162B1
Application number: KR1020107014397A
Authority: KR
Inventors: 다께시 가도와끼; 슈우이찌 요시까와
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2012-11-30
Also published as: EP2224119A1; WO2009104655A1; KR20100090300A; JP2009197698A; CN101910597A

Abstract

본 발명은 극히 간단한 구조로 가공 공정수가 적고 저비용인 실린더 라이너의 냉각 수단이며, 실린더 라이너의 외주면의 냉각수측의 열전달률을 향상시켜, 엔진의 고Pme화에 대응할 수 있는 실린더 라이너의 냉각 구조를 제공하는 것이다. 실린더 라이너의 외주면과, 상기 외주면의 외측을 유체밀하게 덮는 커버의 내주 사이에 냉각실을 설치한 실린더 라이너의 냉각 구조에 있어서, 상기 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로 구획하여, 상기 구획부를 상기 커버에 의해 상기 상부 냉각실과 하부 냉각실을 유체밀하게 시일하고, 상기 구획부에 상기 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 분출 구멍을 개방하여, 상기 분출 구멍은 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실의 외주벽을 향해 개방한 것을 특징으로 한다.

Description

실린더 라이너의 냉각 구조 {COOLING STRUCTURE OF CYLINDER LINER}

본 발명은 대형 디젤 엔진의 실린더 라이너에 적용되어, 실린더 라이너의 외주면과, 상기 외주면의 외측을 유체밀(fluid-tight)하게 덮는 커버의 내주 사이에 냉각실을 설치한 실린더 라이너의 냉각 구조에 관한 것이다.

도 5는 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너 및 실린더 커버의 조립 구조의 실린더 절반의 단면도이다.

도면에 있어서, 부호 1은 실린더 라이너, 부호 2는 실린더 라이너(1)에 도시하지 않은 복수의 볼트로 고정된 실린더 커버이다. 상기 실린더 라이너(1)와 실린더 커버(2)는 금속 가스켓(6) 등을 통해 유체밀하게 고정되어 있다. 부호 5는 커버이고 상기 커버(5)의 상단부는 상기 실린더 커버(2)에 고정되고, 하단부는 상기 실린더 라이너(1)에 고정되어, 상기 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)의 외측을 유체밀하게 덮어, 상기 커버(5)의 내주와의 사이에 냉각실(4)을 구성하고 있다.

또한, 상기 커버(5)의 하면은 실린더 블럭(10)의 상면에 고정되고(부호 9는 고정면을 나타냄), 측부 하부는 상기 실린더 라이너(1)의 측부(1)를 O링(8)으로 시일하고 있다.

실린더 라이너(1) 및 실린더 커버(2)의 냉각수는 상기 실린더 블럭(10)의 냉각 구멍(16)으로부터 입구 구멍(15)을 통해 냉각실(4)로 들어가고, 여기서 실린더 라이너(1)의 내벽(1a) 및 외주면(1f)을 냉각하고, 냉각 구멍(16)을 통해 실린더 커버(2)의 냉각 구멍(3)에 도달하여, 상기 실린더 커버(2)를 냉각하고 있다.

또한, 이러한 대형 디젤 엔진에 있어서의 실린더 라이너(1)의 냉각 수단으로서, 특허 문헌 1(일본 특허 출원 공개 소62-253945호 공보)의 기술이 제안되어 있다.

이 기술에서는, 실린더 라이너의 상부 주변에 반경 방향 외측으로 개방되고, 또한 실린더 축선 방향으로 연신되는 절결부를 대략 등간격으로 복수 형성하고, 이 절결부에 공통으로 연통되는 통로를 갖는 보강 링을, 실린더의 상부에 외부 끼움하여, 상기 통로 및 절결부에 냉각액을 유통시키는 것을 특징으로 하고 있다.

최근, 상기와 같은 대형 디젤 엔진에 있어서는, Pme(평균 유효 압력)의 상승이 진행되어, 이러한 고Pme(평균 유효 압력)화에 대응하여, 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)의 온도도 상승하고 있다.

이러한 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)의 온도 상승에 대해서는, 도 5의 종래 기술에 있어서는, 고Pme(평균 유효 압력)화에 대해서는 실린더 라이너(1)의 두께를 크게 할 필요가 있고, 그것에 따라서, 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)의 온도를 소정 온도로 유지하기 위해, 실린더 라이너(1)의 냉각도를 올려야만 한다.

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 단순히 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)을 냉각하고 있을 뿐이므로, 냉각수측의 열전달률이 낮아 상기 고Pme화에 대한 냉각도로서는 불충분하다.

또한, 특허 문헌 1(일본 특허 출원 공개 소62-253945호 공보)의 기술에 있어서는, 원둘레 방향을 따라서 다수의 절결부를 형성할 필요가 있어, 실린더 라이너(1)의 냉각부의 가공에 많은 공정수를 필요로 하고, 또한 고비용으로 된다.

또한, 상부 냉각실 대신에, 실린더 라이너(1)에 다수의 길게 꺾인 냉각 구멍을 형성하는, 소위 보어쿨식 실린더 라이너의 채용이 있지만, 이것에 대해서도, 많은 긴 냉각 구멍을 가공해야만 하므로, 상기와 마찬가지로 가공에 많은 공정수를 필요로 하고, 또한 고비용으로 된다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 과제를 감안하여, 극히 간단한 구조로 가공 공정수가 적고 저비용인 실린더 라이너의 냉각 수단이며, 실린더 라이너의 외주면의 냉각수측의 열전달률을 향상시켜, 엔진의 고Pme화에 대응할 수 있는 실린더 라이너의 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하는 것으로, 실린더 라이너의 외주면과, 상기 외주면의 외측을 유체밀하게 덮는 커버의 내주 사이에 냉각실을 설치한 실린더 라이너의 냉각 구조에 있어서, 상기 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로 구획하여, 상기 구획부를 상기 커버에 의해 상기 상부 냉각실과 하부 냉각실을 유체밀하게 시일하고, 상기 구획부에 상기 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 분출 구멍을 개방하고, 상기 분출 구멍은 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실의 외주벽을 향해 개방한 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 있어서, 구체적으로는 다음과 같이 구성하는 것이 좋다. 즉, 상기 각 분출 구멍은 상기 구획부에 원주 방향에 있어서 동일 방향으로 경사져서 천공되어, 상기 상부 냉각실로의 출구가 긴 원 형상으로 개방된다.

또한, 상기 각 분출 구멍은 상기 구획부에 상부 냉각실 외주벽을 향해 반경 방향으로 경사져서 천공되어, 상기 상부 냉각실로의 출구가 긴 원 형상으로 개방된다.

또한, 상기 구멍 형상은 긴 원뿐만 아니라, 응력 저감을 목적으로 한 타원, 혹은 출구 개구에 대응하여 만곡시킨 타원 형상으로 해도 좋다.

또한, 상기 발명은 다음과 같이 구성할 수도 있다.

즉, 상기 분출 구멍 대신에, 상기 구획부에 뿌리부가 고정된 분출 노즐을 설치하여, 상기 분출 노즐에 상기 분출 구멍을 형성한다.

본 발명에 따르면, 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로 구획하여, 상기 구획부를 상기 커버에 의해 상기 상부 냉각실과 하부 냉각실을 유체밀하게 시일하고, 이 구획부에 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 분출 구멍을 개방하고, 상기 분출 구멍은 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실 외벽을 향해 개방하였으므로, 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실의 2단으로 나누어, 고온이 되는 상부 냉각실에, 구획부에 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실 외벽을 향해 개방한 분출 구멍으로부터 냉각액을 분출하고, 이 냉각액을 고온이 되는 실린더 라이너의 외벽면, 특히 제1 피스톤 링 대응 부위 부근을 향해 분출하므로, 외벽면과 분출되는 냉각액의 충돌에 의해 가해지는 외벽면의 열전달률이 상승하여, 실린더 라이너의 외벽면의 온도를 저하시킬 수 있다.

따라서, 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로, 커버와 구획부에 의해 유체밀하게 시일하여 분할하고, 상기 구획부에 상기 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 분출 구멍을 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상부 냉각실 외벽을 향해 개방한다고 하는, 극히 간단한 구조로 가공 공정수가 적고 저비용인 실린더 라이너의 냉각 수단이며, 실린더 라이너의 외주면의 냉각수측의 열전달률을 향상시킬 수 있고, 이에 의해 엔진의 고Pme화에 대응할 수 있는 실린더 라이너의 냉각 구조가 얻어진다.

또한, 특히, 각 분출 구멍은 구획부에 원주 방향에 있어서 동일 방향으로 경사져서 천공되고, 상기 상부 냉각실로의 출구가 긴 원 형상으로 형성되면, 동일 방향으로 경사져서 천공된 각 분출 구멍으로부터의 분출수에 의해 원주 방향으로 선회류가 형성되어 냉각수측의 열전달률을 실린더의 외주면을 따라서 상승시킬 수 있어, 냉각 효과가 더욱 향상된다.

또한, 상부 냉각실로의 출구가 긴 원 형상으로 형성되어 있으므로, 출구의 R을 크게 할 수 있어, 후프 응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 분출 구멍 대신에, 구획부에 뿌리부가 고정된 분출 노즐을 설치하여, 상기 분출 노즐에 상기 분출 구멍을 형성하면, 분출 노즐의 길이, 방향, 내경을 바꿈으로써, 냉각수의 실린더 라이너의 외주면으로의 충돌에 의한 냉각수측의 열전달률을 변화시킬 수 있고, 이에 의해 최적인 온도 조건의 분출 노즐을 선정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너의 조립 구조의 실린더 절반의 상부 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1 A-A선 단면도이고, (b)는 도 2의 Y부 확대도이다.
도 3은 도 1의 제2 A-A선 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 관한 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너의 조립 구조의 실린더 절반의 상부 단면도이고, (b)는 도 1의 Z부 확대도이다.
도 5는 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너 및 실린더 커버의 조립 구조의 실린더 절반의 단면도이다.

이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너의 조립 구조의 실린더 절반의 상부 단면도이다. 도 2는 도 1의 제1 A-A선 단면도, 도 3은 도 1의 제2 A-A선 단면도이다.

도 1에 있어서, 부호 1은 실린더 라이너, 상기 실린더 라이너(1) 상에는, 도 5와 같이 실린더 커버(2)가 도시하지 않은 복수의 볼트로 고정되어 있다.

부호 5는 커버이고, 상기 커버(5)의 상단부는 상기 실린더 라이너(1)의 상부 지지부(1d)에 O링(7)을 통해 유체밀하게 고정되어 있다.

상기 커버(5)에 의해 형성되는 냉각실은 구획 보스(1c)에 의해 상부 냉각실(10)과 하부 냉각실(4)로 구획되어 있다. 상기 구획 보스(1c)의 외주는 상기 커버(5)에 O링(11)을 통해 유체밀하게 시일되어 있다.

또한, 상기 하부 냉각실(4)의 하단부는 상기 실린더 라이너(1)의 하부 지지부(1e)에 O링(8)을 통해 유체밀하게 고정되어 있다.

상기 구획 보스(1c)에는 상기 하부 냉각실(4)로부터 상부 냉각실(10)로 냉각수를 분출하는 분출 구멍(13)을 개방하고, 상기 분출 구멍(13)은 다음과 같이 형성되어 있다.

그 제1 예는, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 분출 구멍(13)을 원주 방향으로 복수개 또한 축선(13s)의 개구 방향(α)을 상기 상부 냉각실(10)의 외벽(1f)을 향해 개방하고 있다.

이 개구 방향(α)은 실험 혹은 시뮬레이션 계산에 의해 결정한다.

그리고, 각 분출 구멍(13)은 구획 보스(1c)에, 그 축선(13s)이 원주 방향에 있어서 동일 방향으로 경사져서 천공되고, 따라서 상기 냉각실(10)로의 출구가, 도 2의 (b)와 같이 긴 원 형상(13a)으로 형성되어 있다.

이와 같이 형성함으로써, 동일 방향으로 축선(13s)을 경사지게 하여 천공된 각 분출 구멍(13)으로부터의 분출수에 의해, 원주 방향으로 선회류가 형성되고, 냉각수측의 열전달률을 실린더 라이너(1)의 상부의 외주면(1f)을 따라서 상승시킬 수 있어, 냉각 효과가 향상된다.

또한, 상부 냉각실(10)로의 출구가 긴 원 형상(13a)으로 형성되어 있으므로, 출구의 R을 크게 할 수 있어, 후프 응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 구멍 형상은 진원뿐만 아니라, 응력 저감을 목적으로 한 타원 혹은 만곡된 타원 형상으로 해도 좋다.

그 제2 예는, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 분출 구멍(13)을 원주 방향으로 복수개 또한 축선(13s)의 개구 방향(α)을 상기 상부 냉각실(10)의 외벽(1f)을 향해 반경 방향으로 비스듬히 개방하고 있다. 이 경우에는, 상기 각 분출 구멍(13)의 축선(13s)은 경사지지 않고, 실린더 중심(100)을 향하고 있다. 이 경우에는 각 분출 구멍(13)의 가공이 간단해진다.

또한, 그 밖의 구성은 도 5와 마찬가지이다.

이러한 실시예에 따르면, 냉각실을 상부 냉각실(10)과 하부 냉각실(4)로 구획하여, 상기 구획 보스(1c)를 상기 커버(5)에 의해 유체밀하게 시일하고, 이 구획 보스(1c)에 하부 냉각실(4)로부터 상부 냉각실(10)로 냉각수를 분출하는 분출 구멍(13)을 개방하고, 상기 분출 구멍(13)은 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실(10)의 외벽(1f)을 향해 개방하였으므로, 냉각실을 상부 냉각실(10)과 하부 냉각실(4)의 2단으로 나누어, 고온이 되는 상부 냉각실(10)에, 구획 보스(1c)에 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상기 상부 냉각실(10)의 외벽(1f)을 향해 개방된 분출 구멍(13)으로부터 냉각수를 분출하고, 이 냉각수를 고온이 되는 실린더 라이너(1)의 외벽면(1f), 특히 제1 피스톤 링 대응 부위 부근의 외벽면(1f)을 향해 분출하므로, 외벽면(1f)과 분출되는 냉각수의 충돌에 의해 가해지는 외벽면(1f)의 열전달률이 상승하여, 실린더 라이너(1)의 외벽면(1f)의 온도를 저하시킬 수 있다.

따라서, 냉각실을 상부 냉각실(10)과 하부 냉각실(4)로, 커버(5)와 구획 보스(1c)에 의해 유체밀하게 시일하여 분할하여, 상기 구획 보스(1c)에 상기 하부 냉각실(4)로부터 상부 냉각실(10)로 냉각수를 분출시키는 분출 구멍(13)을 원주 방향으로 복수개 또한 개구 방향을 상부 냉각실(10)의 외벽(1f)을 향해 개방한다고 하는, 극히 간단한 구조로 가공 공정수가 적고 저비용인 실린더 라이너(1)의 냉각 수단이며, 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)의 냉각수측의 열전달률을 향상시킬 수 있고, 이에 의해 엔진의 고Pme화에 대응할 수 있는 실린더 라이너(1)의 냉각 구조가 얻어진다.

(제2 실시예)

도 4의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 관한 대형 디젤 엔진에 있어서의, 실린더 라이너의 조립 구조의 실린더 절반의 상부 단면도이다. (b)는 도 1의 Z부 확대도이다.

본 실시예에서는 상기 제1 실시예의 분출 구멍(13) 대신에, 구획 보스(1c)에 뿌리부가 고정된 분출 노즐(12)을 설치하여, 도 4의 (b)와 같이 분출 노즐(12)에 분출 구멍(12b) 및 출구를 좁힌 분출 구멍(12a)을 형성하고 있다.

그리고, 상기 분출 노즐(12)의 원주 방향 위치는, 도 2 및 도 3과 같이 구성한다. 그 밖의 구성은 도 1과 마찬가지이고, 이것과 동일한 부재는 동일한 부호로 나타낸다.

이러한 제2 실시예에 따르면, 분출 노즐(12)의 길이, 방향, 내경을 바꿈으로써, 냉각수의 실린더 라이너(1)의 외주면(1f)으로의 충돌에 의한 냉각수측의 열전달률을 변화시킬 수 있고, 이에 의해 최적인 온도 조건의 분출 노즐(12)을 선정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 극히 간단한 구조로 가공 공정수가 적고 저비용인 실린더 라이너의 냉각 수단이며, 실린더 라이너의 외주면의 냉각수측의 열전달률을 향상시켜, 엔진의 고Pme화에 대응할 수 있는 실린더 라이너의 냉각 구조를 제공할 수 있다.

Claims

실린더 라이너의 외주면과, 상기 외주면의 외측을 유체밀하게 덮는 커버의 내주 사이에 냉각실을 설치한 실린더 라이너의 냉각 구조체에 있어서,
상기 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로서 구획하는 구획부와,
상기 구획부에, 상기 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 복수의 분출 구멍을 구비하고,
상기 분출 구멍은, 상기 구획부에 있어서 원주 방향으로, 또한 상부 냉각실의 외주벽을 향해 경사져서 천공되고,
상기 상부 냉각실로의 분출 구멍의 출구는 장축이 상기 실린더 라이너의 접선 방향과 평행하게 되는 긴 원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 실린더 라이너의 냉각 구조체.
실린더 라이너의 외주면과, 상기 외주면의 외측을 유체밀하게 덮는 커버의 내주 사이에 냉각실을 설치한 실린더 라이너의 냉각 구조체에 있어서,
상기 냉각실을 상부 냉각실과 하부 냉각실로서 구획하는 구획부와,
상기 구획부에, 상기 하부 냉각실로부터 상부 냉각실로 냉각 유체를 분출하는 복수의 분출 구멍을 구비하고,
상기 분출 구멍의 구멍 형상은 타원 형상으로 형성되는 동시에, 상기 분출 구멍은, 상기 구획부에 있어서 상기 상부 냉각실의 외주벽을 향해 반경 방향으로 경사져서 천공되고,
상기 상부 냉각실로의 상기 분출 구멍의 출구는 장축이 상기 실린더 라이너의 접선 방향과 평행하게 되는 긴 원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 실린더 라이너의 냉각 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구획부에 뿌리부가 고정된 분출 노즐을 설치하여, 상기 분출 노즐에 상기 분출 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는, 실린더 라이너의 냉각 구조체.
제1항 또는 제2항에 기재된 실린더 라이너의 냉각 구조체를 구비하는, 디젤 엔진.