JP2019019813A - Protect ring and attachment structure of protect ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のシリンダライナに設けられるプロテクトリング、及びプロテクトリングの取付構造に関する。 The present invention relates to a protect ring provided on a cylinder liner of an internal combustion engine, and a protect ring mounting structure.
船舶の主機関あるいは補機関として用いられるディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、ピストンの上部（トップランド）の外周面に付着した硬質のカーボンを除去するために、シリンダライナにプロテクトリングが設けられている。従来、シリンダブロックに装着された円筒形状のシリンダライナの内周面の最上部にプロテクトリングが嵌入された構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。この構成において、プロテクトリングは、シリンダライナの内周面の最上部に形成された環状の段差部に嵌め込まれている。 In an internal combustion engine such as a diesel engine used as a main engine or an auxiliary engine of a ship, a protective ring is provided on the cylinder liner in order to remove hard carbon adhering to the outer peripheral surface of the upper part (top land) of the piston. Yes. 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration in which a protect ring is inserted into the uppermost portion of the inner peripheral surface of a cylindrical cylinder liner mounted on a cylinder block is known (see, for example, Patent Document 1). In this configuration, the protect ring is fitted into an annular step portion formed at the uppermost portion of the inner peripheral surface of the cylinder liner.
しかしながら、図３に示すように、上部が前記シリンダブロック３０１の上面から上方へ突出した状態でシリンダブロック３０１にシリンダライナ３０２が装着された構成の内燃機関においては、シリンダライナ３０２の最上部にプロテクトリング３０３を嵌入した場合に、以下の問題が生じる。シリンダライナ３０２の内周面の最上部に形成された段差部の厚み分だけシリンダライナ３０２の最上部が薄くされると、燃焼時にシリンダライナ３０２の最上部が受ける燃焼圧に耐えるべく、シリンダライナ３０２の厚みを大きくしなければならず、シリンダライナ３０２の外径が大きくなるという問題がある。また、高効率運転のため最大燃焼圧力が高く設定される傾向にある近年においては、シリンダライナ３０２の剛性アップのためにシリンダライナ３０２を更に大径化しなければならず、シリンダライナ３０２のみならず内燃機関のコンパクト化を阻害する。また、シリンダライナ３０２にプロテクトリング３０３を嵌入した構成では、当該嵌入部が、燃焼の繰り返しによる高温高圧環境下に置かれることや、当該嵌合部に燃焼残渣が侵入することなどが原因で、プロテクトリング３０３がシリンダライナ３０２に固着する場合がある。この場合、メンテナンスなどの際にプロテクトリング３０３をシリンダライナ３０２から取り外すことが困難になる。 However, as shown in FIG. 3, in the internal combustion engine in which the cylinder liner 302 is mounted on the cylinder block 301 with the upper portion protruding upward from the upper surface of the cylinder block 301, the uppermost portion of the cylinder liner 302 is protected. When the ring 303 is inserted, the following problem occurs. When the uppermost part of the cylinder liner 302 is made thinner by the thickness of the stepped part formed on the uppermost part of the inner peripheral surface of the cylinder liner 302, the cylinder liner 302 can withstand the combustion pressure received by the uppermost part of the cylinder liner 302 during combustion. There is a problem that the thickness of the 302 has to be increased, and the outer diameter of the cylinder liner 302 is increased. Further, in recent years when the maximum combustion pressure tends to be set high for high-efficiency operation, the cylinder liner 302 has to be further enlarged in order to increase the rigidity of the cylinder liner 302. This hinders downsizing of internal combustion engines. Further, in the configuration in which the protect ring 303 is inserted into the cylinder liner 302, the insertion portion is placed in a high-temperature and high-pressure environment due to repeated combustion, or a combustion residue enters the engagement portion. The protect ring 303 may be fixed to the cylinder liner 302. In this case, it becomes difficult to remove the protect ring 303 from the cylinder liner 302 during maintenance or the like.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダライナの径大化を防止するとともにシリンダライナの上下方向の寸法を短くすることができ、更に、シリンダライナに対する着脱を容易に行うことが可能なプロテクトリング、及びプロテクトリングの取付構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to prevent an increase in the diameter of the cylinder liner, to shorten the vertical dimension of the cylinder liner, and to attach and detach the cylinder liner. It is an object of the present invention to provide a protection ring and a protection ring mounting structure that can be easily performed.
(1) 本発明は、内燃機関のシリンダブロックに装着されるシリンダライナとシリンダヘッドとの間に設けられたプロテクトリングである。前記シリンダライナは、円筒形状に形成され、その上部が前記シリンダブロックの上面から上方へ突出した状態で前記シリンダブロックに装着されている。前記プロテクトリングは、円環状に形成され、その内周面が前記シリンダライナの内周面よりも前記シリンダライナの中心側へ突出して前記シリンダライナの内周面との間で微小な環状段差を形成するように、前記プロテクトリングが前記シリンダライナの上端面に設置されている。 (1) The present invention is a protect ring provided between a cylinder liner attached to a cylinder block of an internal combustion engine and a cylinder head. The cylinder liner is formed in a cylindrical shape, and is mounted on the cylinder block with its upper portion protruding upward from the upper surface of the cylinder block. The protect ring is formed in an annular shape, and an inner peripheral surface thereof protrudes toward the center side of the cylinder liner from an inner peripheral surface of the cylinder liner to form a minute annular step between the inner peripheral surface of the cylinder liner. The protective ring is installed on the upper end surface of the cylinder liner so as to form.
このように構成されているため、シリンダライナの内周面にプロテクトリングを嵌入するための段差部を形成する必要がなくなり、径大化することなく、燃焼時の燃焼圧に耐え得る厚みのシリンダライナを実現することができる。また、本発明は、プロテクトリングがシリンダライナの上端面に設置された構成であるため、プロテクトリングの高さ寸法分だけシリンダライナを上下方向にコンパクトにすることができる。また、プロテクトリングは、シリンダライナの内周面に嵌入されておらず、シリンダライナの上端面に設置された構成であるため、上方へ引き上げることによってプロテクトリングを容易に取り外すことができ、また、シリンダライナの上端面へのプロテクトリングの取付も容易に行うことができる。 Since it is configured in this manner, it is not necessary to form a stepped portion for fitting the protect ring on the inner peripheral surface of the cylinder liner, and the cylinder has a thickness that can withstand the combustion pressure during combustion without increasing the diameter. A liner can be realized. Further, according to the present invention, since the protect ring is installed on the upper end surface of the cylinder liner, the cylinder liner can be made compact in the vertical direction by the height dimension of the protect ring. In addition, since the protect ring is not inserted into the inner peripheral surface of the cylinder liner and is installed on the upper end surface of the cylinder liner, the protect ring can be easily removed by pulling upward, The protection ring can be easily attached to the upper end surface of the cylinder liner.
(2) 前記シリンダライナは、上下方向へ伸びる第１冷却水路を有している。この構成において、前記プロテクトリングは、前記シリンダライナの上端面に形成された前記第１冷却水路の開口に連結する上下方向へ伸びる第２冷却水路を有する。 (2) The cylinder liner has a first cooling water channel extending in the vertical direction. In this configuration, the protect ring has a second cooling water channel extending in the vertical direction connected to the opening of the first cooling water channel formed on the upper end surface of the cylinder liner.
ウォータージャケットなどの第１冷却水路がシリンダブロックではなくシリンダライナに設けられた構成の場合、シリンダライナの最上部にプロテクトリングを嵌入した従来の構成では、第１冷却水路の上部が燃焼時の燃焼圧に耐えられるようにするために、シリンダライナの最上部の厚みを大きくして径大化する必要がある。しかしながら、シリンダライナの上端面にプロテクトリングが設置された構成では、プロテクトリングに前記第１冷却水路に連結する第２冷却水路を形成することにより、シリンダライナ及びプロテクトリング双方の径大化を抑制することができる。 In the case where the first cooling water channel such as a water jacket is provided in the cylinder liner instead of the cylinder block, the upper part of the first cooling water channel is burned during combustion in the conventional configuration in which a protect ring is inserted at the top of the cylinder liner. In order to withstand the pressure, it is necessary to increase the diameter by increasing the thickness of the uppermost portion of the cylinder liner. However, in the structure in which the protect ring is installed on the upper end surface of the cylinder liner, the diameter increase of both the cylinder liner and the protect ring is suppressed by forming the second cooling water channel connected to the first cooling water channel in the protect ring. can do.
(3) また、本発明は、内燃機関に用いられるプロテクトリングの取付構造として捉えることができる。この取付構造は、シリンダブロックと、シリンダライナと、プロテクトリングと、シリンダヘッドと、を備える。前記シリンダライナは、円筒形状に形成されており、その上部が前記シリンダブロックの上面から上方へ突出した状態で前記シリンダブロックに装着されている。前記プロテクトリングは、内周面が前記シリンダライナの内周面よりも前記シリンダライナの中心側へ突出して前記シリンダライナの内周面との間で微小な環状段差を形成するように、前記シリンダライナの上端面に設置されている。前記シリンダヘッドは、前記プロテクトリングの上端面に設置され、前記シリンダライナの上端面との間で前記プロテクトリングを挟持するように設けられている。 (3) Further, the present invention can be understood as a mounting structure for a protect ring used in an internal combustion engine. This mounting structure includes a cylinder block, a cylinder liner, a protect ring, and a cylinder head. The cylinder liner is formed in a cylindrical shape, and is mounted on the cylinder block with its upper portion protruding upward from the upper surface of the cylinder block. The protect ring is configured so that an inner peripheral surface protrudes toward a center side of the cylinder liner from an inner peripheral surface of the cylinder liner so as to form a minute annular step with the inner peripheral surface of the cylinder liner. It is installed on the upper edge of the liner. The cylinder head is installed on the upper end surface of the protect ring, and is provided so as to sandwich the protect ring with the upper end surface of the cylinder liner.
本発明によれば、シリンダライナの径大化を防止するとともにシリンダライナの上下方向の寸法を短くすることができ、更に、シリンダライナに対する着脱を容易に行うことが可能である。 According to the present invention, the diameter of the cylinder liner can be prevented from being increased, the vertical dimension of the cylinder liner can be shortened, and the cylinder liner can be easily attached to and detached from the cylinder liner.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. In addition, the following embodiment is only an example which actualized this invention, and does not limit the technical scope of this invention.
図１に示すように、本発明の実施形態に係る内燃機関１０は、船舶において発電用モータに回転力を供給する用途として、あるいは、船舶のプロペラ軸を回転させる用途として使用されるものであり、例えば、機関出力が数百ｋＷ〜数千ｋＷの大型の４サイクルのディーゼルエンジンである。もちろん、本発明は、上述の用途の内燃機関１０に限られず、燃料の熱エネルギーをピストンの往復運動に変換して回転運動として出力する全ての内燃機関に適用可能である。 As shown in FIG. 1, an internal combustion engine 10 according to an embodiment of the present invention is used as an application for supplying a rotational force to a power generation motor in a ship or an application for rotating a propeller shaft of a ship. For example, it is a large 4-cycle diesel engine having an engine output of several hundred kW to several thousand kW. Of course, the present invention is not limited to the internal combustion engine 10 of the above-described use, and can be applied to all internal combustion engines that convert the thermal energy of the fuel into a reciprocating motion of the piston and output it as a rotational motion.
内燃機関１０は、例えば、複数のシリンダ１４が直列に配置されたものであり、主として、シリンダ１４と、シリンダ１４の上部に配置されたシリンダヘッド１６と、シリンダ１４に沿って往復運動可能に支持されたピストン１１と、出力軸に連結されたクランク軸１２と、各ピストン１１の往復運動をクランク軸１２の回転運動に変えるためのコネクティングロッド（連接棒）１３と、を備えて構成されている。これらの各構成要素は、内燃機関１０のエンジンフレーム（架構）２０に組み付けられている。 The internal combustion engine 10 includes, for example, a plurality of cylinders 14 arranged in series. The internal combustion engine 10 mainly supports the cylinder 14, a cylinder head 16 arranged at the top of the cylinder 14, and a reciprocating motion along the cylinder 14. And a connecting shaft (connecting rod) 13 for changing the reciprocating motion of each piston 11 into the rotational motion of the crankshaft 12. . Each of these components is assembled to an engine frame (frame) 20 of the internal combustion engine 10.
エンジンフレーム２０は、上部側のシリンダブロック２１と、下部側のクランクケース２２とを有する。シリンダブロック２１とクランクケース２２は、それぞれ別部材として構成されていてもよく、あるいは、エンジンフレーム２０に一体に形成されていてもよい。シリンダブロック２１にシリンダ１４やピストン１１等が組み付けられており、クランクケース２２にクランク軸１２が回転可能に設けられている。 The engine frame 20 includes an upper cylinder block 21 and a lower crankcase 22. The cylinder block 21 and the crankcase 22 may be configured as separate members, or may be formed integrally with the engine frame 20. The cylinder 14, the piston 11, and the like are assembled to the cylinder block 21, and the crankshaft 12 is rotatably provided to the crankcase 22.
図２は、シリンダ１４の構成を示す部分断面図である。図２では、シリンダ１４を構成する各構成要素が実線で示されており、シリンダブロック２１やシリンダヘッド１６、ピストン１１等は二点鎖線で示されている。図２に示すように、シリンダ１４は、シリンダライナ３０と、プロテクトリング５０とにより構成されている。以下、シリンダ１４の構成とともに、プロテクトリング５０の取付構造について説明する。 FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the cylinder 14. In FIG. 2, each component constituting the cylinder 14 is indicated by a solid line, and the cylinder block 21, the cylinder head 16, the piston 11 and the like are indicated by a two-dot chain line. As shown in FIG. 2, the cylinder 14 includes a cylinder liner 30 and a protect ring 50. Hereinafter, the structure of the cylinder 14 and the mounting structure of the protect ring 50 will be described.
シリンダライナ３０は、シリンダ１４を構成する部材であるとともに、シリンダヘッド１６、ピストン１１、プロテクトリング５０等とともに燃焼室１５を形成する部材である。シリンダライナ３０は、円筒形状の筒状部材であり、シリンダブロック２１に装着されている。シリンダライナ３０は、プロテクトリング５０よりも強度は低いが摺動性の高い材質で形成されており、例えば、高リン鋳鉄やねずみ鋳鉄などのＦＣ材で形成されている。また、シリンダライナ３０の内面には、ホーニング加工が施されている。シリンダライナ３０の内周面に摺動可能なようにピストン１１が設けられている。なお、ピストン１１の上部（トップランド）１１Ａの外周面には、ピストン１１が上死点に到達しても後述のプロテクトリング５０の内周面と接触しないように、ピストン１１の中心側へオフセットされたオフセット面１１Ｂが形成されている。 The cylinder liner 30 is a member that constitutes the cylinder 14 and that forms the combustion chamber 15 together with the cylinder head 16, the piston 11, the protect ring 50, and the like. The cylinder liner 30 is a cylindrical tubular member and is attached to the cylinder block 21. The cylinder liner 30 is formed of a material having lower strength than the protect ring 50 but having high slidability. For example, the cylinder liner 30 is formed of FC material such as high phosphorus cast iron or gray cast iron. In addition, honing is performed on the inner surface of the cylinder liner 30. A piston 11 is provided on the inner peripheral surface of the cylinder liner 30 so as to be slidable. Note that the outer peripheral surface of the upper portion (top land) 11A of the piston 11 is offset toward the center of the piston 11 so that it does not come into contact with the inner peripheral surface of the protect ring 50 described later even when the piston 11 reaches top dead center. The offset surface 11B thus formed is formed.
シリンダブロック２１には、複数のシリンダ１４に応じた数の縦穴２３が形成されている。縦穴２３は、上面２１Ａから下方へ延出しており、概ね円筒形状に形成されている。縦穴２３の内周面には、部分的に水平方向に凹んだ凹部が形成されており、前記凹部は、縦穴２３に装着されたシリンダライナ３０の外周面との間で冷却水路を構成している。 A number of vertical holes 23 corresponding to the plurality of cylinders 14 are formed in the cylinder block 21. The vertical hole 23 extends downward from the upper surface 21A, and is formed in a substantially cylindrical shape. A concave portion that is partially recessed in the horizontal direction is formed on the inner peripheral surface of the vertical hole 23, and the concave portion forms a cooling water channel with the outer peripheral surface of the cylinder liner 30 mounted in the vertical hole 23. Yes.
シリンダブロック２１の上面２１Ａは平坦面であり、縦穴２３の上側の開口が露出している。シリンダライナ３０は、円筒形状に形成されており、シリンダブロック２１の上面２１Ａの前記開口から内部に挿入されることにより、シリンダブロック２１に装着されている。本実施形態では、後述するように、シリンダライナ３０は、その上部露出部３５がシリンダブロック２１の上面２１Ａから上方へ突出した状態でシリンダブロック２１に装着されている。 The upper surface 21A of the cylinder block 21 is a flat surface, and the upper opening of the vertical hole 23 is exposed. The cylinder liner 30 is formed in a cylindrical shape, and is attached to the cylinder block 21 by being inserted into the inside from the opening of the upper surface 21 </ b> A of the cylinder block 21. In the present embodiment, as will be described later, the cylinder liner 30 is mounted on the cylinder block 21 with the upper exposed portion 35 protruding upward from the upper surface 21A of the cylinder block 21.
シリンダライナ３０は、大別すると、下部筒部３３と、位置決め部３４と、上部露出部３５とに分かれている。下部筒部３３は、シリンダライナ３０において下方側を占める部分である。下部筒部３３の外径は、位置決め部３４及び上部露出部３５それぞれの外径よりも小さく形成されている。下部筒部３３の外周面には複数の環状のシール部材３７が設けられている。シール部材３７は、例えばＮＢＲで形成されたＯリングなどである。シール部材３７は、下部筒部３３の外周面に形成された複数の環状溝に装着されており、シリンダブロック２１にシリンダライナ３０が装着された状態（以下、ライナー装着状態という。）で縦穴２３の内周面に密着している。また、縦穴２３の内周面において、シール部材３７よりも上側には、シリンダライナ３０の外周面との間で冷却水路ＣＷ１の一部を構成する凹部２４が形成されている。この凹部２４は、縦穴２３の内周面において周方向に亘って形成されている。シール部材３７は、冷却水路ＣＷ１の冷却水が、縦穴２３の内周面とシリンダライナ３０の外周面との間の隙間を通って下方へ進入することを防止する役割を担っている。 The cylinder liner 30 is roughly divided into a lower cylindrical portion 33, a positioning portion 34, and an upper exposed portion 35. The lower cylindrical portion 33 is a portion that occupies the lower side in the cylinder liner 30. The outer diameter of the lower cylinder part 33 is formed smaller than the outer diameter of each of the positioning part 34 and the upper exposed part 35. A plurality of annular seal members 37 are provided on the outer peripheral surface of the lower cylindrical portion 33. The seal member 37 is, for example, an O-ring formed of NBR. The seal member 37 is mounted in a plurality of annular grooves formed on the outer peripheral surface of the lower cylindrical portion 33, and the vertical hole 23 in a state where the cylinder liner 30 is mounted on the cylinder block 21 (hereinafter referred to as a liner mounted state). It is in close contact with the inner peripheral surface of the. Further, on the inner peripheral surface of the vertical hole 23, a concave portion 24 that forms a part of the cooling water channel CW <b> 1 with the outer peripheral surface of the cylinder liner 30 is formed above the seal member 37. The recess 24 is formed in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the vertical hole 23. The sealing member 37 plays a role of preventing the cooling water in the cooling water passage CW1 from entering downward through a gap between the inner peripheral surface of the vertical hole 23 and the outer peripheral surface of the cylinder liner 30.
下部筒部３３の上側に位置決め部３４が配置されている。詳細には、位置決め部３４は、前記ライナー装着状態において、凹部２４よりも上側に設けられている。位置決め部３４は、下部筒部３３の外周面よりも径方向外側へ膨出している。言い換えると、位置決め部３４の外径は、シリンダライナ３０の下部筒部３３の外径よりも大きく形成されている。そのため、下部筒部３３と位置決め部３４との間には、シリンダライナ３０の外周面を周方向に亘って環状の段差３８が形成されている。環状の段差３８と下部筒部３３との間の隅部には、下部筒部３３の外径よりも小径の括れ部３９が形成されている。括れ部３９は、シリンダライナ３０の外周面を周方向に亘って形成されており、シリンダライナ３０の中心側へ向かって湾曲して湾曲面を有する。この括れ部３９に後述するボア冷却水路ＣＷ２（本発明の第１冷却水路の一例）の下部入口４０が形成されている。 A positioning portion 34 is disposed on the upper side of the lower cylindrical portion 33. Specifically, the positioning portion 34 is provided above the concave portion 24 in the liner mounting state. The positioning portion 34 bulges outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the lower cylindrical portion 33. In other words, the outer diameter of the positioning portion 34 is formed larger than the outer diameter of the lower cylindrical portion 33 of the cylinder liner 30. Therefore, an annular step 38 is formed between the lower cylindrical portion 33 and the positioning portion 34 over the outer circumferential surface of the cylinder liner 30 in the circumferential direction. A constricted portion 39 having a smaller diameter than the outer diameter of the lower cylindrical portion 33 is formed at a corner between the annular step 38 and the lower cylindrical portion 33. The constricted portion 39 is formed over the outer circumferential surface of the cylinder liner 30 in the circumferential direction, and has a curved surface that curves toward the center side of the cylinder liner 30. A lower inlet 40 of a bore cooling water channel CW2 (an example of the first cooling water channel of the present invention) described later is formed in the constricted portion 39.
縦穴２３の内周面の上端部には、位置決め部３４が嵌め入れられる環状の段差部２５が形成されている。段差部２５は、縦穴２３の内周面を周方向に亘って形成されている。段差部２５に位置決め部３４が嵌め入れられることによって、シリンダライナ３０がシリンダブロック２１の縦穴２３に対して位置決め可能に装着される。 An annular step portion 25 into which the positioning portion 34 is fitted is formed at the upper end portion of the inner peripheral surface of the vertical hole 23. The step portion 25 is formed over the inner peripheral surface of the vertical hole 23 in the circumferential direction. The cylinder liner 30 is mounted so as to be positioned with respect to the vertical hole 23 of the cylinder block 21 by fitting the positioning portion 34 into the stepped portion 25.
位置決め部３４の上側に上部露出部３５が配置されている。上部露出部３５は、前記ライナー装着状態において、位置決め部３４からシリンダライナ３０の上端部に至る部分である。上部露出部３５は、位置決め部３４の外周面よりも径方向外側へ膨出している。言い換えると、上部露出部３５の外径は、シリンダライナ３０の位置決め部３４の外径よりも若干大きく形成されている。 An upper exposed portion 35 is disposed on the upper side of the positioning portion 34. The upper exposed portion 35 is a portion extending from the positioning portion 34 to the upper end portion of the cylinder liner 30 in the liner mounted state. The upper exposed portion 35 bulges outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the positioning portion 34. In other words, the outer diameter of the upper exposed portion 35 is formed to be slightly larger than the outer diameter of the positioning portion 34 of the cylinder liner 30.
シリンダライナ３０には、上下方向へ伸びる複数のボア冷却水路ＣＷ２が形成されている。ボア冷却水路ＣＷ２は、括れ部３９に形成された下部入口４０から鉛直上方へ穿孔されて上部露出部３５の上端面３５Ａまで貫通する貫通孔である。複数のボア冷却水路ＣＷ２は、シリンダライナ３０において、周方向に一定の間隔を隔てて均等に配置されている。冷却水路ＣＷ１から下部入口４０に流入した冷却水は、ボア冷却水路ＣＷ２を通って上方へ流れる。これにより、燃焼時に加熱された高温の燃焼ガスから熱が伝達して高温になったシリンダライナ３０を効率良く冷却することができる。 The cylinder liner 30 is formed with a plurality of bore cooling water channels CW2 extending in the vertical direction. The bore cooling water channel CW <b> 2 is a through hole that is drilled vertically upward from the lower inlet 40 formed in the constricted portion 39 and penetrates to the upper end surface 35 </ b> A of the upper exposed portion 35. The plurality of bore cooling water channels CW2 are evenly arranged in the cylinder liner 30 at regular intervals in the circumferential direction. The cooling water flowing into the lower inlet 40 from the cooling water channel CW1 flows upward through the bore cooling water channel CW2. As a result, the cylinder liner 30 that has become hot due to the transfer of heat from the high-temperature combustion gas heated during combustion can be efficiently cooled.
図２に示すように、プロテクトリング５０は、燃焼時にピストン１１の上部１１Ａの外周面に付着した硬質のカーボンを除去するため部材であり、シリンダライナ３０の上側に設けられている。プロテクトリング５０は、円環状に形成されている。プロテクトリング５０は、ピストン１１を上下方向に摺動可能に支持するものではなく、ピストン１１が上死点に位置する状態で、プロテクトリング５０の内周面と、ピストン１１の上部１１Ａの外周面に形成されたオフセット面１１Ｂとの間には微小隙間が確保されている。つまり、ピストン１１の上下方向の運動中に、プロテクトリング５０の内周面がピストン１１に直接に接触することはない。そのため、プロテクトリング５０は、シリンダライナ３０よりも強度の高い材質で形成することが可能である。本実施形態では、プロテクトリング５０は、例えば、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ材）で形成されている。 As shown in FIG. 2, the protect ring 50 is a member for removing hard carbon adhering to the outer peripheral surface of the upper portion 11 </ b> A of the piston 11 during combustion, and is provided on the upper side of the cylinder liner 30. The protect ring 50 is formed in an annular shape. The protect ring 50 does not support the piston 11 so as to be slidable in the vertical direction, but the inner peripheral surface of the protect ring 50 and the outer peripheral surface of the upper portion 11A of the piston 11 in a state where the piston 11 is located at the top dead center. A minute gap is secured between the offset surface 11B formed on the surface. That is, the inner peripheral surface of the protect ring 50 does not directly contact the piston 11 during the vertical movement of the piston 11. Therefore, the protect ring 50 can be formed of a material having higher strength than the cylinder liner 30. In the present embodiment, the protect ring 50 is made of, for example, spheroidal graphite cast iron (FCD material).
プロテクトリング５０は、シリンダライナ３０の上部露出部３５の上端面３５Ａに載るように設置されている。上部露出部３５の上端面３５Ａの外周縁には、上端面３５Ａよりも一段低い環状の段差４２が形成されている。また、プロテクトリング５０の下端面５０Ａの外周縁には、下端面５０Ａよりも下方へ突出した環状の突出部５１が形成されている。プロテクトリング５０は、環状の突出部５１が環状の段差４２に嵌め入れられることによって、下端面５０Ａが上端面３５Ａに面接触した状態で、上部露出部３５の上端面３５Ａに設置される。この状態で、プロテクトリング５０の内周面が、シリンダライナ３０の内周面よりもシリンダライナ３０の中心側（シリンダ１４の中心側）へ僅かに突出して、シリンダライナ３０の内周面との間で微小な環状段差Ｄ１を形成している。つまり、プロテクトリング５０は、その内周面がシリンダライナ３０の内周面よりもシリンダライナ３０の中心側へ突出してシリンダライナ３０の内周面との間で微小な環状段差Ｄ１を形成するように、シリンダライナ３０の上部露出部３５の上端面３５Ａに設置されている。 The protect ring 50 is installed so as to be placed on the upper end surface 35 </ b> A of the upper exposed portion 35 of the cylinder liner 30. An annular step 42 that is one step lower than the upper end surface 35A is formed on the outer peripheral edge of the upper end surface 35A of the upper exposed portion 35. Further, an annular projecting portion 51 projecting downward from the lower end surface 50A is formed on the outer peripheral edge of the lower end surface 50A of the protect ring 50. The protect ring 50 is installed on the upper end surface 35 </ b> A of the upper exposed portion 35 in a state where the lower end surface 50 </ b> A is in surface contact with the upper end surface 35 </ b> A by fitting the annular protrusion 51 into the annular step 42. In this state, the inner peripheral surface of the protect ring 50 slightly protrudes from the inner peripheral surface of the cylinder liner 30 toward the center side of the cylinder liner 30 (center side of the cylinder 14). A minute annular step D1 is formed between them. That is, the inner peripheral surface of the protect ring 50 protrudes toward the center side of the cylinder liner 30 from the inner peripheral surface of the cylinder liner 30 so as to form a minute annular step D1 with the inner peripheral surface of the cylinder liner 30. Further, it is installed on the upper end surface 35 </ b> A of the upper exposed portion 35 of the cylinder liner 30.
図２に示すように、シリンダヘッド１６は、プロテクトリング５０の上端面５０Ｂに設置されている。シリンダヘッド１６は、図示しないスタッドボルトによって、シリンダブロック２１に固定されている。本実施形態では、シリンダヘッド１６は、シリンダライナ３０の上部露出部３５の上端面３５Ａとの間でプロテクトリング５０を挟持するように設けられている。これにより、シリンダライナ３０の内周面、プロテクトリング５０の内周面、シリンダヘッド１６、ピストン１１のトップ面で囲まれた閉塞空間としての燃焼室１５が形成される。 As shown in FIG. 2, the cylinder head 16 is installed on the upper end surface 50 </ b> B of the protect ring 50. The cylinder head 16 is fixed to the cylinder block 21 by a stud bolt (not shown). In the present embodiment, the cylinder head 16 is provided so as to sandwich the protect ring 50 between the upper end surface 35 </ b> A of the upper exposed portion 35 of the cylinder liner 30. As a result, a combustion chamber 15 is formed as a closed space surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder liner 30, the inner peripheral surface of the protect ring 50, the cylinder head 16, and the top surface of the piston 11.
プロテクトリング５０には、上下方向へ伸びる複数のボア冷却水路ＣＷ３（本発明の第２冷却水路の一例）が形成されている。ボア冷却水路ＣＷ３は、プロテクトリング５０を、下端面５０Ａから上端面５０Ｂへ向けて穿孔されて貫通する貫通孔である。複数のボア冷却水路ＣＷ３は、プロテクトリング５０において、周方向に一定の間隔を隔てて均等に配置されており、シリンダライナ３０の上端面３５Ａに形成されたボア冷却水路ＣＷ２の上部開口に連結している。ボア冷却水路ＣＷ２からボア冷却水路ＣＷ３に流入した冷却水は、ボア冷却水路ＣＷ３を通って上方へ流れる。これにより、燃焼時に燃焼ガスから熱が伝達して高温になったプロテクトリング５０を効率良く冷却することができる。 In the protect ring 50, a plurality of bore cooling water channels CW3 (an example of the second cooling water channel of the present invention) extending in the vertical direction are formed. The bore cooling water channel CW3 is a through-hole penetrating through the protect ring 50 from the lower end surface 50A toward the upper end surface 50B. The plurality of bore cooling water passages CW3 are evenly arranged in the protect ring 50 at a constant interval in the circumferential direction, and are connected to the upper opening of the bore cooling water passage CW2 formed in the upper end surface 35A of the cylinder liner 30. ing. The cooling water that has flowed into the bore cooling water channel CW3 from the bore cooling water channel CW2 flows upward through the bore cooling water channel CW3. Thereby, the heat can be efficiently cooled from the combustion gas at the time of combustion, and the protect ring 50 that has become high temperature can be cooled.
なお、ボア冷却水路ＣＷ３を通る冷却水は、シリンダヘッド１６に形成されたヘッド冷却水室（不図示）に流入し、シリンダヘッド１６の周辺を冷却した後に排出される。 The cooling water passing through the bore cooling water channel CW3 flows into a head cooling water chamber (not shown) formed in the cylinder head 16, and is discharged after cooling the periphery of the cylinder head 16.
以上説明したように、本実施形態では、シリンダライナ３０とシリンダヘッド１６との間に設けられたプロテクトリング５０が円環状に形成されており、その内周面がシリンダライナ３０の内周面よりもシリンダライナ３０の中心側へ僅かに突出してシリンダライナ３０の内周面との間で微小な環状段差Ｄ１を形成するように、プロテクトリング５０がシリンダライナ３０の上部露出部３５の上端面３５Ａに設置されている。そのため、シリンダライナ３０の内周面にプロテクトリング５０を嵌入するための段差部を形成する必要がなくなり、径大化することなく、燃焼時の燃焼圧に耐え得る厚みのシリンダライナ３０を実現することができる。また、プロテクトリング５０がシリンダライナ３０の上部露出部３５の上端面３５Ａに設置された構成であるため、シリンダライナ３０２にプロテクトリング３０３を嵌入した従来構成（図３参照）に比べて、プロテクトリング５０の高さ寸法分だけシリンダライナ３０を上下方向にコンパクトにすることができる。これにより、シリンダライナ３０の製造コストを抑えることができる。 As described above, in this embodiment, the protect ring 50 provided between the cylinder liner 30 and the cylinder head 16 is formed in an annular shape, and the inner peripheral surface thereof is more than the inner peripheral surface of the cylinder liner 30. Further, the protect ring 50 is slightly protruded toward the center side of the cylinder liner 30 to form a minute annular step D1 with the inner peripheral surface of the cylinder liner 30, and the upper end surface 35A of the upper exposed portion 35 of the cylinder liner 30 is formed. Is installed. Therefore, it is not necessary to form a step portion for fitting the protect ring 50 on the inner peripheral surface of the cylinder liner 30, and the cylinder liner 30 having a thickness that can withstand the combustion pressure during combustion is realized without increasing the diameter. be able to. Further, since the protect ring 50 is installed on the upper end surface 35A of the upper exposed portion 35 of the cylinder liner 30, the protect ring 50 is compared with the conventional configuration in which the protect ring 303 is fitted into the cylinder liner 302 (see FIG. 3). The cylinder liner 30 can be made compact in the vertical direction by the height dimension of 50. Thereby, the manufacturing cost of the cylinder liner 30 can be suppressed.
また、本実施形態では、シリンダライナ３０の上端面３５Ａは、従来構成に比べて、プロテクトリング５０の高さ寸法分だけ下方に位置している。したがって、燃焼時にシリンダライナ３０に掛かる応力は低くなる。そのため、シリンダライナ３０の上部の肉厚は、燃焼時の燃焼圧に耐えうる範囲内で、従来構成のシリンダライナ３０２の上部の肉厚よりも小さくすることができ、ひいては外径寸法を小さくすることができる。これにより、プロテクトリング５０のみならず、シリンダライナ３０の外径寸法を小さくすることによって、内燃機関１０のシリンダ間隔を短小することができ、小型且つ軽量の内燃機関１０を実現することができる。 In the present embodiment, the upper end surface 35A of the cylinder liner 30 is positioned below the height of the protect ring 50 compared to the conventional configuration. Therefore, the stress applied to the cylinder liner 30 during combustion is reduced. Therefore, the thickness of the upper portion of the cylinder liner 30 can be made smaller than the thickness of the upper portion of the conventional cylinder liner 302 within a range that can withstand the combustion pressure at the time of combustion, thereby reducing the outer diameter. be able to. Accordingly, by reducing not only the protect ring 50 but also the outer diameter of the cylinder liner 30, the cylinder interval of the internal combustion engine 10 can be shortened, and a small and lightweight internal combustion engine 10 can be realized.
また、従来構成では、シリンダライナ３０２に対するプロテクトリング３０３の嵌入部が、燃焼の繰り返しによる高温高圧環境下に置かれることや、当該嵌合部に燃焼残渣が侵入することなどが原因で、プロテクトリング３０３がシリンダライナ３０２に固着する場合があった。また、プロテクトリング３０３の取り外しには専用工具が必要であり、取り外しが容易ではなかった。一方、本実施形態のプロテクトリング５０は、シリンダライナ３０の内周面に嵌入されておらず、シリンダライナ３０の上端面３５Ａに載るように設置された構成であるため、上方へ引き上げることによってプロテクトリング５０を容易に取り外すことができ、取り外し作業効率を向上させることができる。また、内燃機関１０の付属部品として上述の専用工具を用意する必要がなくなり、付属部品点数を減らすことができ、その分のコストを抑えることができる。 Further, in the conventional configuration, the protect ring 303 is inserted into the cylinder liner 302 in a high temperature and high pressure environment due to repeated combustion, or a combustion residue enters the fit portion. In some cases, 303 is fixed to the cylinder liner 302. In addition, a special tool is required to remove the protect ring 303, and the removal is not easy. On the other hand, the protect ring 50 of the present embodiment is configured not to be fitted on the inner peripheral surface of the cylinder liner 30 but to be placed on the upper end surface 35A of the cylinder liner 30, so that the protect ring 50 is protected by pulling upward. The ring 50 can be easily removed, and the removal work efficiency can be improved. Moreover, it is not necessary to prepare the above-mentioned dedicated tool as an accessory part of the internal combustion engine 10, the number of accessory parts can be reduced, and the cost can be reduced accordingly.
また、従来構成のプロテクトリング３０３では、その内径及び外径を精度良く加工して、プロテクトリング３０３の肉厚が均等になるように成形する必要があり、更に、プロテクトリング３０３が薄肉であるため加工が難しいことから、プロテクトリング３０３の加工コストが高くなるという問題がある。しかしながら、本実施形態のプロテクトリング５０は、上端面３５Ａに設置された構成であるため、高精度な加工は内径だけでよく、外径の高精度な加工は必要がなく、しかも、従来構成のものよりも厚みを大きくすることができ、薄肉成形する必要がない。そのため、プロテクトリング５０の加工が容易となり、加工コストを抑えることができる。 Further, in the protect ring 303 having the conventional configuration, it is necessary to process the inner diameter and the outer diameter with high precision so that the thickness of the protect ring 303 is uniform, and the protect ring 303 is thin. Since the processing is difficult, there is a problem that the processing cost of the protect ring 303 is increased. However, since the protect ring 50 of the present embodiment has a configuration installed on the upper end surface 35A, high-accuracy machining is only required for the inner diameter, and high-precision machining of the outer diameter is not necessary, and the conventional configuration is not required. Thickness can be made larger than that, and there is no need for thin-wall molding. Therefore, processing of the protect ring 50 becomes easy and processing costs can be suppressed.
また、上述の実施形態のように、シリンダライナ３０にボア冷却水路ＣＷ２が形成され、プロテクトリング５０に、シリンダライナ３０のボア冷却水路ＣＷ２に連結するボア冷却水路ＣＷ３が形成された構成では、燃焼時にボア冷却水路ＣＷ２，ＣＷ３に高い応力が掛かることになる。とりわけ、ボア冷却水路ＣＷ２からボア冷却水路ＣＷ３に至る連続した冷却水路において上側ほど高い応力が掛かり、特に、ボア冷却水路ＣＷ３に高い応力が掛かる。しかしながら、本実施形態の構成の場合は、シリンダライナ３０及びプロテクトリング５０それぞれの内周面から各冷却水路ＣＷ２，ＣＷ３までの厚みとして燃焼時の燃焼圧に耐えられる十分な厚みを確保することができ、かつ、シリンダライナ３０及びプロテクトリング５０の外径寸法を従来構成よりも小さくすることができる。その結果、シリンダライナ３０及びプロテクトリング５０双方の径大化を抑制することができる。 Moreover, in the configuration in which the bore cooling water channel CW2 is formed in the cylinder liner 30 and the bore cooling water channel CW3 connected to the bore cooling water channel CW2 of the cylinder liner 30 is formed in the protect ring 50 as in the above-described embodiment, combustion is performed. Sometimes high stress is applied to the bore cooling water channels CW2 and CW3. In particular, in the continuous cooling water channel from the bore cooling water channel CW2 to the bore cooling water channel CW3, higher stress is applied to the upper side, and in particular, high stress is applied to the bore cooling water channel CW3. However, in the case of the configuration of the present embodiment, a sufficient thickness that can withstand the combustion pressure during combustion is secured as the thickness from the inner peripheral surface of each of the cylinder liner 30 and the protect ring 50 to each of the cooling water channels CW2 and CW3. In addition, the outer diameter of the cylinder liner 30 and the protect ring 50 can be made smaller than that of the conventional configuration. As a result, both the cylinder liner 30 and the protect ring 50 can be prevented from increasing in diameter.
１０：内燃機関
１１：ピストン
１２：クランク軸
１３：コネクションロッド
１５：燃焼室
１４：シリンダ
１６：シリンダヘッド
２０：エンジンフレーム
２１：シリンダブロック
２２：クランクケース
３０：シリンダライナ
５０：プロテクトリング
10: internal combustion engine 11: piston 12: crankshaft 13: connection rod 15: combustion chamber 14: cylinder 16: cylinder head 20: engine frame 21: cylinder block 22: crankcase 30: cylinder liner 50: protect ring
Claims (3)
前記シリンダライナは、円筒形状に形成され、その上部が前記シリンダブロックの上面から上方へ突出した状態で前記シリンダブロックに装着されており、
前記プロテクトリングは、円環状に形成され、その内周面が前記シリンダライナの内周面よりも前記シリンダライナの中心側へ突出して前記シリンダライナの内周面との間で微小な環状段差を形成するように、前記プロテクトリングが前記シリンダライナの上端面に設置されてなることを特徴とするプロテクトリング。 A protect ring provided between a cylinder liner and a cylinder head mounted on a cylinder block of an internal combustion engine,
The cylinder liner is formed in a cylindrical shape, and is mounted on the cylinder block with its upper portion protruding upward from the upper surface of the cylinder block.
The protect ring is formed in an annular shape, and an inner peripheral surface thereof protrudes toward the center side of the cylinder liner from an inner peripheral surface of the cylinder liner to form a minute annular step between the inner peripheral surface of the cylinder liner. The protect ring according to claim 1, wherein the protect ring is installed on an upper end surface of the cylinder liner.
前記プロテクトリングは、前記シリンダライナの上端面に形成された前記第１冷却水路の開口に連結する上下方向へ伸びる第２冷却水路を有する請求項１に記載のプロテクトリング。 The cylinder liner has a first cooling water channel extending vertically.
2. The protection ring according to claim 1, wherein the protection ring has a second cooling water channel extending in a vertical direction connected to an opening of the first cooling water channel formed on an upper end surface of the cylinder liner.
シリンダブロックと、
円筒形状に形成されており、上部が前記シリンダブロックの上面から上方へ突出した状態で前記シリンダブロックに装着されるシリンダライナと、
内周面が前記シリンダライナの内周面よりも前記シリンダライナの中心側へ突出して前記シリンダライナの内周面との間で微小な環状段差を形成するように、前記シリンダライナの上端面に設置されるプロテクトリングと、
前記プロテクトリングの上端面に設置され、前記シリンダライナの上端面との間で前記プロテクトリングを挟持するように設けられたシリンダヘッドと、を備えることを特徴とするプロテクトリングの取付構造。 A protection ring mounting structure used in an internal combustion engine,
A cylinder block;
A cylinder liner which is formed in a cylindrical shape and is mounted on the cylinder block in a state where the upper part protrudes upward from the upper surface of the cylinder block;
The upper end surface of the cylinder liner has an inner peripheral surface that protrudes more toward the center of the cylinder liner than the inner peripheral surface of the cylinder liner and forms a minute annular step with the inner peripheral surface of the cylinder liner. A protection ring to be installed;
And a cylinder head provided on an upper end surface of the protect ring and provided so as to sandwich the protect ring with an upper end surface of the cylinder liner.
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2017
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