JPH09256900A

JPH09256900A - シリンダライナ取付構造

Info

Publication number: JPH09256900A
Application number: JP6782396A
Authority: JP
Inventors: Hideki Terasono; 秀樹寺園; Hitoshi Inaba; 均稲葉
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-25
Also published as: JP3640460B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関のシリンダブロックに対し、つば部
及び首下部よりなる上下二段の鍔部構造を有するシリン
ダライナＣを取り付ける構造において、シリンダブロッ
ク及びシリンダライナの強度確保のため、両者にかかる
応力の許容値に対する比率を均等にすべく、つば部及び
首下部における隙間等の数値を設定する。【解決手段】シリンダライナＣＬにおけるつば部１及
び首下部２のシリンダブロックＣＢに対する垂直嵌合部
の隙間の大きさをそれぞれΔφ１・Δφ２とし、ボア径
をφとして、Δφ１＝Δφ２＋（４〜８）×１０^-4φ、
Δφ２＝（０．２〜１．０）×１０^-3φと設定し、ま
た、つば部嵌合深さＬ１に関して、Ｌ１＝（０．０２〜
０．０５）φと設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のシリン
ダブロックに、径長の異なる二段の鍔部を有するシリン
ダライナを取り付ける構造における、両鍔部とシリンダ
ブロックとの嵌合部分の寸法設定に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダブロックへの嵌合のた
め、シリンダライナの外周上端に、上段を長径、下段を
短径とする上下二段の鍔部を設けた構造は公知となって
いる。また、シリンダライナは、その上端をシリンダブ
ロックよりやや上方に突出させ、上方よりシリンダヘッ
ドにて抑圧して嵌合を固定する。

【０００３】この構造を、図１の二段鍔部を有するシリ
ンダライナＣＬのシリンダブロックＣＢへの取付構造を
示す側面断面図にて説明する。図１中、ＣＬはシリンダ
ライナ、ＣＢはシリンダブロック、ＣＨはシリンダヘッ
ドであって、該シリンダライナＣＬの上端外周部に、上
段鍔部（つば部）１及び下段鍔部（首下部）２を形成し
ている。なお、Ｐはピストンである。

【０００４】つば部１及び首下部２とシリンダブロック
ＣＢとの間においては、つば部１底部の水平面は、シリ
ンダヘッドＣＨをシリンダブロックＣＢに締止するヘッ
ドボルトの締め付けによる抑圧とシリンダライナＣＬの
自重で、シリンダブロックＣＢの水平面に押当してい
る。シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢには、
ヘッドボルトによる締付力の他、シリンダ内の燃焼によ
る熱負荷（シリンダライナＣＬの熱変形をもたら
す。）、筒内圧力（シリンダライナＣＬのボア内圧）、
ピストンの往復動による慣性力等が加わり、その形状や
構造的理由から、図１図示の、シリンダブロックＣＢの
曲折部Ａと、シリンダライナＣＬの曲折部Ｂに応力集中
が生じる。この応力集中が過度になると、ごくまれにシ
リンダライナＣＬの首下部２上部における曲折部Ｂに亀
裂が発生する場合もある。そして、これらの曲折部Ａ・
Ｂの応力集中の要因の中で、締付力と熱負荷の影響が最
も大きいのである。

【０００５】機関運転時のシリンダライナＣＬの熱変形
に関しては、従来より、これに対応するよう、つば部１
とシリンダブロックＣＢとの当接面であるつば部嵌合部
Ｄ１と、首下部２とシリンダブロックＣＢとの当接面で
ある首下部嵌合部Ｄ２に、小さな隙間を設けている。従
来、多くの場合は、首下部２直下の冷却水溜まりにて冷
却されるので熱変形量が抑えられるため、首下部嵌合部
Ｄ２の隙間（以後、この隙間の大きさをΔφ２とす
る。）を小さくし（隙間が大きすぎればフリー状態とな
って、応力分散の役目を果たさない。）、一方、つば部
嵌合部Ｄ１は、熱変形量を考慮して、隙間（以後、この
隙間の大きさをΔφ１とする。）を大きく設定していた
（例えば、Δφ１＝０．０５ｍｍ）。しかし、シリンダ
ブロックＣＢとシリンダライナＣＬにかかる応力バラン
スを考慮した上で両隙間の大きさ（以後、「隙間の大き
さ」を単に「隙間」と称する。）Δφ１・Δφ２の関係
を設定した構造は今までにない。

【０００６】更に、シリンダライナの外周には、Ｏリン
グを環状に嵌合して、上端のつば部からの水洩れを防ぐ
構造が公知となっている。前記構成の上下二段の鍔部構
造（つば部１及び首下部２）を有するシリンダライナに
おいてＯリングを設ける構造について、図１１の従来の
Ｏリングを嵌合したシリンダライナＣＬのシリンダブロ
ックＣＢへの取付構造を示す側面断面図より説明する。
首下部２に配設するＯリング３は、図１１の如く、該首
下部２に環状に設けた嵌合溝２ａに嵌合し、その上下は
首下部２に挟まれており、上下の首下部２の肉厚は同一
（ｄ１＝ｄ２）で、いずれも、シリンダブロックＣＢと
の隙間は、嵌合公差のみとなっているので、該首下部２
下方でシリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢとの
間に形成する冷却水室４とは分離された状態となってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず、上下二段鍔部
（つば部１・首下部２）を有するシリンダライナＣＬの
取付構造においては、二つの応力集中部分である曲折部
Ａ・Ｂに発生する応力に偏りが生じると、シリンダブロ
ックＣＢまたはシリンダライナＣＬに応力が多くかか
り、最悪の場合は亀裂を生じさせる。即ち、曲折部Ａに
応力が集中すればシリンダブロックＣＢに負担が多くな
り、曲折部Ｂに応力が多く発生すればシリンダライナＣ
Ｌの負担が多くなった状態となる。曲折部Ａに応力が集
中するのは、つば部嵌合部Ｄ１の隙間Δφ１が首下部嵌
合部Ｄ２の隙間Δφ２に比して小さく、極端には、つば
部嵌合部Ｄ１のみが嵌合状態で、首下部嵌合部Ｄ２はフ
リーであるという状態である。対して、曲折部Ｂに応力
が集中するのは、つば部嵌合部Ｄ１の隙間Δφ１が大き
くて、極端には、つば部嵌合部Ｄ１はフリーで、首下部
嵌合部Ｄ２のみが嵌合状態であるという状態である。

【０００８】機関運転時には、シリンダライナＣＬに熱
膨張が生じる。機関運転時のシリンダライナＣＬの温度
分布は、上部内径側が高く、外側・下方にいくに従って
低温となる。高温で熱膨張の大きいつば部１は、低温で
それほど膨張しないシリンダライナＣＬ本体部を外方向
に引きずる格好となり、つば部１と該本体部との境目で
ある曲折部Ｂには、高い熱応力が生じる。ここで、首下
部嵌合部Ｄ２にて該本体部の熱膨張を拘束する（即ち、
隙間Δφ２を小さくする）と、該曲折部Ｂの応力は更に
増加する。運転時においては、前記のシリンダヘッドＣ
Ｈ側からの締付力による曲げ応力に、この熱応力が加わ
って、曲折部Ｂは、シリンダライナＣＬの中で最も応力
が高い部位となる。

【０００９】機関運転時のシリンダライナＣＬの曲折部
Ｂにおける応力を低減する一つの方法としては、つば部
１の熱膨張量を抑制すべく、該つば部１の外周を半径方
向に拘束し、該つば部１が該シリンダライナＣＬの本体
部を外方向に引きずる力を低減することが考えられる。
具体的には、つば部１の外周を、シリンダブロックＣＢ
における該つば部１の取付孔の内周にて拘束する。即
ち、つば部嵌合部Ｄ１における隙間Δφ１を小さくす
る。しかし、この場合、当然ながら、該つば部嵌合部Ｄ
１におけるシリンダブロックＣＢの取付孔内周には、該
つば部１の熱膨張による半径方向の荷重がかかり、その
結果、該シリンダブロックＣＢの曲折部Ａ分における応
力が高くなる。

【００１０】このように、シリンダヘッドＣＨによる締
付力、シリンダライナＣＬの温度分布、更に隙間Δφ２
を一定条件にした場合において、つば部１の熱膨張を支
える度合いは、隙間Δφ１に関係し、該隙間Δφ１が小
さいほど、その熱膨張を支える度合いは高くなり、シリ
ンダライナＣＬの曲折部Ｂの応力は低減するものの、シ
リンダブロックＣＢの曲折部Ａの応力が高くなる。逆
に、大きくすれば、曲折部Ａの応力は低くなるが、つば
部１の引きずりによるシリンダライナＣＬ本体部の熱膨
張によって、曲折部Ｂの応力は高くなる。一方、シリン
ダヘッドＣＨによる締付力、シリンダライナＣＬの温度
分布、更に隙間Δφ１を一定条件にした場合において、
隙間Δφ２を小さくすれば、シリンダライナＣＬの本体
部の熱膨張が拘束されるので、シリンダブロックＣＢの
曲折部Ａの応力が低くなるものの、シリンダライナＣＬ
の曲折部Ｂの応力が高くなる。逆に、大きくすれば、シ
リンダライナＣＬ本体部の熱膨張の拘束が低減するの
で、曲折部Ｂの応力は低くなるものの、つば部嵌合部Ｄ
１におけるシリンダブロックＣＢの取付孔内周は、シリ
ンダライナＣＬにおけるつば部１の熱膨張だけでなく、
その本体部の熱膨張まで支えなければならず、曲折部Ａ
の応力が高くなる。

【００１１】なお、機関運転時におけるシリンダライナ
ＣＬの熱膨張により両曲折部Ａ・Ｂ（即ち、シリンダブ
ロックＣＢ・シリンダライナＣＬ）に発生する応力は半
径方向の力であり、以上に述べたように、隙間Δφ１・
Δφ２に影響されるが、機関運転時のシリンダヘッドＣ
Ｈの締付力により両曲折部Ａ・Ｂに発生する応力は、垂
直方向の力なので、両隙間Δφ１・Δφ２とは殆ど関係
ない。従って、シリンダヘッドＣＨの締付力に熱負荷が
加わった荷重条件となる機関運転時における曲折部Ａ・
Ｂの両応力は、隙間Δφ１またはΔφ２に関して反比例
的関係となる。

【００１２】これを、図２より説明する。図２は、両隙
間Δφ１・Δφ２の関係から求められるシリンダブロッ
クＣＢ（曲折部Ａ）及びシリンダライナＣＬ（曲折部
Ｂ）の応力に関して図示している。ここで、各曲折部Ａ
・Ｂ（即ち、シリンダブロックＣＢ及びシリンダライナ
ＣＬ）の応力許容値は異なるものであり、曲折部Ａの応
力許容値をＦ_A0、曲折部Ｂの（応力）許容値をＦ_B0とし
（総称してＦ₀とする。）、また、各曲折部にかかる応
力値をそれぞれＦ_A、Ｆ_Bとする（総称してＦとす
る。）。また、φはシリンダブロックＣＬのボア径であ
る。

【００１３】隙間Δφ２（ここではΔφ２／φ）の違い
により、増減比に差はあるものの、隙間Δφ１が小さす
ぎれば、曲折部Ａ（シリンダブロックＣＢ）に許容値を
超える応力が集中する（Ｆ_A／Ｆ_A0＞１）。隙間Δφ１
を大きくするにつれて、曲折部Ａの応力が低減し、曲折
部Ｂへの応力が増加するが、該隙間Δφ１が大きすぎる
と、曲折部Ｂ（シリンダライナＣＬ）に許容値を超える
応力が集中して（Ｆ_B／Ｆ_B0＞１）、やがては、いくら
隙間Δφ１を大きくしても応力が変位しない、即ち、前
記のつば部嵌合部Ｄ１はフリーで、首下部嵌合部Ｄ２の
みが嵌合状態であるという状態となる。特に応力Ｆが許
容値Ｆ₀を超える場合は、曲折部Ａと曲折部Ｂとの間で
応力比（Ｆ／Ｆ₀）が偏っていると、偏った方に亀裂等
の不具合が発生しやすくなるので、応力のバランスを確
保すること、即ち、両曲折部Ａ・Ｂにおける応力比を均
等にする（Ｆ_A／Ｆ_A0＝Ｆ_B／Ｆ_B0）ことが重要であ
る。また、このように応力比を均等にすると、両曲折部
Ａ・Ｂにおける応力比が、おおよそ１付近（Ｆ_A／Ｆ_A0
＝Ｆ_B／Ｆ_B0≒０）であることが、図２のグラフ交点Ｐ
１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４で判り、即ち、両曲折部Ａ・Ｂに
かかる応力自体が、許容値を超えるとはいえ、低く抑え
られることが判るのである。

【００１４】このように、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が均
等になるには、隙間Δφ１と隙間Δφ２との間の関係を
解析し、これに基づいて、両隙間Δφ１・Δφ２の関係
を設定することが必要である。

【００１５】更に、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が均等とな
るといえども、応力値が大きすぎれば、両曲折部Ａ・Ｂ
とも強度を超える応力が生じて、不具合が発生する。図
２で判るように、隙間Δφ２（正しくは、隙間Δφ２の
ボア径比、即ちΔφ２／φ）を大きくするほど、両曲折
部Ａ・Ｂの応力比が等しくなるグラフ交点Ｐ１・Ｐ２・
Ｐ３・Ｐ４における応力比の値は大きくなる。従って、
不具合を生じさせない限度に隙間Δφ２（Δφ２／φ）
の上限を設定しなければならない。一方、隙間Δφ２を
小さくすればするほど、グラフ交点Ｐ１〜Ｐ４で表され
る両曲折部Ａ・Ｂにおける応力比の値は小さくなって、
シリンダブロックＣＢとシリンダライナＣＬの強度上は
望ましいが、あまり小さすぎると（例えばΔφ２／φ＝
０）、嵌合公差以下となってシリンダブロックＣＢにシ
リンダライナＣＬを挿入できなくなる。これらを基に隙
間Δφ２を設定することが望まれる。

【００１６】本発明は、以上のようなことに基づき、両
隙間Δφ１・Δφ２を一定範囲に設定することにより、
シリンダヘッドＣＨからの締付力、熱負荷、シリンダラ
イナＣＬ内の内圧等、複数の荷重が負荷される機関運転
時において、両曲折部Ａ・Ｂ（即ち、シリンダブロック
ＣＢ・シリンダライナＣＬ）の２か所に発生する応力
を、設計上、許容できる範囲に収めるものである。

【００１７】また、隙間の大きさ設定に関しては、嵌合
部の垂直長、特に、つば部嵌合部Ｄ１の垂直長であるつ
ば部嵌合深さＬ１が設定要素となる。つば部嵌合深さＬ
１が増加すると、両曲折部Ａ・Ｂの応力は一様に増加す
る。つば部嵌合部Ｄ１において、シリンダライナＣＬの
熱膨張を拘束するシリンダブロックＣＢの取付孔内周に
は、半径方向の荷重Ｆ₁がかかる。この半径方向の荷重
Ｆ₁は、該曲折部Ａを中心とした曲げモーメントＭとな
って、該曲折部Ａに曲げ応力を発生させる。Ｍ＝∫Ｆ₁
・Ｌ１ｄＬ１であるので、該荷重Ｆ₁が同じでも、該つ
ば部嵌合深さＬ１が大きいと、該曲折部Ａの応力は高く
なり、逆に小さいと該応力は低くなる。

【００１８】一方、該荷重Ｆ₁は、シリンダライナＣＬ
にも加わって、曲折部Ｂを中心とする曲げモーメントと
なり、該曲折部Ｂに曲げ応力を発生させる。前記のよう
に、曲折部Ｂにおける熱応力を低減させるには、つば部
嵌合部Ｄ１にて熱膨張を拘束することが有効、即ち、該
荷重Ｆ₁を大きくすることが有効であるが、その一方
で、荷重Ｆを増加すれば、曲折部Ｂにおける曲げ応力を
増大することとなる。従って、該曲げ応力を低減すべ
く、つば部嵌合深さＬ１を小さくすることが有効であ
る。

【００１９】そして、従来のシリンダライナＣＬにおけ
るＯリング３の取付構造では、前記のように、下方の冷
却水室４とは分離されているので、機関運転中はシリン
ダライナＣＬからの高温下となる。これに対処するに
は、耐熱性のＯリングを使用しなければならず、コスト
高を招く。また、耐熱性のＯリングといえども、耐熱温
度には限度があり、機関の高出力化をすすめる上での妨
げとなっている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関のシ
リンダブロックに対し、上段が長径で下段が短径となっ
ている二段鍔部を上端外周に有するシリンダライナを嵌
合する構造において、上段鍔部の外側面とシリンダブロ
ックの内側面との隙間の大きさをΔφ１、下段鍔部の外
側面とシリンダブロックの内側面との隙間の大きさをΔ
φ２、シリンダライナのボア径をφとすると、Δφ１＝
Δφ２＋（４〜８）×１０^-4φ、Δφ２＝（０．２〜
１．０）×１０^-3φと設定する。

【００２１】第二に、前記のシリンダライナ取付構造に
おいて、該上段鍔部の外側面とシリンダブロック内側面
との嵌合部分の上下高さをＬ１とすると、Ｌ１＝（０．
０２〜０．０５）φとする。

【００２２】第三に、Ｏリングを環状に嵌合したシリン
ダライナをシリンダブロックに取り付ける構造におい
て、シリンダライナとシリンダブロックとの間に形成す
る冷却水室よりＯリング底面に達する連通路を、シリン
ダライナの全周またはその少なくとも一部範囲に設け
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、添付の図
面より説明する。図１はシリンダライナＣＬ上部の二段
鍔部のシリンダブロックＣＢへの取付部分を示す側面断
面図、図２はΔφ２／φを４段階に設定した場合におけ
るΔφ１／φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比Ｆ
_A／Ｆ_A0，Ｆ_B／Ｆ_B0の変移を示す図、図３は図２中の
各応力比曲線を説明する表、図４はＬ１／φを３段階に
設定した場合におけるΔφ２／φに対するΔφ１／φの
変移を示す図、図５はＬ１／φ＝２％、φ＝φ’の場合
のΔφ２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図、図６
はＬ１／φ＝２％、φ＝φ”の場合のΔφ２／φに対す
るΔφ１／φの変移を示す図、図７は両曲折部Ａ・Ｂの
応力比を等しくした場合でＬ１／φを３段階に設定した
場合におけるΔφ２／φに対する応力比の変位を示す
図、図８はΔφ２＝０でつば部１に嵌合部がない場合の
ボア径φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比Ｆ_A／
Ｆ_A0，Ｆ_B／Ｆ_B0の変移を示す図、図９は本発明のシリ
ンダライナＣＬに付設したＯリング３の冷却構造を示す
側面断面図、図１０は本発明のシリンダライナＣＬ全周
の一部範囲に冷却水室４からＯリング３への連通路４ａ
を設けた実施例を示す図９中Ｚ−Ｚ線断面図、図１１は
従来のＯリングを付設したシリンダライナＣＬの冷却構
造を示す図である。

【００２４】本発明の実施例に係る図１図示のシリンダ
ライナＣＬは、つば部１の厚みは（０．０８〜０．１
２）φ、つば部１の外径は（１．２５〜１．３５）φ、
本体部肉厚は（０．０７〜０．１２）φであって、つば
部１の厚みが本体部肉厚等に比してさほど大きくないタ
イプで、外側面よりボアに連通する冷却水孔を穿設した
タイプではない。（ボア径φが大きなタイプではこのボ
ア冷却構造を取ることが多い。）

【００２５】図１図示のシリンダライナ取付構造におい
て、図２及び図３図示のグラフの説明は前記の従来技術
において述べ、その中から、本発明の課題及び解決手段
について説明した。補足説明すると、隙間Δφ２は、
０、０．０００５φ、０．００１φ、０．０１φの４段
階に設定されており、図２において、隙間Δφ２の各段
階に応じて、シリンダライナＣＬ（曲折部Ｂ）の応力比
グラフＸ１・Ｘ２・Ｘ３・Ｘ４、及びシリンダブロック
ＣＢ（曲折部Ａ）の応力比グラフＹ１・Ｙ２・Ｙ３・Ｙ
４を表している。

【００２６】本発明は、まず、図２においてグラフ交点
Ｐ１〜Ｐ４にて示される両曲折部Ａ・Ｂの応力比が等し
くなる（Ｆ_A／Ｆ_A0＝Ｆ_B／Ｆ_B0）ための両隙間Δφ１
・Δφ２の関係を求めることであり、更にもう一つは、
応力が許容値を大きく超えてしまわないための隙間Δφ
２を設定することである。

【００２７】まず、前者の、両曲折部Ａ・Ｂの応力比が
等しくなる（Ｆ_A／Ｆ_A0＝Ｆ_B／Ｆ _B0）ための両隙間Δ
φ１・Δφ２の関係を求めるため、図４図示の、両曲折
部Ａ・Ｂの応力比が均等となる場合の両隙間Δφ１・Δ
φ２の関係について検討する。つば部嵌合深さＬ１を三
段階に設定し、それぞれの設定下でグラフを図示してい
るが、いずれも、隙間Δφ１（Δφ１／φ）が、隙間Δ
φ２（Δφ２／φ）に対して比例的に増加し、該隙間Δ
φ２（Δφ２／φ）がある大きさに達すれば、両応力比
が均等となる隙間Δφ１（Δφ１／φ）は一定となるこ
とが判る。これは、隙間Δφ１がシリンダライナＣＬの
熱変形量を超えてしまって、もはやつば部嵌合部Ｄ１が
フリーとなっている状態であり、両曲折部Ａ・Ｂにかか
る応力比は均等とはいえども、この部分は除外する。即
ち、図４の各グラフの中の、線形関係を呈する両隙間Δ
φ１・Δφ２の範囲を採用する。この範囲での両隙間Δ
φ１・Δφ２の関係は、数１のように表される。

【００２８】

【数１】

【００２９】また、数１に示す関係は、つば部嵌合部Ｄ
１の垂直長、即ち図１に示すつば部嵌合深さＬ１、筒内
圧力、ヘッドボルト（シリンダヘッドＣＨ）の締付力、
シリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢの部材温度
（即ち、シリンダライナＣＬ取付部付近の冷却構造）等
によって異なる。これらの要因中で、つば部嵌合深さＬ
１が、数１に示す関係に最も影響を与える。図４におい
ても、つば部嵌合深さＬ１の対ボア径比を２％、５％、
１０％の各段階に設定し、それぞれの段階で、シリンダ
ライナＣＬとシリンダブロックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）
の応力比が均等となる両隙間Δφ１・Δφ２の関係を示
すように、グラフを表している。

【００３０】図４において、三本のグラフを比較検討す
ると、線形関係の傾きは変わらないので、数式１におけ
るΔφ２／φに対するΔφ１／φの比例定数（この場合
は１）はつば部嵌合深さＬ１の違いによっては変わら
ず、ただ、縦軸切片を表すＫの値がつば部嵌合深さＬ１
にて左右されるのである。

【００３１】ボア径φが異なる場合もこれと同様であっ
て、図５と図６とは、いずれもつば部嵌合部Ｌ１のボア
径比を一定にした場合（どちらも２％）の、両曲折部Ａ
・Ｂ即ちシリンダライナＣＬとシリンダブロックＣＢと
の応力比が均等となる両隙間Δφ１・Δφ２の関係を示
したものであって、図５はボア径φをφ’、図６はボア
径φをφ”（＞φ’）と設定している。図５と図６の両
グラフを比較すると、やはり縦軸切片が変化するのみ
で、比例定数に変わりはないことが判る。即ち、ボア径
φの値は、数１のＫの決定要因である。

【００３２】以上のことから、シリンダライナＣＬとシ
リンダブロックＣＢの応力を均等とするための隙間Δφ
１の対ボア径比の設定式である数１において、つば部嵌
合深さＬ１とボア径φを考慮すれば、Ｋ＝（４〜８）×
１０^-4 となる。数１を、隙間Δφ１の大きさを求める
式に置換すると、数２のようになるのである。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、つば部嵌合深さＬ１に関しては、
前記の従来技術のように、大きすぎると曲折部Ａ・Ｂの
応力が高くなり、シリンダライナＣＬ及びシリンダブロ
ックＣＢの負担が大きくなる。また、小さすぎると、つ
ば部嵌合部Ｄ１における面圧が高くなりすぎるという不
具合がある。そこで、数１のように、Ｋ＝（４〜８）×
１０^-4となるようにつば部嵌合深さＬ１を設定する。こ
の許容範囲でつば部嵌合深さＬ１を限定すると、数３の
ようになる。

【００３５】

【数３】

【００３６】次に、シリンダライナＣＬとシリンダブロ
ックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）における応力比の大きさに
関連して、隙間Δφ２の大きさを設定する。シリンダラ
イナＣＬ及びシリンダブロックＣＢ（両曲折部Ａ・Ｂ）
にかかる応力比が均等であるとして、その応力比の大き
さＦ／Ｆ₀（＝Ｆ_A／Ｆ_A0＝Ｆ_B／Ｆ_B0）には許容範囲
がある。該応力比Ｆ／Ｆ₀は、図７の如く、一定範囲で
は隙間Δφ２（Δφ２／φ）に比例して増加し、また、
つば部嵌合深さＬ１（Ｌ１／φ）が大きいほど増加す
る。従って、応力比を許容範囲とするには、隙間Δφ２
及びつば部嵌合深さＬ１を設定しなければならない。こ
の中で、つば部嵌合深さＬ１については、前記の数３に
よる設定値で許容範囲とすることができる。

【００３７】そこで、隙間Δφ２の設定について説明す
る。図７で判るように、Δφ２／φ＝（２〜３）×１０
^-3になると、応力比Ｆ／Ｆ₀は一定の値となる。これ
は、隙間Δφ２がシリンダライナＣＬの熱変形量を超え
て大きくなり、フリーとなった状態なので、この部分に
ついては除外し、Δφ２／φを、これよりも小さい範囲
で、なるべく小さい値に設定するのが望ましい。Δφ２
／φの、０から応力最大値を得る収束値までの範囲内で
の中間値は、つば部嵌合深さＬ１の大きさによって、収
束値が異なる（（２〜３）×１０^-3）ことから多少異な
るもののおおよそ１×１０^-3である。本発明では、Δφ
２／φをこれ以下に設定する。一方、隙間Δφ２は小さ
すぎると、寸法公差の取り方によっては、組立時にシリ
ンダライナＣＬをシリンダブロックＣＢに嵌入すること
ができなくなる。そこで、Δφ２／φ≧２×１０^-4とし
ている。即ち、隙間Δφ２の大きさについては、数４の
ように設定しているのである。

【００３８】

【数４】

【００３９】次に、本発明のような、嵌合部Ｄ１・Ｄ２
の隙間Δφ１・Δφ２、及びつば部嵌合深さＬ１の数値
設定は、どのような範囲のボア径を有するシリンダライ
ナに採用するのが有効かを、図８より説明する。図８は
首下部２の首下部嵌合部Ｄ２における隙間Δφ２が０
で、つば部１に嵌合部を設けない（即ちフリーの状態）
場合についてのシリンダブロックＣＢ及びシリンダライ
ナＣＬ（各曲折部Ａ・Ｂ）の各応力比Ｆ_A／Ｆ_A0，Ｆ_B
／Ｆ_B0の解析結果である。両グラフより、シリンダライ
ナＣＬ即ち曲折部Ｂの応力比Ｆ_B／Ｆ_B0の、ボア径φに
対する変化は、シリンダブロックＣＢ即ち曲折部Ａの応
力比Ｆ_A／Ｆ_A0のそれと相似であって、ボア径φが大き
くなるほど増加する。このうち曲折部Ａの応力はさほど
大きくない（応力比が大きくない）が、曲折部Ｂには非
常に高い応力がかかり、ボア径φがφαで応力Ｆ_Bは許
容値Ｆ_B0に達する（応力比Ｆ_B／Ｆ_B0＝１）ことが判
る。これよりボア径が小さくなると、曲折部Ｂにかかる
応力は許容値以下なので本発明のような応力バランスを
考慮したシリンダライナの取付構造は採用しなくてもよ
い。一方、応力比の上限は１．１程度である。以上のこ
とから本発明のような数値設定は、図８のように、ボア
径φがα≦φ≦βのシリンダライナで、前記の如く、冷
却水孔のない構造のものに適用すればよい。

【００４０】応力バランスを考慮してのシリンダライナ
の取付構造については以上の如くであり、次に、首下部
２の外周に配設するＯリング３の冷却構造について、図
９より説明する。図９図示のシリンダライナＣＬに関し
ては、そのシリンダヘッドＣＨに対する密封構造がスピ
ゴット式でもガスケット式でもよく、上下二段の鍔部構
造は、図１図示のものと同様の形状であるので、つば部
１、首下部２等、同一の符号を用いている。

【００４１】前記の図１１に図示される従来技術に述べ
たように、該Ｏリング３と首下部２の下方の冷却水室４
とは、分離された状態であった。図９図示の実施例で
は、該首下部２におけるＯリング嵌合用の嵌合溝２ａよ
り下方の肉厚をやや薄くし、即ち、上下肉厚ｄ１・ｄ２
の関係が、ｄ１＞ｄ２（例えばｄ２＝ｄ１×（０．９９
〜０．９９５）となるようにし、該首下部２とシリンダ
ブロックＣＢとの間（シリンダ間）において、該嵌合溝
２ａ直下から冷却水室４の上端までのシリンダライナＣ
Ｌ全周に連通路４ａが形成されるようにしている。ま
た、図１０図示のように、少なくともシリンダ間の一部
に該連通路４ａを形成してもよい。これにより、該冷却
水室４内の冷却水が該連通路４ａ内に流入して嵌合溝２
ａに達する。嵌合溝２ａにＯリング３が嵌合されていれ
ば、該Ｏリング３の底面に、該連通路４ａから流入した
冷却水が当たることとなる。このように、Ｏリング３の
一部に冷却水が当たるようにすることでＯリング３の耐
熱性に余裕ができ、高度の耐熱性とせずに低コストのＯ
リング３を使用可能にもできるし、また、従来の耐熱性
Ｏリングでも機関の高出力化に対応できるようになる。

【００４２】なお、シリンダライナのシリンダヘッドに
対する密封構造には、スピゴット式とガスケット式があ
り、図１は前者、図１１は後者を採用したものであり、
図９はいずれにも限定していない。いずれの構造に対し
ても、つば部１及び首下部２よりなる上下二段の鍔部構
造は適用され、本発明に係る隙間Δφ１・Δφ２、つば
部嵌合深さＬ１、及びＯリング３の冷却構造を採用でき
るのである。

【００４３】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、次
のような効果を奏する。まず、上下二段の鍔部を有する
シリンダライナをシリンダブロックに嵌合する構造にお
いて、請求項１の如く、まず、上段鍔部とシリンダブロ
ックとの隙間を設定することにより、シリンダライナと
シリンダブロックとにかかる応力を均等にでき、更に、
下段鍔部とシリンダブロックとの隙間を設定すること
で、応力を許容範囲に抑えることができる。これによ
り、シリンダブロックとシリンダライナの少なくともい
ずれかに過度に応力がかかるような事態が回避され、ボ
ア径の大きな高出力対応型のシリンダライナを取り付け
る場合にも、シリンダライナ及びシリンダブロックの耐
久性を確保できる。

【００４４】更に、請求項２の如く、上段鍔部の外側面
とシリンダブロックの内側面との嵌合部の上下高さを設
定することで、シリンダブロックとシリンダライナとに
かかる応力を、許容範囲内で低く抑えることができるの
である。

【００４５】そして、Ｏリングを外周に嵌合したシリン
ダライナの取付構造において、請求項３の如く構成する
ことで、Ｏリングの一部（底面）に冷却水が当たり、Ｏ
リングに高度の耐熱性を要求しなくてもよくなり、従っ
て、低コストのＯリングを使用できるようになり、或い
は、従来の耐熱性のＯリングで、機関の高出力化に充分
対応できるようになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリンダライナＣＬ上部の二段鍔部のシリンダ
ブロックＣＢへの取付部分を示す側面断面図である。

【図２】Δφ２／φを４段階に設定した場合におけるΔ
φ１／φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比Ｆ_A／
Ｆ_A0，Ｆ_B／Ｆ_B0の変移を示す図である。

【図３】図２中の各応力比曲線を説明する図表である。

【図４】Ｌ１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ
２／φに対するΔφ１／φの変移を示す図である。

【図５】Ｌ１／φ＝２％、φ＝φ’の場合のΔφ２／φ
に対するΔφ１／φの変移を示す図である。

【図６】Ｌ１／φ＝２％、φ＝φ”の場合のΔφ２／φ
に対するΔφ１／φの変移を示す図である。

【図７】両曲折部Ａ・Ｂの応力比を等しくした場合でＬ
１／φを３段階に設定した場合におけるΔφ２／φに対
する応力比の変位を示す図である。

【図８】Δφ２＝０でつば部１に嵌合部がない場合のボ
ア径φに対する曲折部Ａ・Ｂにおける各応力比Ｆ_A／Ｆ
_A0，Ｆ_B／Ｆ_B0の変移を示す図である。

【図９】本発明のシリンダライナＣＬに付設したＯリン
グの冷却構造を示す側面断面図である。

【図１０】本発明のシリンダライナＣＬ全周の一部範囲
に冷却水室４からＯリング３への連通路４ａを設けた実
施例を示す図９中Ｚ−Ｚ線断面図である。

【図１１】従来のＯリングを付設したシリンダライナＣ
Ｌの冷却構造を示す図である。

【符号の説明】

ＣＬシリンダライナＣＢシリンダブロックＣＨシリンダヘッド１つば部２首下部２嵌合溝３Ｏリング４冷却水室４ａ連通路Ｄ１つば部（上段鍔部）嵌合部Ｄ２首下部（下段鍔部）嵌合部 Δφ１つば部嵌合部のＤ１の隙間の大きさ Δφ２首下部嵌合部のＤ２の隙間の大きさ φ ボア径Ｌ１つば部（上段鍔部）嵌合深さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のシリンダブロックに対し、上
段が長径で下段が短径となっている二段鍔部を上端外周
に有するシリンダライナを嵌合する構造において、上段
鍔部の外側面とシリンダブロックの内側面との隙間の大
きさをΔφ１、下段鍔部の外側面とシリンダブロックの
内側面との隙間の大きさをΔφ２、シリンダライナのボ
ア径をφとすると、Δφ１＝Δφ２＋（４〜８）×１０
^-4φ、Δφ２＝（０．２〜１．０）×１０^-3φと設定し
たことを特徴とするシリンダライナ取付構造。
【請求項２】請求項１記載のシリンダライナ取付構造
において、該上段鍔部の外側面とシリンダブロック内側
面との嵌合部分の上下高さをＬ１とすると、Ｌ１＝
（０．０２〜０．０５）φとしたことを特徴とするシリ
ンダライナ取付構造。
【請求項３】Ｏリングを環状に嵌合したシリンダライ
ナをシリンダブロックに取り付ける構造において、シリ
ンダライナとシリンダブロックとの間に形成する冷却水
室よりＯリング底面に達する連通路を、シリンダライナ
の全周またはその少なくとも一部範囲に設けたことを特
徴とするシリンダライナ取付構造。