JPH0249920A - ディーゼルエンジン用副燃焼室インサート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジン用副燃焼室インサートの
改良に係り、更に詳しくは、副燃焼室インサートの外周
部の全周若しくは一部に熱伝導率の良い金属若しくは合
金を組合せることにより、耐久性の向上を図ったディー
ゼルエンジン用副燃焼室インサートに関する。

（従来の技術） 従来の金属製副燃焼室インサートに使用される材料とし
ては耐酸化性、高温強度、耐ヒートチェツク性、耐熱疲
労性等が要求されており５ＵＨ３，５ＵＨ６１６等のマ
ルテンサイト系耐熱鋼、５ＵＨ３１０，５ＵＨ３０９等
のオーステナイト系耐熱鋼、ＮＩＭＯＮＩＣ８０Ａ、Ｌ
ＣＮ−１５５等の超耐熱合金がある。

（発明が解決しようとする課題） 最近ディーゼルエンジンは小型化および熱効率の向上、
高速回転の要求が強く、そのために燃焼室周辺の熱負荷
が大きくならざるを得ない。その結果、５ＵＨ３，５Ｕ
Ｈ６１，６等のマルテンサイト系耐熱鋼は熱膨張率が小
さく耐熱疲労性、耐ヒートチエツク性に優れているが、
耐酸化性、高温強度が劣り、最近の高負荷エンジンの使
用に耐えられなくなってきている。又、５ＵＨ３１０，
５ＵＨ３０９等のオーステナイト系耐熱鋼はマルテンサ
イト系、フェライト系耐熱鋼に較べ高温強度は大きいが
、高温時に発生する熱応力を抑えるに充分でなく耐ヒー
トチエツク性、耐変形性に劣る。

ＮＩＭＯＮＩＣ８０Ａ、ＬＣＮ−１５５等の超耐熱合金
は耐酸化性、高温強度において優れ熱応力に対しては充
分に耐え耐変形性もあるが、一般に５００〜７００℃に
おける靭性が劣り、それ以上の高温からのエンジンの冷
却時の引張り応力に対する変形に追従できず、５ＵＨ３
１０，５ＵＨ３０９等のオーステナイト系耐熱鋼に較べ
ても耐ヒートチエツク性、耐熱疲労性に劣る。更に高価
な合金元素を多量に含有する高合金になればなる程材料
価格面に不利であり非常に高コストとなる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述した副燃焼室インサートの特異性に着目し
、熱伝導を高め副燃焼室の熱の放出を増進させて、耐久
性の向上を図った副燃焼室インサートを安価に提供する
ことを目的とする。

上３ｄの目的を達成するために本発明は、副燃焼室イン
サート本体をある程度の耐熱性を有する安価な耐熱鋼で
製造し、その製造過程において鍔部の外周部の全周若し
くは一部に、銅或いは銅合金等の熱伝導率の非常に大き
い金属を組合せることによって、例えば、鍔外周部に熱
伝導率の非常に大きい金属をピンとして打ち込む、また
は、鍔部の外周部に環状溝を設けて全周に熱伝導率の非
常に大きい金属を肉盛り溶接を行なうことによって副燃
焼室インサート本体の熱を外部に、より効果的に放出す
る耐久性に優れた副燃焼室インサートを安価に提供する
。

又、副燃焼室インサート本体をある程度の耐熱性を有し
熱変形の少ないマルテンサイト系の５ＵＨ−３，５ＵＨ
６１６等の耐熱鋼で形成し、異常に加熱される噴口の周
縁部を耐熱疲労性に優れたＬＣＮ−１５５等の超耐熱合
金で成形して組合せ、更に、噴口の周縁部から早く熱を
逃すために、鍔外周部から噴口周縁部近傍に至る環状溝
を設けて熱伝導率の高い銅或いは銅合金を肉盛り溶接を
行うことによって、副燃焼室インサート本体の熱を外部
により効果的に放出しインサート全体の変形を少なくシ
、耐熱使用温度を向上させてより耐久性に優れた副燃焼
室インサートを安価に提供する。

（実施例） 以下、本発明を実施例の図面に基づいて具体的に説明す
る。

第１実施例 第１図から第４図に示すように副燃焼室インサート本体
１を、５ＵＳ３１０Ｓと第２表に示す化学成分を有する
ＲＩＫ−４５Ｎで冷間鍛造によって製造し、その製造過
程において副燃焼室インサート本体１の鍔部３に、第１
表の組合せに示すように、銅からなるピン５を打ち込ん
だものと銅を肉盛り溶接したものを、第５図に示す製造
方法によって製造した。

第１表 第２表　　　　　　　（重態％） ■インサート本体１を５ＵＳ３１０Ｓまたは、ＲＩＫ４
５Ｎより冷間鍛造によって成形した。

■機械加工により、鍔部３の外周部に銅ピン５を打ち込
むための直径２．５〜３　ｍｍ　Ｘ長さ３ｍｍのピン孔
４を穿孔、或いは、肉盛り溶接するため巾２．５〜３ｍ
ｍＸ深さ２．５〜３ｍｍの環状溝６を形成する。

次いで、第１図と第２図に示すように、ピン孔４に銅ピ
ン５を打ち込み、又は、第３図と第４図に示すように環
状溝６に銅の肉盛り溶接を行なった後、 ■機械加工等の処理を行ない所定の寸法に仕上げる。

上記方法により形成された副燃焼室インサートを耐熱疲
労試験片として耐熱疲労試験を行なった。

尚、比較品として５ＵＳ３１０Ｓ材のみによる副燃焼室
インサートを用いて行なった。

耐熱疲労試験は第６図に示す試験装置１０に取付【プら
れた第７図に示す保持具１１に試験片の副燃焼室インサ
ート本体１を固定し、ガスバーナ１２で下面から約９０
０℃に加熱した後、試験装置１０を回転させ副燃焼室イ
ンサート本体１をスプレー１３の上方に移動させて水を
スプレーして約４０℃まで水冷した後空冷する。第８図
に示す加熱、冷却のサイクルを３００回繰り返したのち
。

第９図に示すように噴口部２の底面周縁に発生した亀裂
１６の長さを測定し、その長さの合計によって耐熱疲労
性を判定した。

亀裂の長さの測定結果を第１表に併記した。

第１表から明らかなように、比較品のＳＵＳ　３１０Ｓ
材のみからなるものは亀裂の長さは１５ｍｍであったの
に対して、副燃焼室インサートを５Ｏ５３１０Ｓで形成
し銅のピンを打ち込んだもの（試料番号ＩＡ）は８ｍｍ
、銅の肉盛り溶接を行なったもの（試料番号ＩＢ）は５
ｍｍと耐熱疲労性の改善が認めらる。

更に、副燃焼室インサートをＲＩＫ４５Ｎで形成し、銅
ピンを打ち込んだもの（試料番号１１Ａ）は８＋１１１
６、銅肉盛り溶接を行なったもの（試料番号■Ｂ）では
亀裂は認められず、耐熱疲労性が著しく向上し改善され
たことが認められる。

なお、熱伝導率の優れた金属または合金を組合せるのは
本実施例のピンの打ち込みと肉盛り溶接に限定されるも
のでなく、副燃焼室インサートの形状、使用条件等によ
り適宜慣用の組合せ方を用いることは自在である。

３外周部より噴孔２周縁近傍に至る部分に機械加工で環
状溝２６を形成して、■ＴＩＧ溶接法にて銅２５を肉盛
りし、■最後に噴孔２を機械加工で形成して仕上げ加工
を行い、第１１図に示すような副燃焼室インサートを得
た。

得られた副燃焼室インサートについて下記の試験を行な
った。

（１）加熱試験 （２）熱疲労試験 （３）熱へたり試験 第２実施例 第１２図の製造工程図に示す如く、■インサート本体１
を５ＵＳ４０３より冷間鍛造法にて成形し、噴孔２の周
縁部に四部２０．２１を同時付加加工しくＡ）、■ショ
ク（〜ブラストで凹部２０．２１の表面を清浄にし■Ｌ
ＣＮ−１５５の超耐熱合金をプラズマアーク溶接法によ
り肉盛溶接し超耐熱合金層２２．２３を形成後（Ｂ）■
１１５０’ＣＸ２Ｈ→急冷で固溶化熱処理を実施する。

■鍔（１）加熱試験 第１３図に示す如く、インサート本体１をシリンダーヘ
ッド材質と同じＡＱ合金製ホルダー３０に固定し、一定
条件でガスバーナー３１にて夫々１５．２０．２５秒間
加熱し、インサート噴孔２鋭角部の近傍に挿入した熱電
対３２で温度を測定した。比較品として銅肉盛りを行わ
ない試料について同様な試験を行なった。その結果を第
１表に示す。

第１表 （℃） 試験結果を第２表に示す。

第２表 第１表から明らかなように、本発明の銅肉盛を行なった
ものは最高温度が比較量の銅肉盛りを行わないものに比
して約２０〜４０℃低く１本発明品の放熱効果が大であ
ることが認められた。

（２）熱疲労試験 第１実施例と同一の試験装置及び試験方法によって、噴
孔部の周縁部に発生したクラック１６の長さを測定し、
その長さの合計で耐熱疲労性を判定した。

尚、比較量として従来のインサート本体をＬＣＮ−１５
５で製作したもの（試料番号ｌ）とインサート本体を５
ＵＳ４０３で形成し、噴孔周縁部をＬＣＮ−１５５で肉
盛り溶接したもの（試料番号■）を作成し試験した。

第２表から明らかなように、比較量！のＬＣＮ−１５５
一体型の亀裂長さが１２ｎ＋ｍ、比較量１１の５ＵＳ４
０３にＬＣＮ−１５５を肉盛りしたもの１１ｍｍに対し
、本発明品の銅を肉盛りしたものは６ｆｆｎと約半分の
長さで耐熱疲労性が著しく向上し、改善されたことが認
められた。

（３）熱へたり試験 熱疲労試験を行った試料について第１４図に示す底部平
面部のへたり量ｔ（第１１図ｃ−ｃ線上）を測定して耐
熱へたり性を評価した。

測定結果は、比較量■のＬＣＮ−１５５一体型のもの０
．２＋ｍに対し、比較量■の５ＵＳ４０３にＬＣＮ−１
５５を肉盛りしたものは０．０３ｍｍと大巾に改善され
ているが本発明品の銅を肉盛りしたものは０．０１＋ｎ
ｍと更に小さく、著しく耐熱へたり性が改善されており
放熱効果が認められた。

（効果） ディーゼルエンジン用副燃焼室インサートの鍔部外周部
の全周又は一部を熱伝導率の高い金属または合金を組合
せることにより、熱伝導率を高め、熱を外部に効率的に
放出し耐熱性、耐熱疲労性に優れ耐久性の向上が図られ
た副燃焼室インサートを安価に得られたこと、更に、噴
日周織部を肉盛り溶接によって超耐熱合金で構成するこ
とによりより耐久性の向上が図られた実用上の効果は顕
著である。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明の第１実施例のピンを打ち込んだ副燃焼
室インサートの半断面図 第２図　第１図のＡ−Ａ矢視断面図 第３図　本発明の第１実施例の肉盛り溶接をした副燃焼
室インサートの半断面図 第４図　第２図のＢ−Ｂ矢視断面図 第５図　本発明品の第１実施例の製造方法を示す工程図 第６図　熱疲労試験装置の概要図 第７図　熱疲労試験装置の試験片保持具と試験方法を示
す概要図 第８図　熱疲労試験の加熱冷却サイクルを示すグラフ図 第９図　亀裂の発生状況を示す平面図 第１０図　本発明の第２実施例の副燃焼室インサートの
断面図 第１１図　本発明の第２実施例の他の例を示す副燃焼室
インサートの断面図 第１２図　本発明の第２実施例の製造方法を示す工程図 第１３図　加熱試験方法を示す概要図 第１４図　熱へたり量の？ｌｌｌｌｌｌ在方法断面図１
＝副燃焼室インサ一ト本体　２：噴口３：鍔部　　　４
：ピン孔　　５：銅ビン６：環状溝 ：銅肉盛り溶接部 １０：熱疲労試験装置 １：治具 １２　： ガスバーナ １３　ニ スプレー １６：亀裂 ２０゜ ２１：凹部 ２２゜ ２３：超耐熱合金肉盛り溶接部 ２５：銅肉盛り溶接部 ２６：環状溝 ３２：熱電対

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、副燃焼室インサートの鍔部（３）の外周部の全周ま
   たは一部に、インサート本体（１）に比較して熱伝導率
   の高い金属若しくは合金を組合せたことを特徴とする耐
   熱性、耐熱疲労性に優れたディーゼルエンジン用副燃焼
   室インサート。 ２、鍔部（３）の外周部にピン穴（４）を穿孔し熱伝導
   率の高い金属若しくは合金からなるピン（５）を打ち込
   んで組合せたことを特徴とする請求項１記載の耐熱性、
   耐熱疲労性に優れたディーゼルエンジン用副燃焼室イン
   サート。 ３、鍔部（３）の外周部に環状溝（６）を設け、熱伝導
   率の高い金属若しくは合金を肉盛り溶接によって組合せ
   たことを特徴とする請求項１記載の耐熱性、耐熱疲労性
   に優れたディーゼルエンジン用副燃焼室インサート。 ４、副燃焼室インサート本体（１）をある程度の耐熱性
   を有する耐熱鋼と超耐熱合金とを組合せたことを特徴と
   する請求項１記載の耐熱性、耐熱疲労性に優れたディー
   ゼルエンジン用副燃焼室インサート。