JPH094455A - 副室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造方法 - Google Patents
副室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造方法Info
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- JPH094455A JPH094455A JP7173011A JP17301195A JPH094455A JP H094455 A JPH094455 A JP H094455A JP 7173011 A JP7173011 A JP 7173011A JP 17301195 A JP17301195 A JP 17301195A JP H094455 A JPH094455 A JP H094455A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 副室式ディーゼルエンジン用インサートの噴
口の周縁部全域に、耐熱疲労性、耐高温酸化性、耐高温
腐食性、耐変形性に優れたセラミック層を設けた複合構
造とする事により、耐久性の向上を図った副室式ディー
ゼルエンジン用インサート及びその製造。 【構造】 噴口７を形成するセラミック体（１０）が噴
口（７）の部分の形状で成形焼成された圧入可能な窒化
珪素セラミックよりなり、噴口（７）を形成するセラミ
ック体（１０）に回り止め（１１、１２）を付けた副燃
焼室インサート。
口の周縁部全域に、耐熱疲労性、耐高温酸化性、耐高温
腐食性、耐変形性に優れたセラミック層を設けた複合構
造とする事により、耐久性の向上を図った副室式ディー
ゼルエンジン用インサート及びその製造。 【構造】 噴口７を形成するセラミック体（１０）が噴
口（７）の部分の形状で成形焼成された圧入可能な窒化
珪素セラミックよりなり、噴口（７）を形成するセラミ
ック体（１０）に回り止め（１１、１２）を付けた副燃
焼室インサート。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、副室（渦流室）式ディ
ーゼルエンジン用インサートの改良、更に詳しくは、副
室式ディーゼルエンジン用インサートの噴口の周縁部全
域に、耐熱疲労性、耐高温酸化性、耐高温腐食性、耐変
形性に優れたセラミック層を設けた複合構造とする事に
より、耐久性の向上が図られている副室式ディーゼルエ
ンジン用インサート（以下単にインサートと記す）に関
するものである。
ーゼルエンジン用インサートの改良、更に詳しくは、副
室式ディーゼルエンジン用インサートの噴口の周縁部全
域に、耐熱疲労性、耐高温酸化性、耐高温腐食性、耐変
形性に優れたセラミック層を設けた複合構造とする事に
より、耐久性の向上が図られている副室式ディーゼルエ
ンジン用インサート（以下単にインサートと記す）に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１に示すように、副室式ディーゼルエ
ンジン燃焼室では、ピストン１とシリンダーボア２と、
シリンダーヘッド４に装着したインサート５の渦流室６
とを、インサート５の噴口７を介して連通させ、渦流室
６に燃料噴射ノズル８と予燃焼栓９を設けている。
ンジン燃焼室では、ピストン１とシリンダーボア２と、
シリンダーヘッド４に装着したインサート５の渦流室６
とを、インサート５の噴口７を介して連通させ、渦流室
６に燃料噴射ノズル８と予燃焼栓９を設けている。
【０００３】ピストン１の圧力により、主燃焼室３から
渦流室６へ空気が流入し、流入した空気が、断熱圧縮に
より高温になるとともに、渦流室６内に高圧の強い渦流
を生ずる。この渦流中に燃料を噴射させると、燃料は、
霧化しつつ気化し、空気（渦流）と混合して着火する。
燃焼が開始されると、渦流室６内の内圧は更に高圧とな
り、噴口７を介して主燃焼室３に押し出されて、主燃焼
室３内の空気も含めて２次的混合と燃焼を進行させ、ピ
ストン１の上面に高圧を作用させて膨張工程に有効な仕
事を取り出している。このようにインサート５は副室
（渦流室）式ディーゼルエンジンに欠かせないものであ
る。
渦流室６へ空気が流入し、流入した空気が、断熱圧縮に
より高温になるとともに、渦流室６内に高圧の強い渦流
を生ずる。この渦流中に燃料を噴射させると、燃料は、
霧化しつつ気化し、空気（渦流）と混合して着火する。
燃焼が開始されると、渦流室６内の内圧は更に高圧とな
り、噴口７を介して主燃焼室３に押し出されて、主燃焼
室３内の空気も含めて２次的混合と燃焼を進行させ、ピ
ストン１の上面に高圧を作用させて膨張工程に有効な仕
事を取り出している。このようにインサート５は副室
（渦流室）式ディーゼルエンジンに欠かせないものであ
る。
【０００４】金属インサートは、ロストワックス鋳造
法、切削加工法、鋳造法、鍛造法等で作られ、耐熱性が
要求されるので、ＳＵＨ３、ＳＵＨ６１６などのマルテ
ンサイト系耐熱鋼、ＮＩＭＯＮＩＣ８０Ａ、ＬＣＮ−１
５５、ＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系耐熱鋼、ス
テンレス鋼等が材料として使用されている。しかしなが
ら、ディーゼルエンジンの小型化、熱効率の向上、高速
回転等の要求が高まり、加えて排ガス規制によりＥＧＲ
率が高まるなどで、渦流室の圧力、熱負荷が大となって
いる。このため、噴口は、高温高圧のガスが高速で通過
するようになり、噴口周縁部は、局部的に高温となり、
損傷が著しく、上記材料では高負荷のエンジンの使用に
耐えられなくなっている。更にエンジン全体の負荷が上
昇することにより、ヘッドガスケットからの燃焼ガスの
リーク、シリンダーヘッドの亀裂発生も予想され、イン
サートに要求される性能として自身が損傷を起こさない
ばかりでなく、ヘッドガスケット、シリンダーヘッド等
に悪影響を及ぼす熱へたり、嵌合部の膨張収縮によるシ
リンダーヘッドの剛性低下等を最小に抑える構造、材質
が要求されている。
法、切削加工法、鋳造法、鍛造法等で作られ、耐熱性が
要求されるので、ＳＵＨ３、ＳＵＨ６１６などのマルテ
ンサイト系耐熱鋼、ＮＩＭＯＮＩＣ８０Ａ、ＬＣＮ−１
５５、ＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系耐熱鋼、ス
テンレス鋼等が材料として使用されている。しかしなが
ら、ディーゼルエンジンの小型化、熱効率の向上、高速
回転等の要求が高まり、加えて排ガス規制によりＥＧＲ
率が高まるなどで、渦流室の圧力、熱負荷が大となって
いる。このため、噴口は、高温高圧のガスが高速で通過
するようになり、噴口周縁部は、局部的に高温となり、
損傷が著しく、上記材料では高負荷のエンジンの使用に
耐えられなくなっている。更にエンジン全体の負荷が上
昇することにより、ヘッドガスケットからの燃焼ガスの
リーク、シリンダーヘッドの亀裂発生も予想され、イン
サートに要求される性能として自身が損傷を起こさない
ばかりでなく、ヘッドガスケット、シリンダーヘッド等
に悪影響を及ぼす熱へたり、嵌合部の膨張収縮によるシ
リンダーヘッドの剛性低下等を最小に抑える構造、材質
が要求されている。
【０００５】これらの目的でインサートの温度の低い部
位を低熱膨張のＳＵＳ４０３等の安価な耐熱鋼で構成
し、温度の高い噴口周縁部をＮｉ基、Ｃｏ基の耐熱超合
金を粉体プラズマ肉盛法で複合化したインサートが提案
されている（特開平５−９３２３６号公報参照）。しか
しながら、これらの提案の材料も最近の負荷の高いエン
ジンでは、亀裂、酸化の問題が発生している。
位を低熱膨張のＳＵＳ４０３等の安価な耐熱鋼で構成
し、温度の高い噴口周縁部をＮｉ基、Ｃｏ基の耐熱超合
金を粉体プラズマ肉盛法で複合化したインサートが提案
されている（特開平５−９３２３６号公報参照）。しか
しながら、これらの提案の材料も最近の負荷の高いエン
ジンでは、亀裂、酸化の問題が発生している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の提案
されている耐熱性超合金を複合化したインサートより、
更に高負荷エンジンで優れた耐久性を持つインサートを
提供することを目的とする。
されている耐熱性超合金を複合化したインサートより、
更に高負荷エンジンで優れた耐久性を持つインサートを
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、インサート本体をＳＵＳ４０３等のマ
ルテンサイト系の耐熱合金を用いて成形し、少なくとも
一方の噴口周縁部、又は噴口全域に耐高温酸化、耐高温
腐食、耐熱疲労性に優れた窒化珪素セラミックよりなる
耐熱セラミック体を設けたものである。
めに、本発明は、インサート本体をＳＵＳ４０３等のマ
ルテンサイト系の耐熱合金を用いて成形し、少なくとも
一方の噴口周縁部、又は噴口全域に耐高温酸化、耐高温
腐食、耐熱疲労性に優れた窒化珪素セラミックよりなる
耐熱セラミック体を設けたものである。
【０００８】
【作用】本発明によるセラミック体は、主室側から副室
側全域にわたる噴口全体の領域に設けるものであるが、
副室側の温度分布が高くなるような特性のエンジンにお
いては該噴口部の上部（副室側）の周縁部に、主室側の
温度分布が高くなるような特性のエンジンには該噴口の
下部（主室側）の周縁部にセラミック層を設ける。ある
いは、主室側、副室側両方の被熱温度が高くなるような
特性のエンジンには、主室側から副室側全域にわたる噴
口全体の周縁部全域にセラミック層を設けるものに加え
て、該噴口部の上部と下部両方の周縁部にセラミック層
を設けることも可能である。以下本発明の実施例を図面
に基づいて具体的に説明する。
側全域にわたる噴口全体の領域に設けるものであるが、
副室側の温度分布が高くなるような特性のエンジンにお
いては該噴口部の上部（副室側）の周縁部に、主室側の
温度分布が高くなるような特性のエンジンには該噴口の
下部（主室側）の周縁部にセラミック層を設ける。ある
いは、主室側、副室側両方の被熱温度が高くなるような
特性のエンジンには、主室側から副室側全域にわたる噴
口全体の周縁部全域にセラミック層を設けるものに加え
て、該噴口部の上部と下部両方の周縁部にセラミック層
を設けることも可能である。以下本発明の実施例を図面
に基づいて具体的に説明する。
【０００９】
【実施例】インサート５は、図２に示すように、ＳＵＳ
４０３により機械加工又は鍛造により形成される。イン
サート５は円筒体であり、その下部に段部１３を有し、
この段部１３をシリンダーヘッド４の段部に係止され、
その上下方向の遊びを規制する。インサート５の外周面
の適所に突部１４を形成し、この突部１４をシリンダー
ヘッド４のくぼみ（図示なし）に係合させ、インサート
５の回り止めをする。インサート５の中央下部に噴口７
付きのセラミック体１０を圧入する。セラミック体１０
の好ましい組成を表１に示す。
４０３により機械加工又は鍛造により形成される。イン
サート５は円筒体であり、その下部に段部１３を有し、
この段部１３をシリンダーヘッド４の段部に係止され、
その上下方向の遊びを規制する。インサート５の外周面
の適所に突部１４を形成し、この突部１４をシリンダー
ヘッド４のくぼみ（図示なし）に係合させ、インサート
５の回り止めをする。インサート５の中央下部に噴口７
付きのセラミック体１０を圧入する。セラミック体１０
の好ましい組成を表１に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】セラミック体１０をインサート５へ圧入す
る際に最も重要なパラメーターがインサートと、セラミ
ック体の圧入代である。金属インサートにセラミック体
を圧入する際、圧入代が大きすぎると金属インサート本
体または、セラミック体が降伏して変形するか、また
は、破壊してしまう。たとえばφ２４mmのセラミック体
に対しては、圧入代を２５μｍ以下にしなければセラミ
ック体圧入時に金属インサートが変形を起こす。２５μ
ｍの圧入代では、セラミック体が破壊する応力には至ら
ない。しかし、セラミック体を金属インサートに圧入し
た後、実際のエンジンにおいて使用中複合インサートの
温度が上昇したとき、圧入代が２５μｍ以下であると金
属部がセラミック部より、より多くの熱膨張を生じて圧
入代が無くなりセラミック体が金属インサート本体から
フリーな状態になってしまう。フリーな状態になると、
金属インサート本体に対しセラミック体は、上下方向に
動く事、及び円周方向に動く事が考えられる。上下方向
に動く事に対しては、通常インサートは、シリンダーヘ
ッドとシリンダーブロックに挟まれて使用されるため問
題はなく、円周方向に動く事に対しては、回り止めを設
けた金属インサートとセラミック体を用いる。下限値は
圧入後の抜け落ちを防止する為に１０μｍ以上とする。
る際に最も重要なパラメーターがインサートと、セラミ
ック体の圧入代である。金属インサートにセラミック体
を圧入する際、圧入代が大きすぎると金属インサート本
体または、セラミック体が降伏して変形するか、また
は、破壊してしまう。たとえばφ２４mmのセラミック体
に対しては、圧入代を２５μｍ以下にしなければセラミ
ック体圧入時に金属インサートが変形を起こす。２５μ
ｍの圧入代では、セラミック体が破壊する応力には至ら
ない。しかし、セラミック体を金属インサートに圧入し
た後、実際のエンジンにおいて使用中複合インサートの
温度が上昇したとき、圧入代が２５μｍ以下であると金
属部がセラミック部より、より多くの熱膨張を生じて圧
入代が無くなりセラミック体が金属インサート本体から
フリーな状態になってしまう。フリーな状態になると、
金属インサート本体に対しセラミック体は、上下方向に
動く事、及び円周方向に動く事が考えられる。上下方向
に動く事に対しては、通常インサートは、シリンダーヘ
ッドとシリンダーブロックに挟まれて使用されるため問
題はなく、円周方向に動く事に対しては、回り止めを設
けた金属インサートとセラミック体を用いる。下限値は
圧入後の抜け落ちを防止する為に１０μｍ以上とする。
【００１２】セラミック体１０のインサート５に対する
回り止めを、図４と図５を参照して述べる。図４に示す
例は、セラミック体１０の外周面とインサート５の内周
面との間にピン１１を挿入したもので、ピン挿入穴の半
分づつをセラミック体１０とインサート５に設ける。図
５に示す例は、セラミック体１０の肉厚部に上下に延在
する平面部１２を設け、この平面部をインサート５の対
応平面部（図示なし）に対接させ、セラミック体１０の
回り止めとさせる。
回り止めを、図４と図５を参照して述べる。図４に示す
例は、セラミック体１０の外周面とインサート５の内周
面との間にピン１１を挿入したもので、ピン挿入穴の半
分づつをセラミック体１０とインサート５に設ける。図
５に示す例は、セラミック体１０の肉厚部に上下に延在
する平面部１２を設け、この平面部をインサート５の対
応平面部（図示なし）に対接させ、セラミック体１０の
回り止めとさせる。
【００１３】表２に示すインサート母材に表１に示すセ
ラミック体を組合せたものと、比較例Ａ１、Ａ２、Ａ３
として表２に示す耐熱合金のみで成形したインサートと
を試料として用意した。
ラミック体を組合せたものと、比較例Ａ１、Ａ２、Ａ３
として表２に示す耐熱合金のみで成形したインサートと
を試料として用意した。
【００１４】
【表２】
【００１５】そのインサートの性能を確認するために、
図６に示す熱疲労試験機で熱疲労試験を実施した。本熱
疲労試験機は、試験装置１９に取り付けられた図７に示
す保持具２０に、試験片のインサートを固定して、酸素
プロパンバーナー２１で約１０００℃に加熱した後、試
験装置１９を回転させ、インサートを水噴霧装置２２の
上に移動して約４０℃まで水冷した後空冷する。図８に
示す加熱冷却サイクルを４００回繰り返した後、図９に
示すような噴口周縁部に発生した亀裂２３、２４の長さ
を測定して、亀裂長さの最大値と亀裂長さの合計で耐熱
疲労性を判定した。なお、２００回時点での亀裂長さも
同様に測定し比較した。２００回時点での亀裂長さを表
３に、また、４００回時点での亀裂長さを表４に示す。
図６に示す熱疲労試験機で熱疲労試験を実施した。本熱
疲労試験機は、試験装置１９に取り付けられた図７に示
す保持具２０に、試験片のインサートを固定して、酸素
プロパンバーナー２１で約１０００℃に加熱した後、試
験装置１９を回転させ、インサートを水噴霧装置２２の
上に移動して約４０℃まで水冷した後空冷する。図８に
示す加熱冷却サイクルを４００回繰り返した後、図９に
示すような噴口周縁部に発生した亀裂２３、２４の長さ
を測定して、亀裂長さの最大値と亀裂長さの合計で耐熱
疲労性を判定した。なお、２００回時点での亀裂長さも
同様に測定し比較した。２００回時点での亀裂長さを表
３に、また、４００回時点での亀裂長さを表４に示す。
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【発明の効果】本発明のインサートは、従来に比較し
て、より熱負荷の高いエンジンで使用でき、結果として
エンジンの燃焼効率も改善でき、エンジン性能の向上が
できる。
て、より熱負荷の高いエンジンで使用でき、結果として
エンジンの燃焼効率も改善でき、エンジン性能の向上が
できる。
【図１】副室式ディーゼルエンジンの主燃焼室付近の構
造の概略を示した断面図である。
造の概略を示した断面図である。
【図２】本発明に係わる副燃焼室インサートの１例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図２の底面図である。
【図５】圧入されるセラミック体に回り止めを設けた形
状のものの平面図である。
状のものの平面図である。
【図６】熱疲労試験機の概略図である。
【図７】熱疲労試験機の試験片保持具と試験方法を示す
概略図である。
概略図である。
【図８】熱疲労試験機の加熱冷却サイクルを示すグラフ
図である。
図である。
【図９】亀裂の発生状況を示す底面図である。
１ ピストン ３ 主燃焼室 ５ インサート ６ 渦流室 ７ 噴口 １０ セラミック体 １１、１２ 回り止め ２０ 保持具 ２１ バーナー ２２ 水冷治具 ２３、２４ 亀裂
Claims (3)
- 【請求項１】 凹状に成形されたマルテンサイト系の耐
熱合金の本体の底部外面が、主燃焼室に臨み、かつ底部
の内側に渦流室が設けられ、渦流室から主燃焼室に連通
する噴口が底部を貫通して設けられた副燃焼室インサー
トにおいて、噴口を形成する部分が本体とは別部材の窒
化珪素セラミック体よりなる副室式ディーゼルエンジン
用インサート。 - 【請求項２】 噴口を形成するセラミック体に回り止め
を付けたことを特徴とする請求項１記載の副室式ディー
ゼルエンジン用インサート。 - 【請求項３】 本体を鍛造加工後、噴口部分の形状で成
形、焼成されたセラミック体を本体に圧入により複合化
したことを特徴とするインサート製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7173011A JPH094455A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 副室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7173011A JPH094455A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 副室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH094455A true JPH094455A (ja) | 1997-01-07 |
Family
ID=15952548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7173011A Pending JPH094455A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 副室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH094455A (ja) |
-
1995
- 1995-06-16 JP JP7173011A patent/JPH094455A/ja active Pending
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