JPS62620A - デイ−ゼルエンジン用副燃焼室チヤンバ− - 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チャンバーに関
し、詳しくは副燃焼室チャンバーの噴孔の周縁部の耐熱
亀裂性の向上を図ることにより耐久性の向上を図ったも
のである。

従来の技術と問題点 副燃焼室付きディーゼルエンジンにおいて、ピストンに
より圧縮された高温、高圧の空気が渦流室６に流入して
渦流を生じ、この渦流に噴射された燃料の大部分は副燃
焼室で急激に燃焼し、燃焼した高温ガスは噴孔２を通っ
て主燃焼室に噴射されると共に、着火遅れによる一部の
未燃焼燃料は噴孔２を通って、主燃焼室に噴射して完全
に燃焼され燃焼状態の改善が図られている。

しかしながら、第８図に示すように副燃焼室チャンバー
本体１に噴孔２を形成すると、噴孔２と渦流室６の底面
７と、燃焼室チャンバー本体１の底面８との間に断面積
の小さい鋭角部９及び１０が形成されてしまい、且つ噴
孔部は高温ガスが通過することから、かなりの高温に曝
されるため噴孔の鋭角部９及び１０に、熱が蓄積されて
異常に加熱されてしまい、温度差による熱膨張係数の違
いで熱応力の集中が起こり、その熱応力集中に起因して
亀裂を生じる。亀裂が一旦生じると熱の伝播が遮断され
て、益々局部加熱されて亀裂が促進され、更に温度が上
昇してその一部が焼損、脱落を起す。このように噴孔部
の鋭角部に焼損や亀裂が発生してエンジンの耐久性が劣
るという問題があった。

更に最近エンジンの燃費低減や性能向上のため、熱効率
の向上が図られ副燃焼室の燃焼最高温度、燃焼最高圧力
が高くなり、エンジンの寿命を決定する副燃焼室チャン
バーとして要求される条件が益々過酷となってきており
、副燃焼室チャンバーには断熱性、耐熱性、耐熱亀裂性
、耐熱疲労性等が益々強く要求されている。

従来副燃焼室チャンバー材として、オーステナイト系で
　Ｓ（１，ＨＩ３．５ＵＨ３１０，５ＵＨ６６１、Ｎｉ
ｍｏｃａｓｔ８０、フェライト系で５ＵＨ４，マルテン
サイト系で５ｔＪＨ６１６゜５ＵＨ３などの耐熱鋼や耐
熱合金が用いられていたが、オーステナイト系は熱膨張
係数が太きいため熱疲労によって割れやすい、フェライ
ト系は高温強度がないため脱落や変形がおきる。マルテ
ンサイト系は熱膨張率が小さく高温強度はあるが、耐酸
化性がないため焼損する等耐熱疲労性、耐熱衝撃性が不
充分である等満足すべきものはなく、耐久性が充分とは
いえなくなってきた。

又Ｎｉｍｏｃａｓｔ８０は高価な金属元素Ｃｏ。

Ｎｉ等を多量に含有するため非常に高価であり経済的に
満足するものではない。

近年耐熱性、断熱性に優れているセラミックスが着目さ
れ、チャンバー材への適用について種々状みがなされて
いるが、熱効率を向上させるには特に断熱性に優れたセ
ラミックスであるジルコニア、コージェライト等が、焼
損防止には特に耐熱性ニ優れたセラミックスである窒化
珪素、炭化珪素等が適している等、熱効率の向上と耐久
性の向上との間に均衡上の問題があり満足のいくもので
はない。

問題点を解決するための手段 本発明は上述した副燃焼室チャンバーの特異性に着目し
、安価で耐熱亀裂性の優れた副燃焼室チャンバー本体の
材料について研究してきたが、上述の過酷な条件に耐え
る材料は益々高質化し高価なものとなり、更に加工性も
悪くなり充分に耐久性のある、単一の材料として性能的
な面や経済的な面からも限界に至っている。

本発明者等は従来の発想を転換して亀裂発生の原因であ
る熱応力の集中に耐えることを考えるよりも、亀裂発生
の原因となる熱応力を逃して熱応力の集中をなくしてや
れば、亀裂の発生を防げるのではないかとの考えにたち
至り、研究を続けた結果本発明に至ったものである。

耐熱合金或いはセラミックス等の耐熱性素材からなる副
燃焼室チャンバー本体１を噴孔２を含む切断面４にて２
個以上に縦に分割して、夫々の分割された２個以上のブ
ロックを適宜の接着手段により、相互に正規の位置に合
体させて副燃焼室チャンバー本体１のフランジ３ａを形
成する耐熱性素材のインサートリング３で締めつけて一
体型とする。或いは副燃焼室チャンバー本体１に、噴孔
２を含み縦に外周面に至るスリット５を一個所設けて、
切り離されたスリットの切り口面を適宜の接着手段によ
り、突き合わせて正規の真円の状態にして、副燃焼室チ
ャンバー本体１のフランジ３ａを形成するインサートリ
ング３で締めつけて一体型とし、高温時における温度差
の熱膨張係数の差による熱応力を逃してやることにより
、熱応力の集中をなくし亀裂の発生を防止したものであ
り、安価な耐熱亀裂性に優れた耐久性のある副燃焼室チ
ャンバーを提供するものである。

チャンバー本体１をセラミックスにて、インサートリン
グ３は耐熱性合金で製作して一体型とすること等耐熱性
素材を適宜組み合わせることは勿論自在である。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的しこ説明す
る。

第１図ないし第４図に、副燃焼室チャンノベ一本体１を
分割した場合の実施例を示す。

第１図と第２図に示すように耐熱合金の５ＵＨ３１０か
らなる副燃焼室チャンバー本体１を、噴孔２を含む噴孔
２に平行な中心線上の切断面４にて縦に２個に分割して
製作し、夫々の分割された２個のブロックを適宜の接着
手段により、相互に正規の突き合わせ位置に合体させた
後、副燃焼室チャンバー本体１のフランジ３ａを形成す
る耐熱合金の５ＵＨ３１０からなるインサートリング３
内に焼きばめて一体型とした。

第３図は副燃焼室チャンバー本体１を噴孔２を含む噴孔
２に直角方向の切断面４ａにて縦に２個に分割した実施
例を示す。

第４図は副燃焼室チャンバー本体１を噴孔２を含む噴孔
２に、平行方向１個所とある傾きを有する２個所の切断
面４ｂにて縦に３個に分割した実施例を示す。

尚この他、副燃焼室チャンバー本体を分割する位置、数
は熱応力の発生状況や亀裂の発生状態を考慮して適宜選
定される。

第５図及び第６図に副燃焼室チャンバー本体１にスリッ
ト５を入れた場合の実施例を示す。

第５図は耐熱合金５ＵＨ３１０からなる副燃焼室チャン
バー本体１に、噴孔２を含み縦に外周面に達するスリッ
ト５を、噴孔２に平行に傾き方向の中心線上に一個所入
れ、切り離されたスリット５の切り口面を適宜の接着手
段により、突き合わせて正規の真円の状態に仮止め固定
した後、第１図に示すように副燃焼室チャンバー本体１
のフランジ３ａを形成する耐熱合金５ＵＨ３１０からな
るインサートリング３内に焼きばめて一体型とした。

第６図はスリット５ａを噴孔２の傾き方向と反対側の中
心線上に一個所入れた例を示す。

尚この他、副燃焼室チャンバー本体にスリットを入れる
位置は、熱応力の発生情況や亀裂の発生状態を考慮して
適宜選定される。

スリットを入れる場合、副燃焼室チャンバーの外周面は
、スリン１−の切りしろを含みスリットを入れてスリッ
ト面を突き合わせた時に、外周面が真円となるように楕
円状に加工されである。

副燃焼室チャンバー本体１をインサートリング３に焼き
ばめる場合に、焼きばめ代は高温においても締めつけ力
が作用して、弛みが生じないよう適宜選定される。又副
燃焼室チャンバーとインサートリングとの間に、圧縮時
には縮み、弛緩時には適宜に復元する耐熱性緩衝材を介
装させて弛みを防止する等考慮されている。

上記方法により形成された下記の副燃焼室チャンバーに
ついて夫々耐熱亀裂性試験を行なった。

（ＩＡ）第２図による２個に分割したもの。

（ＩＢ）第３図による２個に分割したもの。

（ＩＣ）第４図による３個に分割したもの。

（ｎＡ）第５図によるスリットを入れたもの。

（ｎ　Ｂ）第６図によるスリットを入れたもの。

比較材として第１表に示す化学成分からなる副燃焼室チ
ャンバーを用いた。

（ｍ）マルテンサイト組織のＲＩ　Ｋ−ＭＢ（ＩＶ）　
オース−ｒｆイＩ−組織のＳＵＨ３１０（Ｖ）Ｎｉｍｏ
ｃａｓｔ８０ 本試験は第９図に示す試験装置１２に取付けられた第１
０図に示す保持具１３に試験片の副燃焼室チャンバー本
体１を固定し、ガスバーナ１４で下面から約９５０℃に
加熱した後、試験袋＠１２を回転させ副燃焼室チャンバ
ー本体１をスプレー１５の上方に移動させて水をスプレ
ーして約４゜℃まで水冷した後空冷する。第１１図に示
す加熱、冷却のサイクルを３００回繰り返したのち、第
７図に示すように噴孔部２の底面周縁に発生した亀裂１
１の長さを測定し、その長さの合計によって耐熱亀裂性
を判定した。

耐熱亀裂性の試験結果は、（■）耐酸化性の低いＲＩＫ
−ＭＢは酸化により生じるスケールがひどく、スケール
の成長と剥離が繰り返されることにより、噴孔部の鋭角
部は細り脱落し焼損を起こしてしまった。　（ＩＶ）Ｓ
ＵＨ３１’Ｏの亀裂の総長は１４．１ａｍｅ　　（Ｖ）
Ｎｉｍｏｃａｓｔ８０の亀裂の総長は１０．５ｍｍであ
ったのに比して１本発明の分割した（Ｉ　Ａ）、（Ｉ　
Ｂ）、（Ｉ　Ｃ）の３試料と、スリットを入れた（■Ａ
）、（ＪＩＢ）の２試料共全てに亀裂の発生は認められ
ず耐熱亀裂性が著しく向上し改善されたことが認められ
た。

効果 ディーゼルエンジン用副燃焼室チャンバーとして、従来
の耐熱合金やセラミックス等からなる副燃焼室チャンバ
ー本体を、予め分割或いはスリットを入れておくことに
より熱応力を逃して熱応力の集中をなくシ、高温に曝さ
れても亀裂の発生が防止されて将来のエンジンの性能向
上に伴い要求される過酷な条件にも、充分に耐え得る耐
久性に優れたディーゼルエンジン用副燃焼室チャンバー
を安価に提供できる実用的効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明に係わる副燃焼室チャンバーの一例を示
す断面図 第２図　噴孔に平行に２分割した平面図第３図　噴孔に
直角に２分割した平面図第４図　噴孔に平行とある傾斜
角を有する面にて３分割した平面図 第５図　噴孔の傾き方向にスリットを入れた平面図 第６図　噴孔の傾き方向と反対方向にスリットを入れた
平面図 第７図　亀裂の発生状況を示す平面図 第８図　従来の副燃焼室チャンバーの断面図第９図　熱
疲労試験装置の概要図 第１０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１１図　熱疲労試験の加熱冷却サイクルを示すグラフ １：副燃焼室チャンバー本体　　２：噴孔３：インサー
トリング　　　　　３ａ：フランジ４：分割面　　４ａ
：分割面　　　４ｂ：分割面５ニスリツト　　５ａニス
リツト　　６：渦流室９：鋭角部　１０：鋭角部　１１
：亀裂１２：熱疲労試験装置　　　　　１３：保持具１
４：バーナ　１５ニスプレー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐熱性素材からなるディーゼルエンジン用副燃焼室チャ
   ンバー本体１を、噴孔２を含む分割面４にて２個以上に
   縦に分割し、２個以上に分割された夫々のブロックを適
   宜の接着手段により、相互に正規の突き合わせ位置に仮
   止め固定するか、若しくは、耐熱性素材からなるディー
   ゼルエンジン用副燃焼室チャンバー本体１に、噴孔２を
   含み縦に外周面に達するスリット５を１個所入れて、切
   り離されたスリットの切り口面を適宜の接着手段により
   突き合わせ、正規の真円の状態に仮止め固定して、夫々
   固定されたものを更に耐熱性素材からなる副燃焼室チャ
   ンバー本体１のフランジ３ａを形成する、インサートリ
   ング３内に焼きばめて一体型としたことを特徴とするデ
   ィーゼルエンジン用副燃焼室チャンバー。