JPH01280623A - ディーゼルエンジン用副燃焼室インサート及びその製造方法 - Google Patents

ディーゼルエンジン用副燃焼室インサート及びその製造方法

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JPH01280623A
JPH01280623A JP63108824A JP10882488A JPH01280623A JP H01280623 A JPH01280623 A JP H01280623A JP 63108824 A JP63108824 A JP 63108824A JP 10882488 A JP10882488 A JP 10882488A JP H01280623 A JPH01280623 A JP H01280623A
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JP
Japan
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heat
heat resistance
combustion chamber
powder
sub
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Pending
Application number
JP63108824A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Hirawake
平訳 勉
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Forging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

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
良およびその製造方法に係り、更に詳しくは、副燃焼室
インサートの本体を耐熱鋼粉末または熱伝導率の良い金
属粉末若しくはセラミックスを混合した耐熱鋼粉末で形
成し、噴口角部の周縁部を超耐熱合金を粉末肉盛り溶接
した後、鍛造等にて高密度化して耐熱構造とした耐熱性
、耐熱疲労性に優れた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とその製造方法に関する
(従来の技術) 従来の金属製副燃焼室インサートとその製造方法として
ロストワックス鋳造方法、切削加工方法、冷間或は熱間
鍛造方法等があり、それに使用される材料としては耐酸
化性、高温強度、耐ヒートチエツク性、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、LCN−1
55等の超耐熱合金がある。
(本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。特にインサートの噴口部付
近は高温で高圧のガスが吹き付は高速で通過していくた
め局部的に高温になり損傷が甚だしい。ために5UH3
,5UH616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
の使用に耐えなくなってきている。又5UH310,5
UH309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へ高温強度は大きいか、
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、5tJH310,5UH309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。
又、従来同一素材によりインサート本体が形成されてい
るため、耐熱性等は全面にわたり一様である。しかしな
がら第8図の自動車用2000ccディーゼルエンジン
を4/4 X 4800r、p、mにて運転した時のイ
ンサート本体の温度分布の断面図に示すように、インサ
ートの噴口の鋭角部のみが800℃以上の高温に曝され
他の部分は低いので、インサート本体として鋭角部には
耐熱性に優れたもので、他の部分は高温強度があり且つ
ある程度の耐熱性を有すれば足れることで、従来の同一
材料でインサート全体を形成する方法は材料価格面でコ
スト高になる。
(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
、耐熱性、耐熱疲労性が優れ耐久性の向上を図った副燃
焼室インサート及びその製造方法を安価に提供すること
を目的とする。
本発明の第1の発明は、耐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粉末を用いて成形
し、異常に加熱される噴口角部の周縁部を耐熱性に優れ
た超耐熱合金にて構成することにより、耐熱性、耐熱疲
労性の劣化を防止し、安価に耐久性の優れた副燃焼室イ
ンサートを提供する。
第2の発明は、第1の発明の副燃焼室インサート本体の
耐熱鋼粉末に熱伝導率の非常に大きい純クロム、純鉄、
純ニッケル等の金属粉末、若しくは、炭化珪素等のセラ
ミックス粉末のうち1種または2種以上を10〜20重
量%混合し、全体の熱伝導率を上げ、副燃焼室インサー
ト本体の温度分布をできるだけ均一にし5、温度差によ
り生ずる熱応力をなくし耐熱性のより向上を図り所期の
目的を達成しようとするものである。
第3の発明は、耐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粉末を用いて成形し、噴口
角部の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金粉末を粉末肉
盛り溶接によって肉盛り後、さらに温間若しくは熱間に
よりサイジンして、或いは鍛造にて高密度化して成形す
ることにより、耐熱性、耐熱疲労性の劣化を防止し、安
価に耐久性の優れた副燃焼室インサートが得られる製造
方法を提供する。
第4の発明は、第1の発明の副燃焼室インサート本体の
耐熱鋼粉末に、更に熱伝導率の優れた純クロム、純鉄、
純ニッケル等の金属粉末や炭化珪素等のセラミックス粉
末のうち1種又は2種以上10〜20%量%混合して成
形し、噴口角部の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金を
粉末肉盛り溶接によって肉盛りした後、さらに温間若し
くは熱間により鍛造して高密度化して成形することを特
徴とする第2の発明の耐熱性、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の製造方法を提供
するものである。
本発明の第1の発明は、副燃焼室インサート本体を5U
S403.5US410L等の安価で熱伝導率が良く熱
膨張率の低い耐熱鋼粉末により成形し、第2の発明はこ
れらの耐熱鋼よりさらに熱伝導率のよい純クロム、純鉄
、純ニッケル等の金属粉末、及び炭化珪素等のセラミッ
クス粉の1種または2種以上を混合した粉末(金属粉は
10〜20%、セラミックス粉は5〜15%)により成
形し、噴口角部の周縁部を超耐熱合金粉末により肉盛り
溶接し所定の加工を行なった後、更に熱間若しくは温間
によりサイジングして鍛造にてインサート本体の密度向
上を行ない、その後加工することにより得られる耐熱性
、耐熱疲労性の良い副燃焼室インサートを形成するもの
である。
次に、第2及び第4の発明による熱伝導率の優れた金属
粉末の混合範囲(重量%)の限定理由について述べる。
純クロム:熱伝導率を上げる効果があり、10%以下で
はその効果が顕著でなく、20%以上では鍛造性を阻害
するのでその範囲を10〜20%の範囲とした6 純鉄:熱伝導率を上げる効果があり、10%以下ではそ
の効果が顕著でなく、20%以上では耐酸化性を阻害す
るのでその範囲を10〜20%の範囲とした。
純ニッケル:熱伝導率を上げる効果があり、10%以下
ではその効果が顕著でなく、10%以上になれば効果が
充分になり、含有量の増加につれて向上するが20%を
超えて添加してもそれ以上の著しい効果は望めず、逆に
経済的に不利になるのでその範囲を10〜20%の範囲
とした。
炭化珪素:熱伝導率を上げる効果があり、5%以下では
その効果が顕著でなく、15%以上では鍛造性を阻害す
るのでその含有量を5〜15%の範囲とした。
(実施例) 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
第1図に示すように副燃焼室インサート本体1を、第1
の発明を第2表に示す化学成分を有する5US410L
の粉末(試料番号A)で、第2の発明を第1の発明の5
US41OLの粉末に第1表の配合組合せに示すように
、純クロム(試料番号B)、純鉄(試料番号C)、純ニ
ッケル(試料番号D)、炭化珪素(試料番号E)、およ
び純クロムと純ニッケル(試料番号F)の粉末を混合し
たもので、噴口角部の周縁部を第2表に示す化学成分を
有する超耐熱合金材料ハステロイCの改良品(試料番号
J)とインコネル600(試料番号K)を用いて、第2
図に示す第3および第4の発明の製造方法によって製造
した。
■インサート本体を5US41OLの200メツシユの
粉末(試料番号A1、A2)、5US410Lの200
メツシユ粉末に純クロム(試料番号Bl−B4)、純鉄
(試料番号c1〜c4)、純ニッケル(試料番号D1〜
D4)、炭化珪素(試料番号E1〜E4)および純クロ
ムと純ニッケル(試料番号F’ 1、F2)の50〜2
50メツシユの粉末を混合したものを ■粉末成形により噴口角部の周縁部に厚さ2m、直径D
20〜25mmの耐熱性に優れた素材層が形成されるよ
うに凹み3および4を同時に付加加工し ■ 1230′CXIHr  N2刀ス中にて焼成、■
該凹み3および4に第2表に示す試料番号J、にの2種
類の超耐熱合金の肉盛り部5および6を形成し ■所定の加工を行い ■更に熱間鍛造により粉末成形部の密度向上と平滑な仕
上形状、寸法に仕上げた後 ■機械加工により噴口を形成することにより噴口角部の
周縁部に耐熱合金層を形成した。
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、また、同一の混合粉末を用いて20φX
15mmの丸棒を成形し熱間鍛造(1000℃)により
34φX5mmに成形後、加工により5φX2mmの円
板を切り出し熱伝導率測定用試験片とし、夫々下記の試
験を行なった。
(1)耐熱疲労試験 (2)熱伝導率測定 尚、耐熱疲労試験の比較品として第1表に示す耐熱合金
5US3108合金(試料番号G)、NIMONIC,
80(試料番号H)、LCN155(試料番号■)を用
いてロストワックス鋳造方法により製造した副燃焼室イ
ンサートと、熱伝導率の比較品としてマルテンサイト系
の5US410L(試料番号L)、フェライト系の5U
S403(試料番号M)とオーステナイト系の5US3
04(試料=12− 番号N)、5US310(試料番号P)を用いて行なっ
た。
(1)耐熱疲労試験 本試験は第3図に示す試験装置12に取付けられた第4
図に示す保持具]3に試験片の副燃焼室インサート本体
1を固定し、ガス八−す14で下面から約900℃に加
熱した後、試験装置12を回転させ副燃焼室インサート
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40℃まで水冷した後空冷する。第5図に示す加
熱、冷却のサイクルを300回繰り返したのち、第6図
に示すように噴孔部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(試料番号G、H1
■)の亀裂の長さは夫々6.0mm、13.0mm、1
0.5mmであったのに対して、第1の発明の本体を5
US410Lで噴口角部の周縁部を超耐熱合金にて形成
したもの(試料番号A1、A2)の亀裂の長さは夫々1
.8mm、3.0mmと大幅に短く耐熱疲労性が著しく
改善されたことが認められた。
更に、第2の発明品の噴口角部の周縁部をインコネル6
00(試料番号K)にて構成したものは0゜3〜0.8
mmと非常に微小な亀裂の発生が認められたが、ハステ
ロイC改良品(試料番号J)にて構成したものは全く亀
裂の発生は認められなかった。
以上の結果より本発明に係る副燃焼室インサートは耐熱
疲労性が著しく向上し改善されたことが認められる。
(2)熱伝導率測定 本試験の熱伝導率測定はレーザフラッシュ法によった。
測定結果を第3図に示す 第3図より明らかなように、本発明品は比較品のマルテ
ンサイト系の5US410L(試料番号L)、フェライ
ト系の5US403(試料番号M)よりも優れ、オース
テナイト系の5us304(試料番号N)、SUS 3
10(試料番号P)よりも格段に熱伝導率が大きく、温
度分布が均一になりやすいことがわかる。
また、純ニッケル、純鉄、純クロム及び炭化珪素は第3
表に示す20℃における熱伝導率から明らかなように、
熱伝導率が非常に優れていることがわかる。
(効果) ディーゼルエンジン用副燃焼室インサートとして、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粉
末を、または、同耐熱鋼粉末に熱伝導率の優れた純クロ
ム、純ニッケル等の金属粉末や炭化珪素等のセラミック
ス粉末を混合して形成し、噴口角部の周縁部を超耐熱合
金粉末にて粉末肉盛した後、更に温間若しくは熱間によ
りサイジング等により高密度化を図ることにより、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提供できた実用上の効果は顕著で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図 本発明に係わる副燃焼室インサートの一例を示
す縦断面図 第2図 本発明品の製造方法を示す工程図第3図 熱伝
導率の測定結果を示すグラフ第4図 熱疲労試験装置の
概要図 第5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6図 熱疲労試験の加熱冷却サイクルを示すグラフ図 第7図 亀裂の発生状況を示す平面図 第8図 副燃焼室インサート本体の温度分布を示す断面
図 1:副燃焼室インサート本体 2:噴口3.4:本発明
の耐熱合金の肉盛り部の凹み5.6:本発明の耐熱合金
層 12:熱疲労試験装置 13:保持具     14:バーナ 15ニスプレー    16:亀裂

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ディーゼルエンジン用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粉末を用いて成
    形し、噴口角部の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金粉
    末を粉末肉盛り溶接によって肉盛りし温間若しくは熱間
    によりサイジングして、或いは鍛造して構成したことを
    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. (2)ディーゼルエンジン用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粉末を用い、更
    に熱伝導率の優れた純クロム、純鉄、純ニッケル等の金
    属粉末、炭化珪素等のセラミックス粉末のうち1種又は
    2種以上を10〜20重量%混合して成形し、噴口角部
    の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金を粉末肉盛り溶接
    によって肉盛りし、温間若しくは熱間により鍛造或いは
    サイジングして成形し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。
  3. (3)ディーゼルエンジン用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粉末を用いて形
    成し、噴口角部の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金粉
    末を粉末肉盛り溶接によって肉盛りした後、さらに温間
    若しくは熱間によりサイジングして、或いは鍛造にて高
    密度化して成形する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
    室インサートの製造方法。
  4. (4)ディーゼルエンジン用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粉末を用い、更
    に熱伝導率の優れた純クロム、純鉄、純ニッケル等の金
    属粉末、炭化珪素等のセラミックス粉末のうち1種又は
    2種以上を10〜20重量%混合して成形し、噴口角部
    の周縁部を耐熱性に優れた超耐熱合金を粉末肉盛り溶接
    によって肉盛りした後、さらに温間若しくは熱間により
    鍛造、或いはサイジングして高密度化して成形すること
    を特徴とする請求項2記載の耐熱性、耐熱疲労性に優れ
    たデイーゼルエンジン用副燃焼室インサートの製造方法
JP63108824A 1988-04-30 1988-04-30 ディーゼルエンジン用副燃焼室インサート及びその製造方法 Pending JPH01280623A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160147860A (ko) * 2014-04-29 2016-12-23 생 장 앵뒤스트리 첨가 제조 후 단조 작업을 거치는 금속 또는 금속 매트릭스 복합물로 만들어지는 부품들의 생성 방법

Cited By (2)

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KR20160147860A (ko) * 2014-04-29 2016-12-23 생 장 앵뒤스트리 첨가 제조 후 단조 작업을 거치는 금속 또는 금속 매트릭스 복합물로 만들어지는 부품들의 생성 방법
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