JPH04128512A - 渦流室式ディーゼルエンジン用インサート及びその製造法 - 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、噴孔周縁部の少くとも一部にオーステナイト
系の超耐熱合金を肉盛熔接したディーゼルエンジン用イ
ンサートであり、且つ肉盛熔接後噴孔まわりを鍛造加工
するインサートの製造法に関する。

（従来の技術） 第１０図に示すように、渦流室式ディーゼルエンジン燃
焼室では、ピストン１とシリンダボア２とシリンダヘッ
ド４とで形成される主燃焼室３と、シリンダへソド４に
装着したインサー）・５の渦流室６とを、インサート５
の噴孔７を介して連通させ、渦流室６に燃料噴射ノズル
８と予熱栓９を設けている。

ピストンｌの圧縮行程のｖ！：期に、主燃焼室３から噴
孔７を介して渦流室６に空気を押込み、該渦流室６内に
高圧の強い渦流を作るこの渦流中に燃料を噴射させると
、該燃料は微粒化しつつ気化し、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
さらに高圧となり、噴孔７を介して、主燃焼室３に押出
され、主燃焼室３内の空気も含めて２次的混合と燃焼と
を進行させ、ピストン１の上面に高圧を作用させて膨張
行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は渦流室式ディーゼルエンジンに欠かせないので
ある。

金属製インサートはロストワックス鋳造法、切削加工法
、鋳造法等で作られ、耐熱疲労性が要求されるので、５
ＵＳ４０３などのマルテンサイト系耐熱鋼が材料として
使用されている。

然しながら、ディーゼルエンジンの小型化、熱効率の向
上、高速回転などの要求かたかまり、加えて排ガス規制
などで、エンジンの熱負荷、圧力が大となっている。こ
のため噴孔は高温高圧のガスが高速で通過するようにな
り、噴孔周縁部は局部的に高温となり、損傷が著しく、
上記の材料では高負荷のエンジンの使用に耐えなくなっ
ている。

二のためインサート５本体を、又はインサート５の底壁
の噴孔７の周縁鋭角部のみを耐熱性に優れた合金で肉盛
することが提案されている。（例えば特開昭６２−１１
２７６２号及び特開昭６３４７３４６号公報）、然しな
から従来提案されて手段では、肉盛時の熱によって、イ
ンサート本体部に焼きが入り、肉盛熔接後の噴孔加工時
に焼鈍を必要とする、という欠点を生じる。又、溶体化
処理をしても肉盛による金属組織の不均一が残り、更に
、固溶化熱処理自体がインサート本体部を形成する耐熱
鋼に焼入れをすることになり、以鋒の機械加工を難しく
するという欠点を生じる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前述した従来技術の不具合を解決すべき課題
とする。

即ち、インサート本体部を構成する材料を、低膨張材で
、且つ肉盛加工後の高温からの空冷処理時に自硬性の小
さいフェライト系の材料とし、後加工を焼鈍なしで行う
ことを可能にし、肉盛部の鋳造加工と固溶化熱処理によ
って、組織の緻密化を図ることで、従来技術の欠点を解
消させることを解決すべき課題とする。

（課題を解決するための手段とその作用）本発明は、イ
ンサート本体部をフェライト系耐熱鋼とし、又、噴孔周
縁部の少くとも一部をオーステナイト系の超耐熱合金で
溶接肉盛した複合構造とすることで、肉盛熔接方法で超
耐熱合金を噴孔周縁部に形成させる際の本体部の硬化を
防ぎ、焼鈍工程なしに、噴孔部の鍛造成形を可能にし更
に、噴孔部を鍛造加工することで、肉盛組織を緻密にし
て、鍛造加工によって変化する。再結晶温度を考慮した
固溶化熱処理を実施することによって、耐久性能の向上
を図ると共に鍛造加工より、肉盛によって形成された部
分の面積を広げ、最初の本体部への肉盛面積を狭くでき
、コスト低減が図られているディーゼルエンジン用イン
サートを提供することで、前述した課題を解決する。

より具体的には、本発明は、円筒部、該円筒部の一方の
開口を閉じる底壁、底壁に設けられる噴孔を有し、円筒
部内の渦流室から噴孔を介して燃焼ガスを主燃焼室に供
給する渦流室式ディーゼルエンジン用インサートにおい
て、円筒部と底壁とからなる本体をフェライト系耐熱鋼
とし、且つ噴孔周縁部の肉盛熔接部をオーステナイト系
の超耐熱合金としたことを特徴とする渦流室式ディーゼ
ルエンジン用インサートを提供する。

さらに、本発明は、本体の底壁に設けた噴孔まわりの少
なくとも一部に異種金属を肉盛熔接する渦流室式ディー
ゼルエンジン用インサートの製造法において、異種金属
がオーステナイト系の超耐熱合金であり、肉厚熔接後噴
孔まわりを鍛造加工したことを特徴とする渦流室式ディ
ーゼルエンジン用インサートの製造法を提供する。

（実施例１） ディーゼルエンジン用インサートについては、第１０図
を参照して説明したので、ここではその説明を省略する
。第１図に示す如く、インサート本体１０中の底壁と円
筒部とからなり、この底壁の上下面に機械切削加工ある
いは鋳造加工により、凹み１１．１２を設ける。次いで
、第２図に示すように、凹み１１．１２に第１表に示す
Ｎ１基の超耐熱合金を肉盛熔接する。インサート本体１
０は第１表に示す５ｔＪＳ４０５からなる。

該方法によって得られた肉盛加工の部１３．１４の硬さ
はＨＲＢ８０〜８５であり、このままで、鍛造加工でき
る硬さであった。更にこれらを第３図に示す形状に噴孔
周縁部を冷間鍛造加工を行い、鍛造が簡単に出来ること
を確認した。第３図に示ず肉盛面積は冷間鍛造前で１４
側がφ２０であったものが、鍛造でφ２５に広がり、１
３側はφ１５がφ１８に広がり完全に噴孔周縁部をカバ
ーでき、鍛造加工を行わず最初から広い凹部に肉盛して
製造する場合で比較して、１４側で約１５％肉盛加工速
度が早くなり、肉盛に使用する、高価な超耐熱合金の量
が約３５％節約できた。

その後、第３図に仮想線で示す噴孔を設けるためのドリ
ル加工をなして、インサートを製造した。

第 表 （ＷＴχ） （比較のだめの実施例２） 実施例（１）に示した組成のインサート１５を従来の方
法で肉盛１６．１７後、鍛造加工をせずに機械加工で噴
孔部製造し、固溶化熱処理試験を実施した。固溶化熱処
理は真空炉を用いて１，１００”Ｃ，１，１５０”ｃ、
１　、２００°Ｃの温度で各２時間保持してから窒素ガ
スによる急冷処理後機械加工で噴孔７その他を加工して
第４図のインサートを作った。

これらサンプルについて、比較の為に熱疲労試験を実施
した。比較材を第２表に示す。尚鍛造加工なしはあらか
じめ肉盛面積をφ１８及びφ２５となるように本体凹み
部を広げて製作した。

第２表 熱疲労試験機を第５図に示す試験装置１９に取り付けら
れた第６図に示す保持具１８に試験片のインサート１０
．１５を固定し、ガスバーナー２０で下面から約９００
　’Ｃに加熱した後、試験装置を回転させインサート１
０．１５を水のスプレー装置２１の上方に移動させて水
をスプレーして、約４０’Ｃまで水冷した後空冷する。

第７図に示す、加熱、冷却サイクルを１　、０００回繰
り返した後第８図に示す亀裂２２の長さを測定して比較
した。

試験結果を第３表に示す。

第　　３　　表 試験結果では肉盛後鍛造加工をしないＡ、　　ＢＣには
全て亀裂１６が発生し、対して鍛造加工を行ったものは
、Ｄ、Ｆには微小な亀裂が発生したものの、Ｅには亀裂
の発生は認められなかった。

この結果より、本発明のインサートは肉盛後鍛造加工を
行うことで、耐亀裂性が向上することを、ｒａ、認でき
た。更に鍛造後置溶化熱処理を実施することで、鍛造な
しで固溶化熱処理を実施したものより、亀裂長さが少な
くなることも、確認された。

（比較のための実施例３） 更に本体材に従来の５ＵＳ４０３等のフルテンサイ１系
の耐熱鋼を用いた場合と比較する為に実施例１と同一の
方法で第４表の化学成分のインサートを作った。

第４表 インサートの製造方法について実施例（１）の場合と比
較して違いを述べる。

■　肉盛時本体材５ｔＪＳ　４０３に焼きが入る為に、
焼鈍処理が必要である。

■　鍛造加工後項孔部機械加工の為に加工硬化をとる焼
鈍処理が必要である。

（実施例１の場合は固溶化熱処理時本体材がフェライト
系である為に焼きが入らず固溶化熱処理で兼用できる。

更に固溶化熱処理後に噴孔が加工出来る為に肉盛部の硬
さも低く、均一である為に、ドリルの持ちもよい） ■　噴孔加工後固溶化熱処理を行う。

■　固溶化熱処理後、フランジ外径、厚さ等の仕上加工
を行う必要がある為、本体部は焼きの人、った状態での
加工となり、刃具の持ちが悪い。

本体材にマルテンサイト系のＳ　ｔ、Ｊ　Ｓ　４０３を
用いたこのインサートと、本発明のインサートの熱疲労
性を比較する為に、熱疲労試験を実施した。

本発明のインサートとびでは実施例２ご二示すＦを用い
、５ｔＪＳ４０３を本体材に用いたものは第３表の成分
で、Ｆと同じ固溶化熱処理を実施したものである。

試験結果 実施例２と同し条件で実施したが亀裂１６の発生はどち
らも認められなかった。

更にインサート全体の変形を測定する為に第９図に示す
。主室平面部の熱−２たりを測定した結果を、第５表に
示すが、へたり量は違いが認められなかった。

第５表 （効果） 以上説明したように、本発明は最も過酷な条件となる、
噴孔周縁部を超耐熱合金で構成される、複合構造を有す
る、インサートにおいて、その本体を構成する部分を自
硬性の少ない、フェライト系の耐熱鋼で構成することで
２．焼鈍工程が不用となり、更に肉盛後鍛造加工を付与
することで、最初の肉盛面積を狭くでき、高価な肉盛材
の削減が実現し、又鍛造加工と固溶化熱処理の組み合わ
せで、緻密なＭｉ織を得ることで、熱疲労性も改舊する
など効果は大である。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図と第３図は本発明によるインサートの加
工順序に従うインサートの断面図、第４図は従来のイン
サートの断面図、第５図と第６図は熱疲労試験機を示す
図、第７図は加熱・水冷のインターバルを示すグラフ図
、第８図はインサート噴孔部の亀裂を示す平面図、第９
図はインサートのへたりを示す断面図、第１０図はイン
サートの使用状態を示す断面図である。 図中ニア−噴孔、　　１０−インサート本体、１３．１
４　肉盛。 代理人　弁理士　　桑　　原　　英　　明第３ 図 第４ 図 第５ 図 第 ６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒部、該円筒部の一方の開口を閉じる底壁、底
   壁に設けられる噴孔を有し、円筒部内の渦流室から噴孔
   を介して燃焼ガスを主燃焼室に供給する渦流室式ディー
   ゼルエンジン用インサートにおいて、円筒部と底壁とか
   らなる本体をフェライト系耐熱鋼とし、且つ噴孔周縁部
   の肉盛熔接部をオーステナイト系の超耐熱合金としたこ
   とを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジン用インサー
   ト。
2. （２）本体の底壁に設けた噴孔まわりの少なくとも一部
   に異種金属を肉盛熔接する渦流室式ディーゼルエンジン
   用インサートの製造法において、異種金属がオーステナ
   イト系の超耐熱合金であり、肉厚熔接後噴孔まわりを鍛
   造加工したことを特徴とする渦流室式ディーゼルエンジ
   ン用インサートの製造法。
3. （３）鍛造加工後固溶化熱処理をする請求項（１）のイ
   ンサートの製造法。