JPH04321713A - 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

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JPH04321713A
JPH04321713A JP3117854A JP11785491A JPH04321713A JP H04321713 A JPH04321713 A JP H04321713A JP 3117854 A JP3117854 A JP 3117854A JP 11785491 A JP11785491 A JP 11785491A JP H04321713 A JPH04321713 A JP H04321713A
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JP
Japan
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insert
diesel engine
alloy
type diesel
chamber type
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Pending
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JP3117854A
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English (en)
Inventor
Makoto Suzuki
鈴木信
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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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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は副室(渦流)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に耐熱疲
労性、耐高温酸化性、耐高温腐食性に優れた耐熱合金層
を用いて耐熱構造とすることにより、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に示す様に、副室式ディーゼルエン
ジンでは、ピストン12とシリンダボア13とシリンダ
ヘッド15に装着したインサート16の渦流室(副室)
17とをインサート16の噴口18を介して連通させ、
渦流室17に燃料噴射ノズル19と予燃焼栓20を設け
ている。ピストン12の圧縮の終期に、主燃焼室14か
ら空気を押し込み、渦流室17内に高圧の強い渦流をつ
くる。この渦流中に燃料を噴射させると、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17内の内圧は更に高圧となり
噴口18を介して、主燃焼室14に押し出され、主燃焼
室14内の空気も含めて二次的混合と燃焼を進行させ、
ピストン12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16
は副室(渦流)式ディーゼルエンジンに不可欠のもので
ある。
【0003】金属性インサートはロストワックス鋳造法
、切削加工法、鍛造法等でつくられ、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
−155 , SUS310S 等のオーステナイト系
耐熱鋼、ステンレス鋼など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、高速回転などの要求が高まり、加えて、排ガス
規制により、EGR率が高まるなどで、インサート内の
圧力、熱負荷が大となっている。このため噴口は高温の
ガスが高速で通過する様になり、噴口周縁部は局部的に
高温となり、損傷が著しく上記の材料では高負荷のエン
ジンは使用に耐えなくなっている。これらの問題を解決
する目的で本発明者らは温度の高い噴口周縁部をNi基
、Co基の耐熱合金を紛体プラズマ肉盛法で複合化した
インサートを提案した。(特願平2−24477号)、
更に2層クラッド鋼を用い噴口周縁を耐熱鋼で形成した
インサートを開示した。(特願平1−2343号)しか
しながら、これらの構造でも、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。
【0004】本発明者は実際に損傷したインサートの調
査、及びインサート用材料の研究により、酸化、溶損を
起こす部分21と、亀裂の発生する部分22は一致しな
いこと、又材料的には耐高温酸化性を持つ材料が必ずし
も、熱疲労による亀裂に強いとは限らないことなどを知
見した。例えば前記複合構造インサートにおいて、噴口
周縁部を耐酸化性に優れた、超耐熱合金で形成した場合
噴口先端部の酸化、焼損は発生しないが、耐熱疲労性が
不足している為、両側エッジ部に亀裂がはいる。逆に熱
疲労性に優れた合金、例えば低膨張のインバー等で形成
すると亀裂は入らないが、耐酸化性が不足の為、噴口周
縁エッジ部が酸化、焼損してしまうという問題点があっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの知見に基
づき、従来の提案されている、インサートより更に耐熱
性、耐亀裂をもつ構造、及びその構造を得るための製造
方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】図2〜4に自動車用20
00CCディーゼルエンジンを、4/4×4800rp
mにて運転した時のインサート本体の温度分布を示す。 インサート本体は、噴口の鋭角部のみが800℃以上の
高温になっており、他の部分は温度が低いことがわかる
。更に本発明者らは、実際にエンジン試験を実施したイ
ンサートの詳細な調査の結果、亀裂の発生する部分は最
高温度部ではなく、図6及び7の22に示すエッジ部に
冷却時の引張応力が集中して、亀裂が発生することがわ
かった。これら知見によれば温度の最も高くなる、噴口
周縁中心部を耐高温酸化性を重視した材質、その両側の
亀裂の発生する部分を若干耐高温酸化性が劣化しても問
題のない範囲の熱疲労性を重視した材質、残りの本体部
はある程度の耐熱性を有する材質で構成させることで、
損傷部位の対策に適した材質構成として、結果として酸
化、亀裂の少ないインサートを得、所期の目的を達成し
ようとするものである。
【0007】
【発明の構成】図面に基づいて本発明の構成を説明する
。図8に本発明のインサートの断面図を示す。3は S
US403 等のある程度耐熱性を有する本体部である
。2は耐亀裂性(耐熱疲労性)に優れた材料で構成され
る部分、1は耐高温酸化性に優れた材質で構成された噴
口周縁中心部を示す。
【0008】図11はこのインサートを得るための3層
構造を持つ丸棒の傾斜図を示す。図12〜図16は丸棒
から、本発明のインサートを得るまでの工程を示す。三
層構造の丸棒を切断する等の任意の方法により、円柱状
の部材(図12)とする。円柱状部材を上下方向に圧縮
して略樽状部材(図13)とする。略樽状部材を上下超
合金製の金型で加工して、円錐台状の渦流室を有する部
材(図14)とする。以下機械加工で、図16に示すイ
ンサートが得られる。
【0009】図17〜20は肉盛溶接方法によって、本
発明のインサートを得るまでの工程を示す。鍛造又は機
械加工で図17に示すカップ状のベース材7を作る。カ
ップ部に肉盛溶接で熱疲労性に優れた合金9を(図18
)の様に形成する。更に9(図18)の肉盛部にカップ
状部分を機械加工等で10(図19)の様に付与する。 10(図19)のカップ状部分に耐高温酸化性に優れた
合金を肉盛溶接11(図20)を行う。以下鍛造法、機
械加工法の組み合わせ、又は機械加工のみで、図16の
インサートが得られる。
【0010】
【発明の具体的実施例】
【実施例1】外周部6をある程度の耐熱性を持つ安価な
 SUS403 、中間部5を低膨張の熱疲労性に優れ
た 40Ni−15Co−8Cr−Fe Bal(A)
 の材料更に中心部4を耐酸化性に優れた 45Cr−
35Ni−Fe Bal(B) の構造を持つ図11の
丸棒より、発明の構成で示した、鍛造と機械加工で図2
1の構成のインサートを得た。更に比較用として、中心
が 45Cr−35Ni−Fe Bal(B) 、外周
がSUS403 (図22)、中心が 40Ni−15
Co−8Cr−Fe Bal(A) で外周が SUS
403 のクラッド鋼を用い同様の方法でインサートを
製造した。 えられた夫々のインサートの化学成分を表1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】〔熱疲労試験〕熱疲労試験は前記図21の
本発明のインサートと図22の構成のインサートで行っ
た。本熱疲労試験装置(図23)に取り付けられた、保
持具23に試験片のインサート24を固定して、酸素プ
ロパンバーナー26で約950℃に加熱した後、試験装
置を回転してインサート24を水噴霧装置27の上に移
動して、約40℃に水冷した後、空冷する。図24に示
す加熱、冷却サイクルを1,000回繰り返した後、図
25に示す噴口周縁中心部の酸化、焼損28と両サイド
の亀裂長さ29を測定し、性能を比較した。尚亀裂長さ
はその合計で判定した。尚途中500回時点でも、酸化
、亀裂の状況を確認し、その結果を表2に示した。
【0013】
【表2】
【0014】
【実施例2】SUS403 を用い鍛造法でベースとな
るカップ状部品(図17)を作り、カップ部に紛体プラ
ズマ肉盛法により中間層を構成する肉盛を行う(図18
)、次にこの肉盛部の中心部を機械加工で図19の形状
にする。更にこの加工部に再度肉盛溶接を行ない図20
の形状とし、これを機械加工で図21に示す、本発明の
インサートにした。尚肉盛溶接によって得られた、肉盛
部の化学成分を表3に示す。又比較材として、 SUS
403 のベース材に実施例1と同様の狙いの化学成分
で肉盛法によって、比較材を作った。
【0015】
【表3】
【0016】これらについて実施例1と同様に、熱疲労
試験を実施した。結果を表4に示した。
【0017】
【表4】
【0018】
【発明の効果】実施例に示す様に、本発明のインサート
によると、最高温度部の酸化、焼損、応力の集中する部
分の熱疲労性が向上した構成とすることが、可能になり
、性能の向上は著しく、効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図1】副室式ディーゼルエンジンの主燃焼室付近の構
造の概要を示した断面図である。
【図2】自動車用2000ccディーゼルエンジンを4
/4×4800rpm で運転した時のインサート本体
の温度分布を示すインサート断面の温度分布図である。
【図3】図2で示したインサートの温度分布を示す底面
図である。
【図4】図2で示したインサートの温度分布を示す平面
図である。
【図5】損傷を生じたインサートの断面図の概略図であ
る。
【図6】損傷を生じたインサートの平面図の概略図であ
る。
【図7】損傷を生じたインサートの底面図の概略図であ
る。
【図8】本発明によるインサートの1例の縦断面図であ
る。
【図9】図8の平面図である。
【図10】図8の底面図である。
【図11】3層グラッド鋼の斜視図である。
【図12】3層グラッド鋼の断面を示す図である。
【図13】図12の3層グラッド鋼より本発明のインサ
ートをえるまでの機械加工における中間工程でえられた
加工品の形状を示す縦断面図である。
【図14】図12の3層グラッド鋼より本発明のインサ
ートをえるまでの機械加工における中間工程でえられた
加工品の形状を示す縦断面図である。
【図15】図12の3層グラッド鋼より本発明のインサ
ートをえるまでの機械加工における中間工程でえられた
加工品の形状を示す縦断面図である。
【図16】図11の3層グラッド鋼よりえられた本発明
によるインサートの縦断面図である。
【図17】肉盛溶接方法により本発明のインサートをえ
るまでの各工程における中間品の縦断面図である。
【図18】肉盛溶接方法により本発明のインサートをえ
るまでの各工程における中間品の縦断面図である。
【図19】肉盛溶接方法により本発明のインサートをえ
るまでの各工程における中間品の縦断面図である。
【図20】肉盛溶接方法により本発明のインサートをえ
るまでの各工程における中間品の縦断面図である。
【図21】実施例で使用した本発明によるインサートの
縦断面図である。
【図22】実施例で使用した比較のためのインサートの
縦断面図である。
【図23】熱疲労試験装置の概要図である。
【図24】熱疲労試験の加熱冷却サイクルを示すグラフ
図である。
【図25】熱疲労試験後のインサート平面図である。
【符号の説明】
1  噴口鋭角周縁部 2  噴口の鋭角周縁部以外の周縁部 3  インサート本体 4  3層構造をもつクラッド鋼の中心部5  3層構
造をもつクラッド鋼の中間部6  3層構造をもつクラ
ッド鋼の外周部7  カップ状のベース材 8  カップ部 9  肉盛溶接部(耐熱疲労性合金) 10  カップ部 11  肉盛溶接部(耐高温酸化性合金)21  酸化
溶損を起こす部分 22  亀裂の発生する部分 23  保持具 24  インサート 26  バーナー 27  水噴霧装置 28  噴口周縁中心部の酸化、焼損部29  亀裂長

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  副室式ディーゼルエンジン用インサー
    トの噴口の鋭角周縁部1を耐高温酸化性の材質で構成し
    、該インサートの噴口の残周縁部2を耐熱疲労性の材質
    で構成し、更にそれら以外のインサート本体3をある程
    度の耐熱性の材質で構成したことを特徴とする副室式デ
    ィーゼルエンジン用インサート。
  2. 【請求項2】  耐高温酸化性の材質が、重量でCr3
    5〜50%、Ni30〜40%及び残部がFeと不可避
    的不純物よりなる合金である請求項1の副室式ディーゼ
    ルエンジン用インサート。
  3. 【請求項3】  中心部4が噴口鋭角周縁部となる耐高
    温酸化性合金、中間部5が耐熱疲労性、外周部6がある
    程度の耐熱性を有する材質からなる、3層構造を持つク
    ラッド鋼を用いて、鍛造法により請求項目1の構造を持
    つインサートを形成することを特徴とする副室式ディー
    ゼルエンジン用インサートの製造方法。
  4. 【請求項4】  ある程度の耐熱性を有するカップ状の
    ベース材7のカップ部8に耐熱疲労性の優れた合金を肉
    盛溶接9を行なった後、肉盛部分の中心に機械加工等で
    更に先の肉盛溶接合金を残す形状にカップ状部分10を
    更に形成して、このカップ状部分に耐高温酸化性に優れ
    た合金を肉盛溶接11することで、請求項目1の構造を
    もつインサートを形成することを特徴とする副室式ディ
    ーゼルエンジン用インサートの製造方法。
  5. 【請求項5】  耐高温酸化性合金が、重量で、Cr3
    5〜50%、Ni30〜40%及び残部がFeと不可避
    的不純物である請求項3又は4記載の副室式ディーゼル
    エンジン用インサートの製造方法。
JP3117854A 1991-04-23 1991-04-23 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 Pending JPH04321713A (ja)

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