JPH0617647B2 - エンジンの副燃焼室 - Google Patents
エンジンの副燃焼室Info
- Publication number
- JPH0617647B2 JPH0617647B2 JP60094287A JP9428785A JPH0617647B2 JP H0617647 B2 JPH0617647 B2 JP H0617647B2 JP 60094287 A JP60094287 A JP 60094287A JP 9428785 A JP9428785 A JP 9428785A JP H0617647 B2 JPH0617647 B2 JP H0617647B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermal expansion
- coefficient
- ceramic member
- engine
- combustion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
- F02B19/165—The shape or construction of the pre-combustion chambers is specially adapted to be formed, at least in part, of ceramic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B2019/006—Engines characterised by precombustion chambers with thermal insulation
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの副燃焼室に関するものである。
（従来の技術） 最近、断熱性及び耐熱性に優れたセラミック材によって
副燃焼室を形成する試みが数多く実施されるようになっ
てきているが、セラミック材は引張り強度が圧縮強度の
１／１０程度と低く、サーマル・ショックによる熱的引
張応力の繰返しや機械的振動により破損し易く耐久性に
乏しかった。このため、副燃焼室を形成するセラミック
部材に対してサーマル・ショックによる引張応力を抑制
して耐久性を改善するため、耐熱性に優れたステンレス
鋼（例えばＳＵＳ４３０）製の焼嵌めリングをセラミッ
ク部材に外嵌して予め圧縮応力を与えておく技術が提案
されている（例えば実公昭５８−５１３７１号公報参
照）。
副燃焼室を形成する試みが数多く実施されるようになっ
てきているが、セラミック材は引張り強度が圧縮強度の
１／１０程度と低く、サーマル・ショックによる熱的引
張応力の繰返しや機械的振動により破損し易く耐久性に
乏しかった。このため、副燃焼室を形成するセラミック
部材に対してサーマル・ショックによる引張応力を抑制
して耐久性を改善するため、耐熱性に優れたステンレス
鋼（例えばＳＵＳ４３０）製の焼嵌めリングをセラミッ
ク部材に外嵌して予め圧縮応力を与えておく技術が提案
されている（例えば実公昭５８−５１３７１号公報参
照）。
（発明が解決しようとする課題） しかし、第２図に示すようにＳＵＳ４３０等ステンレス
鋼製の焼嵌めリングは、Ｓｉ３Ｎ４等のセラミック部材
に対して約４倍（例えばＳｉ３Ｎ４の熱膨張率が２〜
３．５×１０-6／℃で、ＳＵＳ４０３の熱膨張率が１０
〜１２×１０-6／℃となっている）の熱膨張係数を有し
ているため、約５００℃迄温度が上昇する高速連続運転
において焼嵌め効果の低下を来し、その結果、セラミッ
ク部材と焼嵌めリング間の連続した衝突、更に上部室と
下部室の分割型副燃焼室においては上下セラミック部材
同士の連続衝突を惹起し、セラミック部材及びリング双
方の嵌合面の激しいフレッティング（点蝕）やセラミッ
ク部材の欠損を生ぜしめていた。
鋼製の焼嵌めリングは、Ｓｉ３Ｎ４等のセラミック部材
に対して約４倍（例えばＳｉ３Ｎ４の熱膨張率が２〜
３．５×１０-6／℃で、ＳＵＳ４０３の熱膨張率が１０
〜１２×１０-6／℃となっている）の熱膨張係数を有し
ているため、約５００℃迄温度が上昇する高速連続運転
において焼嵌め効果の低下を来し、その結果、セラミッ
ク部材と焼嵌めリング間の連続した衝突、更に上部室と
下部室の分割型副燃焼室においては上下セラミック部材
同士の連続衝突を惹起し、セラミック部材及びリング双
方の嵌合面の激しいフレッティング（点蝕）やセラミッ
ク部材の欠損を生ぜしめていた。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、エンジン
の通常運転領域の温度域では上記セラミック部材の熱膨
張率に近い低い熱膨張率の値を示し、それよりも高い焼
嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対する
上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い熱膨張率の値
を示すＦｅ−Ｎｉ系合金により成る焼嵌めリングを使用
することにより、高速連続運転においても焼嵌め効果の
低下を防ぎ、セラミック部材より成る副燃焼室の耐久性
の向上を図ることができると共に焼嵌め作業を容易に行
うことができるエンジンの副燃焼室を提供するものであ
る。
の通常運転領域の温度域では上記セラミック部材の熱膨
張率に近い低い熱膨張率の値を示し、それよりも高い焼
嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対する
上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い熱膨張率の値
を示すＦｅ−Ｎｉ系合金により成る焼嵌めリングを使用
することにより、高速連続運転においても焼嵌め効果の
低下を防ぎ、セラミック部材より成る副燃焼室の耐久性
の向上を図ることができると共に焼嵌め作業を容易に行
うことができるエンジンの副燃焼室を提供するものであ
る。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、副燃焼
室を構成するセラミック部材に外嵌される焼嵌めリング
の素材を、Ｎｉを重量比２９〜５１％含有し、温度上昇
に伴って比例的に上昇する上記セラミック部材の熱膨張
率特性に対してエンジンの通常運転領域の温度域では上
記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張率の値を
示し、上記エンジンの通常運転領域の温度域よりも高い
焼嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対す
る熱膨張率の上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い
熱膨張率の値を示す熱膨張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系
合金としたものとする。
室を構成するセラミック部材に外嵌される焼嵌めリング
の素材を、Ｎｉを重量比２９〜５１％含有し、温度上昇
に伴って比例的に上昇する上記セラミック部材の熱膨張
率特性に対してエンジンの通常運転領域の温度域では上
記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張率の値を
示し、上記エンジンの通常運転領域の温度域よりも高い
焼嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対す
る熱膨張率の上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い
熱膨張率の値を示す熱膨張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系
合金としたものとする。
（作用） これにより、本発明では、焼嵌めリングの素材を、温度
上昇に伴って比例的に上昇するセラミック部材の熱膨張
率特性に対してエンジンの通常運転領域の温度域では上
記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張率の値を
示し、上記エンジンの通常運転領域の温度域よりも高い
焼嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対す
る熱膨張率の上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い
熱膨張率の値を示す熱膨張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系
合金としたことによって、エンジンの通常運転中におい
て焼嵌め効果の低下を防ぐとともに焼嵌め作業を容易に
行うことができる。
上昇に伴って比例的に上昇するセラミック部材の熱膨張
率特性に対してエンジンの通常運転領域の温度域では上
記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張率の値を
示し、上記エンジンの通常運転領域の温度域よりも高い
焼嵌め温度域では上記セラミック部材の温度上昇に対す
る熱膨張率の上昇率よりも大きい上昇率で上昇する高い
熱膨張率の値を示す熱膨張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系
合金としたことによって、エンジンの通常運転中におい
て焼嵌め効果の低下を防ぐとともに焼嵌め作業を容易に
行うことができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に依って詳細に説明する。
第１図に示すように、エンジンの副燃焼室５は、ディー
ゼルエンジンのシリンダヘッド１の凹部１ａに嵌挿され
外周部８ａ，９ａに焼嵌めリング７を嵌合した窒化硅素
（Ｓｉ３Ｎ４）等の耐熱性セラミック部材６によって形
成されており、主燃焼室３に噴孔４を介して連通してい
る。セラミック部材６は、内部に副燃焼室５を形成する
チャンバー形状を成しており、ほぼ中央水平面で接合す
る上部材８と下部材９とから成る。上部材８も頂壁８ｂ
にはグロープラグ１０を挿入するための挿入孔１１と燃
料噴射ノズル１２からの噴射燃料を導入するための噴射
燃料導入孔１３とが穿設されている。他方、下部材９の
底壁９ｂには噴孔４が旋回ガス流を発生させるように斜
めに穿設されている。
ゼルエンジンのシリンダヘッド１の凹部１ａに嵌挿され
外周部８ａ，９ａに焼嵌めリング７を嵌合した窒化硅素
（Ｓｉ３Ｎ４）等の耐熱性セラミック部材６によって形
成されており、主燃焼室３に噴孔４を介して連通してい
る。セラミック部材６は、内部に副燃焼室５を形成する
チャンバー形状を成しており、ほぼ中央水平面で接合す
る上部材８と下部材９とから成る。上部材８も頂壁８ｂ
にはグロープラグ１０を挿入するための挿入孔１１と燃
料噴射ノズル１２からの噴射燃料を導入するための噴射
燃料導入孔１３とが穿設されている。他方、下部材９の
底壁９ｂには噴孔４が旋回ガス流を発生させるように斜
めに穿設されている。
また、シリンダヘッド１の凹部１ａにおける上壁面１ｂ
とセラミック部材６の上部材８の肩部環状面８ｃとの間
には、リング状のシール部材１４が介設されている。
とセラミック部材６の上部材８の肩部環状面８ｃとの間
には、リング状のシール部材１４が介設されている。
焼嵌めリング７は、セラミック部材６の上部材８と下部
材９とに圧縮力を与えて接合状態に保持すると共に、耐
熱衝撃性を改善するもので、円筒状部７ａとシリンダヘ
ッド凹部１ａにおける下側径大部分１ｃ内に圧入固定さ
れるフランジ部７ｂとから構成されている。特に、円筒
状部７ａの外周面７ｃとシリンダヘッド凹部１ａの内周
面１ｄとの間には、燃費、出力、始動性、排ガス特性を
向上させる密閉断熱空間１５を形成している。なお、１
６はシリンダブロック、１７はガスケット、１８は位置
決め用ボールである。
材９とに圧縮力を与えて接合状態に保持すると共に、耐
熱衝撃性を改善するもので、円筒状部７ａとシリンダヘ
ッド凹部１ａにおける下側径大部分１ｃ内に圧入固定さ
れるフランジ部７ｂとから構成されている。特に、円筒
状部７ａの外周面７ｃとシリンダヘッド凹部１ａの内周
面１ｄとの間には、燃費、出力、始動性、排ガス特性を
向上させる密閉断熱空間１５を形成している。なお、１
６はシリンダブロック、１７はガスケット、１８は位置
決め用ボールである。
そして、本発明の焼嵌めリング７は、第２図に示すよう
に温度上昇に伴って比例的に上昇するセラミック部材６
の熱膨張率特性に対して、エンジンの通常運転領域の温
度域（当該リング温度４００〜５００℃）では焼嵌め代
が減少することのないようにセラミック部材６の熱膨張
率に近似した低い熱膨張率の値を示し、上記エンジンの
通常運転領域の温度域よりも高い焼嵌め温度域（８００
℃）では焼嵌め作業を容易にするように上記セラミック
部材６の温度上昇に対する熱膨張率の上昇率よりも大き
い上昇率で上昇する高い熱膨張率の値を示す熱膨張率特
性を有するもので、Ｎｉを重量比２９〜５１％含有して
いるＦｅ−Ｎｉ系合金を素材としている。Ｎｉの含有量
は２９％以下もしくは５１％以上では熱膨張係数が大き
くなって、セラミック部材の焼嵌め効果がなくなるため
上記範囲とした。従来のＳＵＳ４０３を使用したもの、
及び本発明のＮｉの含有範囲に該当するＦｅ−Ｎｉ系合
金のうち以下に示す代表的な３例につき苛酷な高速３０
０時間連続運転テストを行った結果を第２図に示す。
に温度上昇に伴って比例的に上昇するセラミック部材６
の熱膨張率特性に対して、エンジンの通常運転領域の温
度域（当該リング温度４００〜５００℃）では焼嵌め代
が減少することのないようにセラミック部材６の熱膨張
率に近似した低い熱膨張率の値を示し、上記エンジンの
通常運転領域の温度域よりも高い焼嵌め温度域（８００
℃）では焼嵌め作業を容易にするように上記セラミック
部材６の温度上昇に対する熱膨張率の上昇率よりも大き
い上昇率で上昇する高い熱膨張率の値を示す熱膨張率特
性を有するもので、Ｎｉを重量比２９〜５１％含有して
いるＦｅ−Ｎｉ系合金を素材としている。Ｎｉの含有量
は２９％以下もしくは５１％以上では熱膨張係数が大き
くなって、セラミック部材の焼嵌め効果がなくなるため
上記範囲とした。従来のＳＵＳ４０３を使用したもの、
及び本発明のＮｉの含有範囲に該当するＦｅ−Ｎｉ系合
金のうち以下に示す代表的な３例につき苛酷な高速３０
０時間連続運転テストを行った結果を第２図に示す。
〈試料〉（セラミック材はＳｉ３Ｎ４） （１）従来品；ＳＵＳ４０３， （２）ａ；Ｎｉを重量比３６％含有したＦｅ−Ｎｉ合
金， （３）ｂ−１；重量比でＮｉ；３２．５％，Ｃ；０．０
２５％，Ｓｉ；０．２５％ｍａｘ，Ｃｕ；０．３５％ｍ
ａｘ，Ｔｉ；１．６％，Ａｌ；０．１，Ｃｏ；１４．５
％，Ｓ；０．０１５ｍａｘ，Ｍｇ；０．４０ｍａｘ，Ｆ
ｅ；差引残りから成るＦｅ−Ｎｉ系合金， （４）ｂ−２；重量比でＮｉ；３８．２％，Ｓｉ；０．
４％，Ｔｉ；１．６％，Ａｌ；０．０３％，Ｃｏ；１３
％，Ｃｒ；４．７％，Ｆｅ；残りから成るＦｅ−Ｎｉ系
合金， 以上の結果より、特に、試料ｂ−１の焼嵌めリングを使
用した場合は、イ）Ｓｉ３Ｎ４のリングとの嵌合面のフ
レッティング及びエッジの欠損の解消、ロ）Ｓｉ３Ｎ４
の上下接合面の欠損の解消、ハ）焼嵌めリングのＳｉ３
Ｎ４との嵌合面のフレッティングの解消及び、ニ）膨張
変形の大幅減少と言う顕著な改善結果を得ることができ
た。
金， （３）ｂ−１；重量比でＮｉ；３２．５％，Ｃ；０．０
２５％，Ｓｉ；０．２５％ｍａｘ，Ｃｕ；０．３５％ｍ
ａｘ，Ｔｉ；１．６％，Ａｌ；０．１，Ｃｏ；１４．５
％，Ｓ；０．０１５ｍａｘ，Ｍｇ；０．４０ｍａｘ，Ｆ
ｅ；差引残りから成るＦｅ−Ｎｉ系合金， （４）ｂ−２；重量比でＮｉ；３８．２％，Ｓｉ；０．
４％，Ｔｉ；１．６％，Ａｌ；０．０３％，Ｃｏ；１３
％，Ｃｒ；４．７％，Ｆｅ；残りから成るＦｅ−Ｎｉ系
合金， 以上の結果より、特に、試料ｂ−１の焼嵌めリングを使
用した場合は、イ）Ｓｉ３Ｎ４のリングとの嵌合面のフ
レッティング及びエッジの欠損の解消、ロ）Ｓｉ３Ｎ４
の上下接合面の欠損の解消、ハ）焼嵌めリングのＳｉ３
Ｎ４との嵌合面のフレッティングの解消及び、ニ）膨張
変形の大幅減少と言う顕著な改善結果を得ることができ
た。
更に、これらＦｅ−Ｎｉ系合金の熱膨張率は第２図に示
す通り焼嵌め温度の８００℃においては、ＳＵＳ４０３
に近い９〜１０．５-6／℃と言う高い値を示し、従来品
と同様に焼嵌め作業を容易に行うことができる。
す通り焼嵌め温度の８００℃においては、ＳＵＳ４０３
に近い９〜１０．５-6／℃と言う高い値を示し、従来品
と同様に焼嵌め作業を容易に行うことができる。
（発明の効果） 以上述べた通り、本発明のエンジンの副燃焼室によれ
ば、それを形成するセラミック部材の外周の嵌合される
焼嵌めリングの素材を、エンジンの通常運転領域の温度
域では上記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張
率の値を示し、それよりも高い焼嵌め温度域では上記セ
ラミック部材の温度上昇に対する熱膨張率の上昇率より
も大きい上昇率で上昇する高い熱膨張率の値を示す熱膨
張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系合金としているため、高
速連続運転においても焼嵌めリングの焼嵌め効果の低下
を防ぎ得てセラミック部材の嵌合面におけるフレッティ
ングや欠損の発生及び焼嵌めリングの嵌合面におけるフ
レッティングの発生を防ぐことができ、副燃焼室の耐久
性を大幅に向上させることが可能となると共に、従来同
様に焼嵌めリングの焼嵌め作業を容易に行うことが可能
となる。
ば、それを形成するセラミック部材の外周の嵌合される
焼嵌めリングの素材を、エンジンの通常運転領域の温度
域では上記セラミック部材の熱膨張率に近い低い熱膨張
率の値を示し、それよりも高い焼嵌め温度域では上記セ
ラミック部材の温度上昇に対する熱膨張率の上昇率より
も大きい上昇率で上昇する高い熱膨張率の値を示す熱膨
張率特性を有するＦｅ−Ｎｉ系合金としているため、高
速連続運転においても焼嵌めリングの焼嵌め効果の低下
を防ぎ得てセラミック部材の嵌合面におけるフレッティ
ングや欠損の発生及び焼嵌めリングの嵌合面におけるフ
レッティングの発生を防ぐことができ、副燃焼室の耐久
性を大幅に向上させることが可能となると共に、従来同
様に焼嵌めリングの焼嵌め作業を容易に行うことが可能
となる。
第１図は本発明の実施例に係るエンジンの副燃焼室の縦
断面図、第２図は焼嵌めリング及びセラミック部材の温
度に対する熱膨張率の変化を示す図である。１……シリ
ンダヘッド、３……主燃焼室、４……噴孔、５……副燃
焼室、６……セラミック部材、７……焼嵌めリング、１
５……密閉断熱空間、１６……シリンダブロック。
断面図、第２図は焼嵌めリング及びセラミック部材の温
度に対する熱膨張率の変化を示す図である。１……シリ
ンダヘッド、３……主燃焼室、４……噴孔、５……副燃
焼室、６……セラミック部材、７……焼嵌めリング、１
５……密閉断熱空間、１６……シリンダブロック。
Claims (1)
- 【請求項１】副燃焼室を構成するセラミック部材に外嵌
される焼嵌めリングの素材を、Ｎｉを重量比２９〜５１
％含有し、温度上昇に伴って比例的に上昇する上記セラ
ミック部材の熱膨張率特性に対してエンジンの通常運転
領域の温度域では上記セラミック部材の熱膨張率に近い
低い熱膨張率の値を示し、上記エンジンの通常運転領域
の温度域よりも高い焼嵌め温度域では上記セラミック部
材の温度上昇に対する熱膨張率の上昇率よりも大きい上
昇率で上昇する高い熱膨張率の値を示す熱膨張率特性を
有するＦｅ−Ｎｉ系合金としたことを特徴とするエンジ
ンの副燃焼室。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094287A JPH0617647B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | エンジンの副燃焼室 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094287A JPH0617647B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | エンジンの副燃焼室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61252828A JPS61252828A (ja) | 1986-11-10 |
| JPH0617647B2 true JPH0617647B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=14106042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60094287A Expired - Lifetime JPH0617647B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | エンジンの副燃焼室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617647B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6444322U (ja) * | 1987-09-14 | 1989-03-16 | ||
| DE3738723A1 (de) * | 1987-11-14 | 1989-06-01 | Opel Adam Ag | Diesel-brennkraftmaschine |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60094287A patent/JPH0617647B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61252828A (ja) | 1986-11-10 |
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