JPS62124251A

JPS62124251A - デイ−ゼルエンジン用副燃焼室チヤンバ−材料

Info

Publication number: JPS62124251A
Application number: JP60261420A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawamoto; 博河本; Tsutomu Hirawake; 平訳　勉
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1987-06-05

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係
り、更に詳しくは、耐熱疲労性に優れた副燃焼室チャン
バー材料に関する。

従来技術と問題点ディーゼルエンジンには、燃料の燃焼を完全ならしめる
ために、シリンダヘッドに副燃焼室を設ける手段が広く
採用されている。副燃焼室付きディーゼルエンジンにお
いては、シリンダ内でピストンによって圧縮された高温
、高圧の空気が副燃焼室の渦流室に流入して渦流を生じ
、この渦流中に噴射された燃料の大部分が副燃焼室中で
急激に燃焼し、この燃焼によって生じた高温ガスは噴口
を通って主燃焼室に噴射されると共に、着火遅れれによ
る一部の未燃焼燃料は噴口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１図と第２図に示すように、副燃焼室
チャンバ一本体１に噴口２を形成すると、噴口２と渦流
室６の底面３と、副燃焼室チャンバ一本体１の底面４と
の間に断面積の小さい鋭角部７が形成されてしまい、且
つ噴口２は高温、高圧の燃焼ガスが急速に通過すること
から、かなりの高温に曝されるために噴口２の鋭角部７
に熱が蓄熱されて異常に加熱されてしまい、場所による
温度差によって噴口付近には熱膨張係数の違いで熱応力
の集中が起り、この熱応力の集中の繰返しによって噴口
端部８から亀裂９を生じる。−互生じた亀裂は熱の伝播
を遮断し１局部加熱が促進されて亀裂の成長及び新たな
亀裂の発生が促進され。

更に温度が上昇して噴口付近の一部が焼損、脱落を起こ
すに至る。このような副燃焼室チャンバーの鋭角部８に
焼損や亀裂９が発生して、エンジンの耐久性を劣化させ
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を目的として
熱効率の向上が図られるのに伴い、副燃焼室内の燃焼最
高温度、最高圧力が高くなり、副燃焼室に要求される条
件が益々厳しくなってきており、副燃焼室チャンバーに
は断熱性、耐熱衝撃性、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の材料としては、オーステナ
イト型では耐熱ｍ５ＵＨ１２，５ＵＨ３１０，５ＵＨ６
６１，ニモカスト（Ｎｉｍｏｃａｓｔ）８０にッケル基
）等が、フェライト型では耐熱鋼５ＵＨ４等が、　マル
テンサイト型では耐熱鋼５ＵＨ６１６，５ＵＨ３等の耐
熱鋼や耐熱合金が用いられていた６オーステナイト型の
ものは、高温強度が大きく、高温での組織が安定である
が、熱膨張係数が大きいために、加熱冷却による熱応力
集中が大きく熱疲労による亀裂発生が生じ易い。

フェライト型のものは高温強度が低いため脱落や変形が
おき易い。マルテンサイト型のものは熱膨張係数が小さ
く高温強度はあるが、耐酸化性が低いため焼損し易い等
の問題がある。このように、いずれも前述したような最
近の苛酷な使用条件下では、副燃焼室チャンバー用材料
として耐熱疲労性、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
。

問題点を解決するための手段本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、
苛酷な条件下で加熱、冷却が繰り返される副燃焼室チャ
ンバーの材料として、オーステナイト型で而も高熱伝導
率、高温での強度の大きい下記の成分元素から構成され
る耐熱合金を使用して、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材料を提供する。

（１）炭素０．０１〜０．０３重量％、珪素０．１〜１
．０重量％、マンガン０．２〜５．０重量％、アルミニ
ウム２．０〜４．０重量％、チタン０．０５〜１．０重
量％残部が実質的にニッケルからなる化学成分を有し、
オーステナイト組織をもつ耐熱合金。

（２）炭素０．０１〜０．０３重量％、珪素０．１〜１
．０重量％、マンガン０．２〜５．０重量％、アルミニ
ウム２．０〜４．０重量％、チタン０．０５〜１．０重
量％、モリブデン０．１〜１，０重量％、ニオビウム０
．０１〜０．５重量％、残部が実質的にニッケルからな
る化学成分を有し、オーステナイト組織をもつ耐熱合金
。

以下、本発明を構成する耐熱合金の各成分元素について
説明する。

炭素は、高温における耐酸化性、耐蝕性を劣化させる作
用を有しており、低い程望ましく、添加量を０．０１〜
０．０３重量％（以下、重量％を単に％で表わす）とす
る。

珪素は材料を著しく脆化させる作用を有し、耐熱疲労性
を害するので低い程望ましく、添加量を０．１〜１．０
％ととする。

マンガンは材料を脆化させる作用を有し、耐熱疲労性を
害するので低い程望ましいが、Ｓアタックを防ぐため添
加量は０．２〜３．０％とする。

アルミニウムは耐酸化性、耐食性を有し、Ｎｉ基合金で
は強度に対して有用な析出物（Ｎｉ、Ａｌ）を構成する
が、多くなると合金は脆化するので添加量は２．０〜４
．０％とする。

チタンはＮｉ基合金では重要なる析出物（Ｎｉ、Ｔｉ）
を構成するが、高温での固溶性が低いため添加量を０．
５〜１．０％とする。

モリブデンは少量の添加でクリープ値を著しく高めるの
で、添加量のは０．１〜１．０％とする。

ニオビウムは少量の添加で高温クリープ強度を高める作
用を有するが、０．５％を超えると耐酸化性に好ましく
ない影響を及ぼすで、添加量は０．０１〜０．５％とす
る。

残部のニッケルは耐蝕性を改善し、また組織をオーステ
ナイト組織として高温での機械的性質を改善する作用を
有する。

副燃焼室チャンバーの材料の化学組成を上記の範囲とす
ることにより、苛酷な条件下で加熱、冷却が繰り返され
る副燃焼室チャンバー材料として、充分な耐久性を具備
することができる。

実施例以下に本発明の実施例について説明する。

下記第１表に示す化学組成の合金を高周波誘導炉で溶製
して１５０　ｋｇの鋳塊とし、通例の鍛造、圧延、旋削
の工程を経て直径２２ｍ１１１の丸棒とした。

第１表これらを１０００℃に１時間加熱、油冷の熱処理を施し
、これらから熱膨張係数測定用試験片を採取した。又所
定の長さに切断し１通例の冷間鍛造によって形成して、
噴口２を削設して副燃焼室チャンバー１とした。

第１表には比較のために、同様の方法で製作されたマル
テンサイト型耐熱鋼ＲＩＫ−ＭＢ（比較例１）、オース
テナイト型耐熱鋼５ＵＨ３１０（比較例２）及びニッケ
ル基耐熱合金二モカスト（Ｎｉｍｏｅａｓｔ）　８０　
＜比較例３）の試験片及び副燃焼室チャンバーの化学組
成が併記しである。冷間加工では、いずれも割れの発生
等のトラブルは起こらず、良好な冷間加工性を有してい
た。

これらの副燃焼室チャンバーについて、以下のような試
験を行なった。

（１）熱疲労試験（２）耐酸化性試験（３）熱伝導率（１）熱疲労試験試験装置は第３図〜第５図に概要を図解的に示すもので
あって、回転可能な円板１１の周囲には貫通孔を設けた
ホルダ１２が６個等間隔をおいて配置されている。ホル
ダ１２の下方には第３図の■−■線矢視拡大断面図であ
る第４図及び第３図のｍ　−ｍ線矢視拡大断面図である
第５図に示すように、配管１３の先端にノズル１３ａが
、配管１４の先端にノズル１４ａが配置されていて、円
板１１は、ノズル１３ａ。

１４ａの上方にホルダ１２が順次所定時間位置するよう
に図示しない駆動装置によって矢印方向に間欠的に回転
するようにしである。

各ホルダ１２の貫通孔１２ａには、第４図、第５図に示
すように、副燃焼室チャンバー１が渦流室６を下向きに
してつば５が係止して嵌装され、ノズル１３ａからの酸
素−液化プロパンガス炎１３ｂが副燃焼室チャンバー１
を所定時間加熱し１次いで円板１１の回転によって加熱
された副燃焼室チャンバー１がノズル１４ａの上方に位
置し、ノズル１４ａから噴出する水１４ｂによって急冷
される。このようにして６個の副燃焼室チャンバー１は
順次急熱と急冷とが施され、この処理が繰り返される。

時間の経過による副燃焼室チャンバー１の渦流室６の鋭
角・部７から２ｍｍ離れた位置の温度の変化を第６図に
示す。このような時間一温度サイクルを３００回繰返し
、副燃焼室チャンバー１の噴口２から渦流室６の底面３
に発生した亀裂９（第１図に一点鎖線で示す）の長さを
測定した。

熱膨張係数の測定結果及び亀裂長さの測定結果は夫々下
記第２表及び第３表に示す通りである。

亀裂長さは１個の副燃焼室チャンバーに発生した亀裂の
長さの合計で示しである。尚、熱疲労試験は同一材料の
副燃焼室チャンバー各３個について行なった。

第２表　（ｎｕａ）第２表から、熱疲労試験による亀裂の長さは。

実施例ではいずれも比較例２，３に較べて約半分と大幅
に低減し、優れた耐酸化性が付与されて耐熱疲労性が著
しく改善されたことが認められた。

尚、耐酸化性の低いマルテンサイト型耐熱鋼（比較例１
）では酸化によるスケール発生が甚しく、スケールの成
長と剥離が繰り返されることにより、噴口２に接する鋭
角部７が細まって脱落するという焼損を起こしたために
、亀裂の長さを測定することができなかった。

（２）耐酸化性試験夫々の試験片を大気中１０ｏＯ℃で２０時間加熱して、
酸化増量を測定して耐酸化性を判定した。

酸化増量の測定結果を第３表に示す。

第３表（ｍｇ／ｃｍ”　）第３表から、１０００℃付近での使用が予想される副燃
焼室チャンバー材として、実施例は比較例１に比し著し
く腐食されがたく、耐酸化性が改善されたことが認めら
れ充分満足できる値である。

（３）熱伝導率各試験片の５００℃と８００”Ｃでの熱伝導率を測定し
た結果を第４表に示す。

第４表　（ｃａｌ／ｃｍ／　’ｃ／ｓ）■５００℃にお
ける熱伝導率０８００℃における熱伝導率第４表に示すように熱伝導率が著しく改善され、熱疲労
性が向上したことが認められた。

このように、本発明による実施例では熱膨張係数が低く
、優れた耐酸化性性、耐熱疲労性を示しており、副燃焼
室チャンバーとして耐久性に富み、エンジンの寿命が大
幅に延長されることが解る。

【図面の簡単な説明】

第１図は副燃焼室チャンバーの平面図第２図は第１図の１−１線矢視断面図第３図は熱疲労試験装置の概略平面図第４図は第３図のｎ−ｎ線矢視拡大断面図第５図は第３
図のｍ−ｍ線矢視拡大断面図第６図は熱疲労試験におけ
る温度変化のサイクルを示すグラフ１：　副燃焼室チャンバー　２：　噴孔３：　渦流室底
面　　　　　５：　つば６：　渦流室　　　　　　　７
：　鋭角部９：　亀裂　　１１：　　円板　１２：　　
ホルダ１３ａ：　　火炎ノズル１４ａ：　　水噴射ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素０．０１〜０．０３重量％、珪素０．１〜１
．０重量％、マンガン０．２〜５．０重量％、アルミニ
ウム２．０〜４．０重量％、チタン０．０５〜１．０重
量％残部が実質的にニッケルからなる、ディーゼルエン
ジン用副燃焼室チャンバー材料。
（２）炭素０．０１〜０．０３重量％、珪素０．１〜１
．０重量％、マンガン０．２〜５．０重量％、アルミニ
ウム２．０〜４．０重量％、チタン０．０５〜１．０重
量％、モリブデン０．１〜１．０重量％、ニオビウム０
．０１〜０．５重量％、残部が実質的にニッケルからな
る、ディーゼルエンジン用副燃焼室チャンバー材料。