JPS62192505A - エンジンの副燃焼室の製造法 - 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） 本発明はエンジンの副燃焼室の固定に焼結体を用いるエ
ンジンの副燃焼室の製法に関する。

（従来技術およびその問題点） ディーゼルエンジンの予燃焼室としての副燃焼室は従来
から周知である。この副燃焼室としてセラミック渦流室
の採用が検討されている。この渦流室は上下２つの部分
からなっており、この２部材を固定する方法として、焼
バメ法と焼結時の収縮を利用した焼結ぐるみ法が考えら
れる。

このようなセラミック渦流室の焼結ぐるみに要求される
特性としては、焼結時には収縮が大きく、耐熱性が高い
こと、また熱膨張率が小さく切削性が良いこと等が挙げ
られる。

本発明は上記セラミック渦流室の焼結ぐ゛るみ法の改良
を提供する。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明はＦｅ粉５５〜６４重量％およびＮｉ
粉３６〜４５重量％の混合物からなる成形体を成形し、
該成形体を副燃焼室を構成するセラミック部材の外周に
嵌挿して焼結することを特徴とするエンジンの副燃焼室
の製造法を提供する。

また本発明はＦｅ粉５０〜６９重量％、Ｎｉ粉３６〜４
５重量％およびｃｏ粉３〜５重量％の混合物からなる成
形体を成形し、該成形体を副燃焼室を構成するセラミッ
ク部材の外周に嵌挿して焼結することを特徴とするエン
ジンの副燃焼室の製造法を提供する。

焼結とは粉体を融点以下または部分的溶融の程度に加熱
して強固な結合体を得ることをいう。この焼結には液相
焼結と固相焼結の２種類が考えられる。液相焼結は焼結
過程において溶融がおこり、液相が生じ、この状態で焼
結することをいう。固相焼結は金属微粉末を溶融させな
いで活性化させ、液相を形成させずに焼結を促進させる
方法をいう。

本発明においては、特に固相焼結を用いる。液相焼結で
は収縮率は十分大きい乙のの、形状の変形が大きいこと
またセラミック過流室を焼結ぐるみで固定したときにク
ラックが生じること等の狸山により、固相焼結を採用す
る。

本発明によれば鉄粉にニッケル粉を３５〜４５重量％添
加する。セラミックの寸法公差とセラミックと焼結ぐる
み材（圧粉体）とのクリアランスを合わせると全体のク
リアランスはセラミック渦流室の径の２％となり、焼結
ぐるみ材に必要な収縮率は全体を見て５％以上必要であ
る。収縮率５％を達成するにはニッケル粉は３５％以上
添加する必要がある。収縮率の点から言えばニッケルの
添加量は高い方が望まれるが、熱膨張係数がニッケル添
加量４０重量％程度の点で最も小さくなり、この点を外
れると逆に高くなる傾向がある。ニッケルの添加が４５
重量％を越えると熱膨張係数が高くなり好ましくない。

ニッケルの添加量は４０重量％付近が最も好ましい。

ニッケルまたは鉄の粒径は通常４０〜ＩｄＯμであるが
、そのどちらか一方の平均粒径は２０μ以下であるのが
好ましい。粒径が小さい場合、活性化が大きくなり好ま
しい。

上記鉄とニッケルの焼結ぐるみは十分性能が高く好まし
いが、さらに耐熱性を向上させるためにコバルトを若干
添加してもよい。コバルトは３〜５重量％の範囲で添加
させる。５重量％を越える添加は添加の割に耐熱性の向
上が余りみられず好ましくない。

焼結温度は高くなるにしたがい収縮率が向上する傾向に
ある。ニッケルは低温では拡散しにくく、十分に拡散さ
せるためには１２００℃以上の温度で焼結する必要を有
する。あまり高い温度１３００℃を越える温度は経済的
な面で好ましくない。

焼結時間は１２５０℃に保った場合６０分までは、長く
なるにしたがい収縮率は大きくなるがそれを越えるとあ
まり変化がなく、焼結時間は３０〜６０分程度か好まし
い。

本発明の焼結ぐるみを応用する副燃焼室の構造を第１図
をもとにして説明する。

第１図に示すように副燃焼室構成部材である内筒１はセ
ラミックス（例えば窒化珪素）で形成され、その下半分
１ａと上半分１ｂとに分割して作成されており、下半分
１ａは略有底円筒状に上半分！ｂは略半球状に形成され
る。そして、下半分１ａの底部には噴口ＩＣが開口され
、上半分１ｂには燃料噴射口１ｄおよびグロープラグ挿
入孔Ｉｆが開口されている。副燃焼室構成部材である外
筒２は前述の鉄粉とニッケル粉または鉄粉、ニッケル粉
およびコバルト粉を予備成形したものであり、上端が開
口部を有し、下端が開口した円筒状に形成される。

この予備成形は常温で圧粉成形したものでもよいが、さ
らに低温で加熱することにより仮焼結して強度を高めて
おけば、加工工程において取り扱いが容易となり望まし
い。外筒２は下端に開口端２ａが形成され、前記予備成
形後において内筒１を嵌装し得るようになっている。

内筒ｌを外筒２に嵌装した時に、内筒ｌの外周に断熱部
形成部位３としての空間が形成されるように、内筒ｌお
よび外筒２それぞれに段部が形成されている。

このようにして作成した円筒ｌを外筒２に嵌装するに、
際し、断熱部形成部位３にセラミックファイバー材４、
例えばアルミナシリケートファイバー材を適当量充填す
る。この状態で焼結すると、外筒２は収縮して、断熱部
形成部位３以外の、すなわちセラミックファイバー材４
の無い部位において、内筒ｌの外側と外筒２の内側とが
当接して一体化される。焼結は１２５０℃で６０分間、
真空度２ＸＩＯ−”とＴ　ｏｒｒが好ましい。

（実施例） 本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

寒旗且１ 本実施例はニッケルの添加量により焼結体の収縮率が変
化することを示す。

Ｆｅ系では基本鉄粉（粒径４０〜１００μ）のアトメル
３００Ｍ（神戸製鋼（株）社から市販の鉄粉）に・［均
粒径４〜５μの純鉄（カーボニルＦｅ）の添加量の変化
により収縮率の変化を見、Ｆｅ−Ｎｉ系では粒径４０〜
ｌＯＯμの鉄粉（アトメル３００Ｍ）に平均粒径４〜５
μ純ニツケル（カーボニルＮｉ）の添加量を変化さ仕て
収縮率の変化をみた。またＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系では前記
アトメル３００ＭとＣｏの混合物にカーボニルＮｉを変
化さ仕て収縮率の変化をみた。その結果を第２図に示す
。焼結温度は真空度中で１２５０℃Ｘ６０分であった。

第２図を見ると明らかなように、エンジンの副・燃焼室
の焼結ぐるみに必要な収縮率５％はニッケルの添加量３
６％程度で得られ、Ｆｅ系では収縮率はあまり高くない
ことがわかる。

寒敷鯉１ 本実施例はＦｅ−Ｎｉ系焼結材の熱膨張係数の測定結果
を示す。

本実施例ではＮｉの添加量を３０．３６．４０．５０重
量％と変化させ、１００〜８００℃における熱膨張率の
変化を示したものである。結果を第３図に示す。焼結材
の焼結温度は真空度中で１２５０℃×６０分であった。

第３図を見ると明らかなようにニッケルの添加量は４０
％近辺のところが一番小さい膨張率を示している。また
、３６〜４５％近辺での膨張率が低く好ましいことを示
している。焼結材料では３６％Ｎｉより４０％Ｎｉの方
が熱膨張率が小さいことがわかる。この理由として溶解
材であるアンバー（３６％Ｎｉ：低熱膨張材料として有
名）は完全にオーステナイト化されるのに対して、焼結
材はＦｅ−Ｎｉが完全に固溶せずに一部α鉄ができるか
らと考えられる。

実施例３ 本実施例はＦｅ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ。

系での耐熱性を示す。実施例１と同様に焼結材を形成し
、８００℃で酸化を行なった。使用した焼結材はＦｅｌ
　００％、Ｆｅ−４０％ＮｉおよびＦｅ−４０％Ｎｉ−
５％Ｃｏであった。酸化テスト時間に対する酸化増量の
変化を第４図に示す。

第４図から明らかなように、Ｆｅ−ニッケル系またはＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のものが酸化増量が少なく、耐熱性が
良くなることがわかる。

実施例４ 本実施例では実施例３で用いた同一の成分系での焼結材
を、焼結温度を１１５０℃、１２００℃、１２５０℃に
変化させて、得られた焼結材の収縮率を測定した。結果
を第５図に示す。

第５図を見れば明らかなように、焼結温度ゆく高い程収
縮率が大きく、しかもＦｅ−Ｎｉ系およびＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系での収縮率がＦｅ系の収縮率に比べて高いことを
示している。従って、焼結温度は高い方が良いことがわ
かる。

Ｘ胤鯉ｉ 本実施例では前記実施例４と同様の素材を異なる焼結時
間で焼結してその収縮率の変化を測定した。焼結温度は
１２５０℃であった。測定した焼結時間は３０分、６０
分、１２０分、ｔＳＯ分であった。結果を第６図に示す
。

第６図から明らかなように、焼結時間は１２５０℃にお
いては６０分を越えてもあまり収縮率に変化がなく５％
以上の収縮率を得るには６η分程度が好ましいことがわ
かる。一方、Ｆｅ系では収縮率は大きくならず、５％を
得るのは相当長い時間焼結することが必要であることが
イつかる。゛（発明の効果） 以上述べたように本発明では、エンジンの副燃焼室用の
焼結ぐるみに必要な特性の全てが満足される素材が得ら
れる。特に、Ｆｅ−４０％Ｎｉ−５％Ｃｏでの焼結材は
熱膨張率が小さく、しかも収縮率が大きいので、極めて
焼結材として有効である。また、本発明の焼結材料は組
織が均一なオーステナイト組織であることから収縮によ
り、密度がアップし気孔が少なく、切削性が良く、切削
中にクラックの発生等は起こらないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼結ぐるみを備えたエンジンの副燃焼
室の断面を示す図である。第２図はＮｉとＰｅの添加量
と収縮率の関係を示すグラフである。第３図はＮｉ添加
量と熱膨張の関係を示すグラフである。第４図は各材質
における酸化増量を示すグラフである。第５図は焼結温
度と収縮率の関係を示すグラフである。第６図は焼結時
間と収縮率の関係を示すグラフである。 図中の記号ｌは内筒、ｌｅは外内部位、２は外筒、３は
断熱部形成部位、４はセラミックファイバー材を示す。 第１図 第２図 Ｎｉ、Ｆｅ　の　添力０１（％） 第３図 Ｎｉヅ令〃８　ｔ（％） 第４図 １０２゜ 酸化テスト８号間（Ｈ「） 第５図 Ｇ）Ｆｅ−４ＯＮｉ−５Ｃ。 爛紹温度（’Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｆｅ粉５５〜６４重量％およびＮｉ粉３６〜４５重
   量％の混合物からなる成形体を成形し、該成形体を副燃
   焼室を構成するセラミック部材の外周に嵌挿して焼結す
   ることを特徴とするエンジンの副燃焼室の製造法。 ２、焼結温度が１２００〜１３００℃である第１項記載
   のエンジンの副燃焼室の製造法。 ３、Ｆｅ粉またはＮｉ粉のどちらか一方の平均粒径が２
   ０μ以下である第１項記載のエンジンの副燃焼室の製造
   法。 ４、Ｆｅ粉５０〜６９重量％、Ｎｉ粉３６〜４５重量％
   およびＣｏ粉３〜５重量％の混合物からなる成形体を成
   形し、該成形体を副燃焼室を構成するセラミック部材の
   外周に嵌挿して焼結することを特徴とするエンジンの副
   燃焼室の製造法。 ５、焼結温度が１２００〜１３００℃である第４項記載
   のエンジンの副燃焼室の製造法。 ６、Ｆｅ粉またはＮｉ粉のどちらか一方の平均粒径が２
   ０μ以下である第４項記載のエンジンの副燃焼室の製造
   法。