6,000 kW の 4 ストローク補助セットを運転している主任エンジニアは、彼の前に 2 つの番号を持っています。彼のルートではガソリンの価格が極低硫黄燃料油のおよそ 3 分の 2 であり、彼が運行を終えたばかりのシリンダーヘッドは 12,000 時間の稼働時間で排気バルブシートが磨耗している。これら 2 つの数字で、二元燃料エンジンについてほぼすべてが説明されます。
短い答えは簡単です。二元燃料エンジンは、主燃料としてガスで動作し、点火源として少量の液体燃料を使用し、オペレータが必要に応じていつでも液体燃料に切り替えることができるディーゼル エンジンです。ガスモードによって燃焼室内の圧力、熱放出、バルブ負荷が変化するため、シリンダーヘッドは非常に重要であり、ヘッドはこれら 3 つすべてが到達する場所です。以下では、2 つの燃焼ルート、パイロット燃料の実際のコスト、負荷に応じて置換率がどのように低下するか、および交換用ヘッドがガス モードに耐えられるかどうかを決定する部品の詳細について説明します。
二元燃料エンジンの違い
二元燃料エンジンはディーゼル エンジンとして始動します。ブロック、クランクシャフト、コンロッド、出力定格は同じクラスに保たれており、エンジンはそもそもディーゼルの信頼性を高めた圧縮着火原理を維持しています。変更されるのは、ガス供給システム、燃焼室設計、制御ソフトウェア、そしてほとんどの 4 ストローク変換ではシリンダー ヘッド自体です。
ガスモードでは、エンジンは主なエネルギー源として天然ガスを燃焼し、一部の設備では液化石油ガスまたはメタノールを燃焼します。少量のディーゼルまたは船舶用ガスオイルがパイロット燃料として噴射され、点火エネルギーを提供します。パイロットフレームはガスと空気のチャージを逆にするのではなく点火するため、エンジンはディーゼル運転と同じ効率帯域を維持しながら、硫黄酸化物をほとんど生成しません。ガス供給が中断された場合、または船舶が操縦中でオペレーターが即時応答を必要としている場合、エンジンは数燃焼サイクル以内にディーゼルモードに戻ります。
事業者は 3 つの実際的な理由から二元燃料を選択します。 1 つ目はコンプライアンスです。ガス モードは窒素酸化物を約 85 パーセント削減します。これは、選択触媒還元ユニットなしで IMO Tier III 制限を満たします。 2 つ目はコストです。多くの路線では、液化天然ガスと超低硫黄燃料油との価格差が、エンジンとガソリン タンクの資本コストの上昇を数年以内にカバーします。 3 つ目はオプションです。同じエンジンで、その月の市場や規制により最も安価な燃料を燃焼させることができます。
大型の 2 ストローク主エンジンの場合、広く使用されているアプローチの 1 つは、圧縮行程の後半で高圧でガスを噴射します。これにより、元のディーゼルの燃焼サイクルが損なわれず、未燃メタンが排気に失われるのが回避されます。
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2 つの燃焼ルート、2 つの負荷セット
二元燃料に関する議論のほとんどは、エンジンがガスモードでどのサイクルを使用するかに帰着します。その選択により、ガス圧力、パイロット燃料量、メタンスリップレベル、シリンダーヘッドに到達する負荷が設定されるからです。
| パラメータ | 低圧ガスモード | 高圧ガスモード |
|---|---|---|
| 燃焼サイクル | オットー、プレミックスチャージ | ディーゼル、拡散火炎 |
| ガス供給圧力 | 約5〜6バール | 約300～350バール |
| ガス導入ポイント | 吸気行程、空気と混合 | 後期圧縮、シリンダーに直接注入 |
| 全負荷時のパイロット燃料シェア | 約1パーセント | 3～5パーセントくらい |
| メタンスリップ | 測定可能、低負荷でより高い | 無視できる |
| 圧縮率 | 下限、ノック制限が適用されます | 標準ディーゼルレベル |
| 典型的な義務 | 4ストローク補助および中速主エンジン | 大型2ストローク主機関 |
| 検証する頭部の機能 | ガス導入ポート、硬化シート、冷却通路 | ガスインジェクターの穴、スリーブのフィット感、防火デッキの硬度 |
絶対的にどちらのルートが優れているというわけではありません。低圧ルートは 4 ストローク補助エンジンおよび中速エンジンで主流であり、ガス システムがより単純で機械スペースに余裕があります。高圧ルートは、メタンスリップが許容されず、ガスコンプレッサーがすでに設備の一部になっている大型 2 ストローク主エンジンで使用されます。
DONGFANG シリンダーヘッド | Wartsila Marine Diesel En と互換性のある交換用スペアパーツ 適合モデル: R20、L20、R22、R25、R32 I. 製品概要 DONGFANG シリンダー ヘッドは、独自に開発、製造された高品質のアフターマーケット交換部品です。 製品を見る→ ガスモードでシリンダーヘッドがより多くの負荷を負う理由
ガス モードでは、シリンダーのピーク圧力が上昇し、放熱曲線の形状が変化するため、防火デッキ、バルブ シート、バルブ ケージのサイクルがストレート ディーゼル サービスの場合よりも厳しくなります。ポート噴射変換では、ヘッドにガス導入バルブも取り付けられます。これは追加のボア、追加のシール面、および漏れのための 2 番目の経路を意味します。パーツ自体の背景を知りたい人は誰でも読むことができます シリンダーヘッドがどのように構築され、各表面が何をするのか .
- ガスモードでは部分負荷時に排気バルブがより高温で動作するため、バルブシートの硬度とシート角度。
- ガイドが摩耗するとバルブの位置がずれてシートが破損するため、バルブ ケージとガイドが適合します。
- 冷却通路の清潔さ。部分的に遮断された通路がひび割れた防火デッキに変わるためです。
- 変換されたエンジンのガス導入バルブの穴は、変換キットの仕様と一致する必要があります。
実際的な結果は、二元燃料エンジンの交換用ヘッドをボア サイズだけで購入することはできないということです。エンジンのバージョン、ガスモードの定格、変換キットはすべて、ヘッドが一致する必要がある図面を変更します。
パイロット燃料シェア: どれくらいのディーゼルがまだ必要なのか
パイロット燃料は、オペレーターが忘れる燃料代の一部であり、固定された数値ではありません。以下のグラフは、5 つの構成における一般的なパイロット シェアを示しています。
このグラフは、5 つの一般的な構成において、総エネルギーのうちどれだけが液体燃料から供給されなければならないかを示しています。全負荷時の低圧 4 ストローク エンジンに必要なパイロット燃料は約 1% だけです。オペレータがガス モードをほぼ完全にガス燃焼として扱うのはこのためです。同じエンジンを 4 分の 1 の負荷まで下げると、パイロットの割合は約 8% に上昇します。これは、混合気が希薄になりすぎて、より多くのディーゼル エネルギーがないと確実に点火できないためです。高圧 2 ストローク エンジンは全負荷時に約 3% で稼働しますが、ディーゼルからガスへの改造は 5% 近くにとどまります。これは、ガス導入および制御システムが専用エンジンに比べて精度が低いためです。低負荷では改造数値は 15% に達する可能性があり、これは港内で長時間操縦する船舶の燃料費計算を変更するのに十分です。
エンジンの負荷がなくなる前に代替率が低下する
置換率は、実際にガスに置き換わる液体燃料の割合であり、負荷範囲全体にわたって一定ではありません。
赤い曲線は、専用に構築された低圧二元燃料エンジンが 1/4 負荷で約 40 パーセントの代替を保持し、全負荷で約 95 パーセントに達することを示しています。青い曲線は、ディーゼル エンジンがガス運転に変換されたことを示しています。これは、1/4 負荷で 25% 近くから始まり、全負荷で約 90% まで上昇します。 2 つの曲線の間のギャップは部分負荷で最も広くなり、まさにフェリー、港湾船舶、オフショア支援船が運航時間のほとんどを費やす部分となります。全負荷時の銘板の数値から節約量を計算するフリートは、デューティ サイクルが部分負荷によって支配されている場合は常に節約量を過大評価します。そのため、エンジンの定格ではなく、負荷プロファイルによって、工場出荷時の二元燃料エンジンと変換エンジンの選択を決定する必要があります。
ガスモードが排出ガスに与える影響
ガスモードは、液体燃料動作と比較して、すべての規制対象汚染物質を削減しますが、同じマージンではありません。
天然ガスには硫黄がほとんど含まれていないため、硫黄酸化物は約 99 パーセント減少します。硫黄だけで、世界的な上限の 0.50 パーセントと排出規制区域内の制限 0.10 パーセントを満たします。粒子状物質は約 95% 減少し、窒素酸化物は約 85% 減少し、後処理装置なしでも Tier III に達するのに十分です。二酸化炭素は約 22% しか減少しません。これは、その節約が燃焼技術によるものではなく、燃料の水素と炭素の比率によるものであるためです。このグラフは、ガス モードが気候変動に対する解決策ではなくコンプライアンス ツールとして説明されることが多い理由も示しています。窒素酸化物と硫黄の増加は大きく即時的ですが、炭素の増加は中程度です。炭素強度規制が厳格化される中、二元燃料運用は艦隊のコンプライアンス遵守に役立ちますが、それ自体では徹底的な脱炭素化を実現することはできません。
専用設計の二元燃料エンジンまたはその変換
どちらのオプションもガスで動作しますが、同じように動作するわけではありません。以下のレーダー比較では、オペレーターが最も頻繁に考慮する 6 つの基準にわたってそれらをスコア化しています。
2 つの形状は 6 つの基準にわたって 0 から 100 までのスコアが付けられ、形状が大きいほど優れています。この専用エンジンは、燃焼室、バルブタイミング、制御マップが最初からガス用に設計されているため、燃料の柔軟性、窒素酸化物のヘッドルーム、二酸化炭素の利点をリードしています。この変換では、既存のエンジンを交換するのではなく稼働し続けるため、改造しやすさの点でより高いスコアが得られ、燃料コストの節約において競争力が維持されます。どちらの場合も最も弱い部分はトップエンドのコンポーネントの寿命です。これは、ガスモードではピーク圧力が上昇し、放熱が変化するため、バルブシート、バルブケージ、シリンダーヘッドの防火デッキがストレートディーゼルサービスよりも激しく動作するためです。変換するとそのマージンがさらに狭くなります。そのため、変換されたエンジンの交換ヘッドは、元のディーゼル図面ではなく、ガスモード仕様に照らして常にチェックする必要があります。
二元燃料フリート用のシリンダー ヘッドの調達
二元燃料エンジンの調達は主にマッチングの問題です。同じエンジンファミリーにはディーゼル、低圧ガス、高圧ガスのバージョンがあり、シリンダーヘッドは、インジェクタースリーブの直径、バルブシートの材質、ガス導入ポート、冷却通路のレイアウトなど、小さいながらも重要な点でそれらの間で異なります。ディーゼルバージョンのエンジンに適合するヘッドをガスバージョンに物理的にボルトで固定しても、早期に故障する可能性があります。これは、材料とシートの硬さがより高いピーク圧力に対応して指定されていないためです。
注文前のチェックリストは短いです。ボアだけでなく、エンジンのモデルとビルドバージョンを確認してください。エンジンが低圧ガスモードで動作するか、高圧ガスモードで動作するかを確認します。ヘッドにガス導入バルブの穴が必要かどうかを確認します。必要なバルブシートの角度と硬度を確認してください。次に、先頭で待っている船は稼いでいない船であるため、リードタイムと在庫位置を確認します。
舟山普陀東方機械は、船舶用ディーゼルエンジン用のシリンダーヘッド交換用スペアパーツを供給しており、ガス転換プロジェクトや従来のディーゼルサービスに使用される4ストローク補助および中速エンジンファミリーをカバーしています。 
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国産ディーゼルエンジン用ユニットを含む全製品がリストされています。 シリンダーヘッド交換部品カタログ , 各ページには、ヘッドが互換性のあるエンジン ファミリが記載されています。
デュアル燃料が利益をもたらすかどうかを最終的に決定する数値は、燃料自体の普及量ではなく、その背後にある最高のメンテナンス間隔です。エンジンを年間 6,000 時間ガスモードで稼働させると、シリンダー ヘッドは同じ負荷で設定されたディーゼルよりも多くの熱サイクルにさらされ、ヘッドは計算上消耗品になります。エンジンのバージョン、ガスモードの仕様、実際の負荷プロファイルに基づいて交換を計画することで、燃料節約をメンテナンスの負担に変えることなく、二元燃料フリートに準拠し、利用可能な状態を維持します。
