Four Stroke Marine Engine: How Cylinder Heads and Replacement Parts Work

A fishing vessel comes alongside with a compression leak on one cylinder of its auxiliary engine. The cylinder head is off within a day, and the chief engineer faces a familiar choice: repair the casting or replace it. 4 ストローク船舶エンジンの場合、その決定は通常、バルブ シートの状態、防火甲板の平坦度、冷却通路の圧力テストの結果という 3 つの要素によって決まります。 Everything after that is a sourcing problem rather than an engineering one.

4 ストローク船舶用エンジンは、沿岸船舶の小型発電機セットからフェリー、タグボート、漁船の中速主エンジンまで、非常に幅広い任務をカバーします。それらが共有しているのは、完了するまでにクランクシャフトの 2 回転を必要とする点火サイクルと、燃焼をシールし、バルブをガイドし、インジェクターを搭載し、同時に冷却剤を通過させる必要があるシリンダー ヘッドです。この記事では、サイクルがどのように機能するか、シリンダー ヘッドがサイクル内のどこに配置されるか、2 回目の故障を発生させずに交換部品を購入する方法について説明します。

4 ストローク中に実際に何が起こっているのか

The name comes from the number of piston movements needed to finish one power cycle.吸気、圧縮、動力、排気。 4 つのピストン ストローク、2 つのクランクシャフト回転、シリンダーごとに 1 つの噴射イベント。

• Induction stroke. The intake valve opens and the piston travels down, drawing in air that has usually already passed through a turbocharger and an aftercooler.
• Compression stroke.両方のバルブが閉じられ、ピストンが上昇し、チャージを約 30 ～ 55 bar に絞り、ディーゼル燃料の発火温度よりも十分に高く加熱します。
• パワーストローク。 Fuel is injected shortly before top dead centre, it burns, and the expanding gas drives the piston down.これは有用な作業を生み出す唯一のストロークです。
• Exhaust stroke. The exhaust valve opens and the rising piston pushes the burnt gas out into the manifold and turbocharger.

この順序のため、4 ストローク シリンダー ヘッドには、少なくとも 1 つの吸気バルブと 1 つの排気バルブ (通常はそれぞれ 2 つ) に加えて、インジェクター、バルブ ガイド、バルブ シート インサート、およびそれらを分離する冷却通路が必要です。 The camshaft and the pushrods or rockers that drive those valves are timed to the crankshaft so that every event happens at the correct angle.

A two stroke engine fires on every crankshaft revolution instead, using scavenge ports and one exhaust valve or port. That single difference explains why the two engine types ended up in different jobs on board.

なぜ船舶は依然として 4 ストロークエンジンを搭載しているのか

2 ストローク エンジンは回転ごとにパワー ストロークを生成します。最大の外航船が主推進力として低速 2 ストローク エンジンを使用するのはまさにこのためです。部品が少なく、重油に対する耐性があり、キロワット時あたりの燃料消費量が非常に低いためです。 4 ストローク エンジンは、オーナーやオペレーターにとって重要な他の点でも優れています。それは、同じ出力で軽量であること、設置面積が小さいこと、排出ガス制御が優れていること、そしてギアボックスなしで直接結合された発電機が 50 Hz または 60 Hz の電力を生成できる高速性です。

In practice, most four stroke marine engines are auxiliary engines, or main engines on smaller vessels.発電機の負荷は通常、極数とグリッド周波数に応じて 750、1000、1200、1500 または 1800 rpm に設定されますが、中速推進ユニットは通常 400 ～ 1000 rpm で動作します。

4 ストローク シリンダー ヘッドが故障する理由

4 ストローク シリンダー ヘッドは、防火デッキ、2 つまたは 4 つのバルブ ポート、インジェクター ボア、および冷却通路のネットワークを含む単一の鋳物です。検査中に重要な部品と表面の概要については、この説明を参照してください。 シリンダーヘッドとは何ですか 基本をカバーします。

使用中、防火デッキ側の金属は摂氏 300 度から 400 度に達することがありますが、水側は 90 度近くに留まります。荷重が変化するたびに鋳造物がその勾配を通過し、数千時間の稼働後、その結果が予測可能な場所に現れます。

• バルブシートがヘッドに沈み込むため、バルブの位置が深くなり、タペットクリアランスが狭くなります。
• 2 つのシートの間、またはシートとインジェクター スリーブの間に亀裂が発生します。
• 冷却通路は、ほとんどの場合排気バルブの横で穴あきや腐食が発生します。
• インジェクターのシールが故障し、燃料が冷却水に混入したり、水がシリンダー内に混入したりします。
• 防火デッキが歪み、ガスケットシールが破損します。
• ヘッドボルトのネジ山がブロック内で伸びたり、剥がれたりします。

これらの問題はどれも、静かに自らを知らせるものではありません。通常、圧縮測定値の低下、1 つのシリンダーの排気温度の上昇、膨張タンク内の気泡、または冷却液レベルのわずかな低下が最初の信号です。

シリンダーヘッドの修理または交換

まず結論を先に述べます。4 ストロークの船舶用シリンダー ヘッドのバルブ シート間に亀裂がある場合、またはシートの凹みが大きくて 2 つ以上のシート インサートを交換する必要がある場合、交換は通常、溶接や再加工よりも安価で、リスクもはるかに低くなります。バルブ、ガイド、シートの交換が必要なだけの定期的なオーバーホールであれば、修理が合理的です。

個々のヘッドの場合、通常、次のような状況によりバランスが交換に向けて傾きます。

• 防火デッキの平坦度はメーカーの制限を超えており、多くの場合、ミリメートル単位で測定されます。
• 静水圧試験中の冷却キャビティからの漏れ。
• シート間または排気バルブ付近の亀裂。
• インジェクターのボアが丸くなくなっているか、ネジ山が損傷しています。
• すでに2、3回修理された鋳物です。

調達リスクも同じ計算に含まれます。ヘッドを再加工すると、余分な加工時間がかかり、2 セット目のガスケットと別のクレーンリフトが必要になり、船舶を横に並べて待機していると、1 日当たりのコストが新しい鋳物を交換するよりも高くなります。

4 ストローク エンジン用の交換用シリンダー ヘッドの注文

交換用シリンダーヘッドは、純正の寸法に合わせて作られた互換部品であり、純正の機器部品ではありません。実際には、銘板に記載されているエンジン型式だけでは不十分であることを意味します。注文には、切断または出荷する前に、一連の測定値と識別子が必要です。

• エンジンのブランド、モデル、シリアル番号。
• バルブ配置は 1 つのエンジン ファミリ内で異なる場合があるため、任務、発電機、または推進力。
• バルブの数、バルブヘッドの直径、バルブステムの直径。
• インジェクターのタイプとインジェクタースリーブの寸法。
• 冷却水穴の位置とパターン。
• 防火デッキの厚さとヘッド全体の高さ。

文書化とリードタイムも同様に重要です。材質証明書、圧力試験報告書、寸法検査記録を求め、部品がどのように梱包されているかを確認してください。保護されていない防火甲板は長い海上輸送に耐えられないからです。 For a supply range organised by engine brand, see the シリンダーヘッド交換用スペアパーツカタログ .

エンジンブランドごとに適合するシリンダーヘッド

シリンダーヘッドがブランド間で交換できることはほとんどありません。あるメーカーの鋳物と別のメーカーの鋳物はボルト穴を共有するだけで、その他はほとんど共有しないため、ブランドとモデル別に注文するのが現実的な方法です。

MAN の中速エンジンはフェリーやタグボートで一般的であり、そのヘッドには通常、冷却通路が密集した 4 つのバルブが搭載されているため、水側の形状を正確に再現するのが最も難しい部分です。

DONGFANG シリンダーヘッド | MAN 船舶用ディーゼルエンジンと互換性のある交換用スペアパーツ 適合モデル: L16/24、L23/30、L23/30H、L28/32A、S26MC、L31、L35MC、S35MC、L50MC-C I. 製品概要 DONGFANG シリンダー ヘッドは、サードパーティ製の互換性のある交換用シリンダー ヘッドです。 製品を見る→

ヤンマーのエンジンは、数十キロワットから数千キロワットまで、漁船や小型沿岸船のいたるところに搭載されており、そのシリンダーヘッドは、完全な再構築ではなく、トップエンドのオーバーホール中に交換されることがよくあります。

DONGFANG シリンダーヘッド |ヤンマーマリンディーゼルエンジンと互換性のある交換用スペアパーツ 対応機種：NY160、N165、N180、EY180、N210、EY220、N260、EY260、N280A、N330、S165、S185、M200L、M220L、RAL170、MAL220、UAL200UT、T240、T260、Z280DT、 Z280ET、MF2… 製品を見る→

ダイハツの中速ユニットは補助動力として広く使用されており、ここでヘッドの不一致はシリンダー全体の排気温度の不均一としてすぐに現れます。

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同様の交換用ヘッドは、赤坂、神戸、MaK、マキタ、バルチラ、阪神、新潟パターンを含む他の船舶用エンジン ファミリや、発電機やポンプの用途に使用される中国国内のディーゼル エンジンにも供給されています。

設置と海上試運転のチェック

ヘッドを正しく取り付けるかどうかで、交換品が元の品と同じくらい長持ちするかどうかが決まります。次の手順を順番に実行してください。

1. 何かを洗浄する前に、新しい鋳物を古いヘッドまたは図面と比較し、水穴の位置、デッキの厚さ、インジェクターの穴を確認します。
2. ブロックのネジ山を清掃し、ヘッドボルトの伸びを検査し、曲がっているボルトがあれば交換します。
3. Fit a new gasket the right way round, checking oil and water passages, and avoid sealant unless the maker specifies it.
4. 校正されたトルクレンチと、指定されている場合は角度ゲージを使用して、指定された順序および段階でヘッドボルトを締めます。
5. バルブクリアランスをコールドに設定し、ホットで再チェックできるように値をメモします。
6. 冷却システムを満たして通気し、ヘッドジョイントとインジェクタースリーブの周囲に漏れがないか確認します。
7. 最初にエンジンを無負荷で運転し、次に負荷をかけて運転し、他のシリンダーとは異なる動作をするシリンダーの排気温度、ジャケット水出口温度、およびクランクケース圧力を監視します。

マニュアルで要求されていない場合でも、最初の数時間の運転後のリトークは、多くの中速エンジンで依然として標準的な方法です。費用は 1 時間かかりますが、その後のより大きな損失の発生を防ぐことができます。

4 ストローク サイクルは 1 世紀にわたって変わっておらず、シリンダー ヘッドが故障する理由も変わっていません。何が変わるかというと、元の寸法、元の水路、元の素材に適合する代替品を見つけるのが簡単になるということです。注文する前にブランド、モデル、測定データをまとめ、時間をかけて防火デッキの寸法と冷却形状を確認すれば、船舶はスケジュールを守ります。