W5 の特定の形式の船舶主推進ディーゼル機関を約 60 時間保守・運転した結果、40 気筒の排気弁のクリアランスが許容値を超え、38 個の排気弁座が磨耗していることが判明した。シリンダーヘッドの修理限界を超えています。 38 個の新しいシリンダー ヘッドを交換し、約 60 時間運転した後、排気バルブ シートの広範囲の摩耗が再び発生し、両方のナビゲーション テストには 0 # 自動車用ディーゼルが使用されました。故障現象に基づいて、シリンダーヘッドと排気バルブシートの異常摩耗の故障ツリーをリスト化し、保守と取り付け、部品の品質、使用条件の3つの側面から分析してトラブルシューティングを行います。
故障メカニズムを分析して判断したところ、故障の原因は硫黄含有量の低い0 # 自動車用ディーゼルの使用であり、効果的な耐摩耗層を形成できず、排気バルブシートの摩耗を促進したことが判明しました。ディーゼル エンジンのバルブ シートの異常摩耗に対して対応する解決策が提案され、その後の同様の故障の分析に解決策が提供されます。
019 年 4 月 2 日、ある船が造船所で修理作業を行いました。 2台のMTU956V20ディーゼルエンジンがW5レベル基準に従って修理および保守されました（修理前にそれぞれ約5800時間運転され、修理中にシリンダーヘッドを超える排気バルブシートの摩耗のため2つのシリンダーヘッドが交換されました）修理限界）。 ９月にＷ５レベルの修理・設置が完了した後、約６０時間使用中にディーゼルエンジンが始動できなくなった。検査の結果、40シリンダーのバルブクリアランスが許容値を超え、38個の排気バルブシートがシリンダーヘッドの修理限界を超えて摩耗していることが判明した。 11月に38個の新しいシリンダーヘッドを交換し、約60時間使用したところ、再び排気バルブシートの広い範囲が摩耗しました。どちらのナビゲーション テストでも 0 # 自動車用ディーゼルを使用しました。 9 個のシリンダー ヘッドを 2 回目に交換した後、ある船舶は航行テストとその後の作業に -10 番のディーゼルを使用し、その間に 0 番の自動車用ディーゼル (主に 10 番のディーゼル) を使用しました。 2020年12月現在、約1000時間（累積運転時間約6900時間）運転しており、シリンダーヘッドや排気バルブシートに異常摩耗や故障はありません。
ディーゼルエンジンが作動すると、カムシャフトは排気用のタペットとロッカーアーム機構を介して、設定されたバルブタイミングに従って排気バルブを開き、その後バルブスプリングの作用で閉じます。 MTU956ディーゼルエンジンの設計は、軽量、高出力、低密度を追求しました。シリンダーヘッドの吸排気バルブシートには硬質耐熱合金製のバルブシートリングが埋め込まれていません。バルブシートとシリンダーヘッドを一体化した鋳鉄素材を採用。排気バルブはロータリーバルブ機構を備えており、エアバルブは開くたびにロータリーバルブ機構の作用により回転する。作動中、シリンダー内の高温ガスと排気流の流入により、排気バルブシートの表面温度は約300-350度になります。バルブが閉じて着座すると、バルブは一定の速度でバルブの表面に当たります。ディーゼルエンジン回転数が1450r/minの場合、バルブ着座速度は0.2m/s、衝撃は727回/minとなります。排気バルブシートの表面は、動作中に高温と高い接触応力の衝撃にさらされるため、過酷な作業条件となります。
MTU 956 シリンダー ヘッド修理プロセス仕様の検査および修理プロセスは、MTU V956/1163 TB.2 メンテナンス マニュアルと一致しています。バルブシートに取り付けられたエアバルブの突出データは一般に4.80〜5.10 mm（限界標準は3.0 mm）であり、再取り付け品質はMTU V956/1163 TB.2メンテナンスの要件を満たしています。マニュアル。最初の不具合発生後、シリンダーヘッド38個を新品に交換し、約60時間走行させたところ、シリンダーヘッドバルブシートの異常摩耗が再発したため、修理不備が不具合の原因となった可能性は否定されました。
製品の製造及び組立記録の検査、故障した機械の関連部品の検査及び組立検査記録の再検査、シリンダヘッドの初期故障時の記録、シリンダヘッドの水室、空気室、及びシリンダヘッドの寸法検査バルブシート、および吸気バルブと排気バルブとバルブシートの間の嵌合の検査。シリンダーヘッドのシール、バルブシートの深さ、シリンダーヘッドの完全性をチェックし、コンポーネントの組み立て品質が技術要件を満たしていることを確認します。
シリンダーヘッドバルブ材質の性能調査。最初の故障の後、排気バルブシートの摩耗がひどいA1シリンダーとB6シリンダーが抽出され、上海機械工程協会故障分析専門委員会に排気バルブとバルブシートの作動面の硬さ試験、および金属組織検査が行われました。バルブシートの作動面のテスト。 MTU956 ディーゼル エンジンの排気バルブ図面番号は 580 053 02 05、硬度要件は 280HB 以上です (ロックウェル硬度 29.2HCR に相当し、HB と HV の値は同様)。 A1 および B6 シリンダーの排気バルブの硬度値は表 1 に示されており、バルブ硬度は要求値よりもかなり高いですが、バルブ技術文書の要件を満たしています。
MTU956 ディーゼル エンジンのシリンダー ヘッドの技術文書では、パーライト含有量が 95% を超えるパーライト マトリックスが必要です。硬度の要件は200〜260HB（199.5〜262.5HV、HB=（HV+10.5）/1.05）です。 A1 および B6 シリンダーの排気バルブ シートの硬度の結果を表 2 に示します。シリンダー ヘッドのバルブ シートの測定された硬度は、設計要件よりわずかに高くなりました。
上海機械工程協会の故障解析専門委員会が発行した排気バルブとバルブシートの分析結果は、1) シール表面の硬さ (表面から 0.1 mm の距離)、および排気バルブの硬度勾配は比較的均一です。 ２）排気バルブシートと吸気バルブシートの硬度勾配に大きな差はない。マトリックス中にグラファイトが存在するため、試験した硬度に変動が生じますが、これは通常の現象です。 3) 排気バルブシートおよび吸気バルブシートの作用面の金属組織は、パーライトと微量の鉄元素および微量の炭素元素から構成されています。試験の結果、室温での排気バルブの硬度は要件を満たしており、排気バルブシートの測定点の硬度は要件値よりわずかに高いことがわかりました。金属組織は技術的要件を満たしています。
エアバルブとバルブシート間の衝撃力はエアバルブの着座速度に依存し、吸気バルブと排気バルブのカムシャフトプロファイルの影響を受けます。 ３回目のシリンダーヘッド交換により、ディーゼルエンジンは約１０００時間異常なく運転し、排気バルブシートの異常摩耗も解消した。したがって、動弁機構やカムシャフトに起因するシリンダヘッドバルブシートの異常摩耗の可能性は基本的に排除される。
W5のメンテナンスにおいて、工場はシリンダーヘッドのロータリーバルブ機構を検査し、正常に動作していることを確認しました。最初の故障の後、38 個の新しいシリンダー ヘッド アセンブリが交換されましたが、依然として多数のシリンダー ヘッド摩耗故障が短期間に発生しました。したがって、ロータリーバルブ機構が誤動作を引き起こす可能性は基本的に排除されます。
W5の整備から1回目の故障、新品シリンダーヘッド交換から2回目の故障までのディーゼルエンジンの運転状況を検査したところ、シリンダーヘッドの異常摩耗は認められず、シリンダーの広範囲にわたる異常摩耗も見られませんでした。ヘッドは、メンテナンス前と 2 回目の故障で -10 ディーゼルに交換された後に W5 を使用中に発生しました。基本的には使用条件によりバルブシートの磨耗が影響するものと判断しますが、それが直接の不具合の原因ではありません。 MTU956 ディーゼル エンジンは、吸気管内に潤滑ポンプを備え、吸気バルブを潤滑できるように設計されています。オイルポンプが正常に動作していること、吸気バルブシートに異常な磨耗がないことを確認することで、潤滑品質の問題を排除できます。この船は、W5 メンテナンス後の燃料として 0 # 自動車用ディーゼルを使用し、添加剤は一切使用せず、GB19147-2013 の要件を満たしていました。ただし、硫黄含有量が低すぎる (10 mg/kg 以下) ため、MTU の技術仕様を満たしていません。
添加剤LUBRIZLO ®ADX766Mの分析は中国科学院蘭州化学物理研究所に委託 ディーゼル添加剤はカリウム塩と溶媒の混合物で、固形物は酢酸カリウム、溶媒は200#脂肪族炭化水素の溶剤油です。中国科学院蘭州化学物理研究所に委託し、排気バルブのシール面のSEM外観とEDS組成分析を実施し、4つの検査条件で排気バルブを選定する。欠陥のある排気バルブおよびバルブシートシール面のSEM観察および組成分析の結果、排気バルブシール面の表面が粗く、シリンダーヘッド基板に付着していることが判明しました。シリンダーヘッドのバルブシートのシール面は平坦でしたが、鋳鉄基板には塑性流動と接着剤の破れが見られました。排気バルブには磨耗はなく、異常磨耗箇所はシリンダーヘッドと排気バルブシートです。 956ディーゼルエンジンのシリンダーヘッドは耐摩耗性に劣る特殊合金鋳鉄で作られています。顔面マスクの表面保護がないと、金属の直接接触によって生じる接線応力により、マトリックスの急速な疲労剥離と摩耗が発生します。一方、エアバルブとバルブシートの硬度差の無理なマッチングにより、エアバルブの高硬度化により摩耗がさらに悪化する。上記の試験結果によると、4 つの方式のシール面の耐摩耗層の主成分はアモルファスカーボンです。燃焼後、大きな粒子がバルブシート表面に耐摩耗層を形成し、排気バルブとバルブシートのシール面を分離します。シール面同士の直接接触を避け、凝着摩耗を軽減することで摩耗を抑制します。
陝西ディーゼルエンジン重工業有限公司が提供する参考文献「バルブシートの処理 – 既存データの独立レビュー」によると、バルブシートの摩耗による以前の失敗と表面マスクの形成メカニズムを組み合わせると、次のことがわかります。シール面の表面マスクは動的消費フィルムに属します。低い作業条件下では、表面フェイシャルマスクの形成速度が除去速度よりも大きく、排気バルブグループの保護能力が強化されます。高い運転条件下では、形成速度が除去速度よりも低くなり、排気バルブシートを保護する能力が徐々に低下します。 W5 ディーゼル エンジンのメンテナンス前の数千時間は船が故障しなかったのに、修理後 60 時間後にすぐに故障が繰り返し発生した理由は説明できます。これは、初期の工場テスト期間中に高硫黄燃料と添加剤が使用され、試験航海中に高硫黄燃料が使用されたため、バルブシートを保護するためのより厳格な保護膜が形成されました。
2 台の 956 ディーゼル エンジンの過去の使用状況によると、陝西ディーゼル エンジン ヘビーの工場テスト段階で、燃料として耐摩耗剤を添加した -10 # ディーゼルを使用して約 50 時間運転されましたIndustry Co., Ltd. 三亜へ出航する前に、-10 # ディーゼルで約 100 時間運転されました。分析結果と組み合わせると、三亜で 0 # 自動車用ディーゼルを適用する前に、排気バルブ シートのシール面に緻密な表面保護膜が形成されたことが示されます。そのため、三亜での約5000時間の航海中に異常な磨耗は発生しなかった。 W5のメンテナンス中に排気バルブとバルブシートを修理したため、上記の表面マスクが取り外されました。整備後、0#低硫黄車両ディーゼルを使用して運行したため、表面マスクが形成されず、その後のバルブシートの異常摩耗が発生した。
故障の原因とこのタイプのディーゼルエンジンの使用状況の分析に基づいて、次の推奨対策を提案します: ディーゼルが 500mg/kg を超える硫黄含有量の要件を満たしているかどうかを判断する必要があります。使用前に;ディーゼルエンジンルームに耐摩耗添加剤の貯蔵・添加装置を設置することにより、毎日の燃料タンクに添加剤を自動的に添加することができ、ディーゼルエンジンの運転要件に対応します。バルブシート摩耗の問題を長期的に徹底的に解決する観点からは、シリンダヘッド排気バルブシートの耐摩耗性を向上させる必要がある。シリンダーヘッドは一般に、バルブとバルブシートの耐摩耗性と耐用年数を向上させるために、入れ子状のバルブシートを採用しています。国内のディーゼルエンジン研究機関またはディーゼルエンジンメーカーがシリンダーヘッドの改造スキームに関する研究を実施し、新しいシリンダーヘッドの開発と生産を完了することを推奨します。シリンダーヘッドの改良された設計スキームには成熟した用途があり、技術的リスクがあります。改良されたデザインは制御可能です。
