Studies on Wear-down of Cylinder Liner and Compression Ring of the Main Engine of T/V Kakuyo-Maru

(1)

練習船鶴洋丸の主機関シリンダライナ, ピストンリングの摩耗について

西矢豊就,荒木猛,古堅安孝,桐博昭

Studies on Wear-down of Cylinder Liner and Compression

Ring of the Main Engine of T/V Kakuyo-Maru

Toyonari NISHIYA, Takeshi ARAKI, Yasutaka FURUKATA and Hiroaki KIRI

A combustion chamber of a Diesel engine, constructed with cylinder liners, piston, cylinder cover, etc, operates under very serious conditions in high temperature and pressure. Then performances of the engine gradually decrease with operating hours, since various parts constructing the chamber are often worn down through their locomotive motions.

Accordingly, we should pay deep attention on well maintenances of the above parts for upkeeping its high efficiential operations.

On this purpose, we analyzed scientifically Engine Logs of T/V Kakuyo- Maru of 1044G/T with 2800ps through 12 years of 1975-1987 and could have some results as follows :

1) Cr-galvanization of piston rings greatly contributed to decrease for them to wear-down.

2) Simple regressions between wear-down ratios of cylinders in maximum, a , and operation time in hour of the engine are :

athwartship : a =1.6684 exp (-1.1395h) (1/100mm/1000hr) longitudinal : a =1.3517 exp (-1.2075h) (1/100mm/1000hr)

Keywords:舶用機関の保守marineenginemaintenancg;システム油engine systemoil;シリンダライナcylinderliner;ピストンリングpistonring

近年における船舶の自動化の進行と共に,ディーゼル機関においても,その構成部品は高性能化し,また信頼性も格段に向上した。しかしながら,ディーゼル機関本体およびその周辺機器を含め,システム全体の機能を長期にわたって,その最適状態に維持するには, 常に異常の初期徴候を早期に発見することが重要である。玉木1)の報告によると,ディーゼル機関の故障の 44.16%は燃焼系統であり,その中33.89%がディー

ゼル機関の,いわゆる心臓部に相当するシリンダライナ,ピストン,シリンダカバにおいて発生している。

一方 ,信頼性の向上にともなって,主機関の故障に起因する船舶の停止件数は,ここ10年聞に平均一隻当り3.63件から2.24件へと約40%減少した3反面機器構成部品が複雑化した結果,修理復旧時間は1.5

〜2 .0倍に伸びている。近年の高信頼化船や知能化船といえども,不断の保守整備は不可欠である。

(2)

66 西矢，・荒木，古堅，桐：シリンダライナとピストンリングの摩耗

船舶が老令化すると，各機器の稼動時間，使用状況，

整備状況を勘案し，予防保全に努めることが特に必要である。したがって，各機器の開放点検時の観察と計測は，それ等の稼動中の挙動を覚知する上で，最も直接的かっ効果的な手段であるといえる。

そこで，本船の建造以来12年にわたる主機関のシリンダライナおよびピストンリングの計測結果，並びに，それ等の摩耗と密接な関係にある，使用した燃料油およびシステム油の質的特性と消費量について若干の考察を行ったので報告する。

1．資料

一般に船舶は，船舶安全法の規定によって定期的な検査を義務づけられている。そこで，本報告に用いたシリンダライナおよびピストンリングの摩耗資料は，

本船建造以来の2乃至4年毎の，第一種中間乃至定期検査で計測した記録を基にした。本船の主要目は既報3）

の通りである。主機関（DAIHATSU， DSM 32型，

2800ps）のシリンダライナおよびピストンリン、グの要目をTable 1に示す。また，本船で使用した燃料油およびシステム油の主な性状の代表値をTable 2 およびTable 3に示す。

Table 1． Principal particulars of cylinder and piston of DAIHATSU 8DSM−32 4 cycle Diesel engine

Cylinder liner

Bore Stroke

Stroke／Bore ratio Material Hardness Cooling system

320mm 380mm

1．187

Speeial cast iron， FC 25 s5．NvlOO HRB

Fresh water

Piston Piston speed Body material Crown material Cooling system

7．6m／sec．

FC 25 SF 60

Lubricating system oil

Compression and oil seraper rlngs

Thickness （mm）

Breadth （mm）

Material

Hardness （HRB）

Compression ring

NTo． 1 NTo． 2 No． 3

10 10 10

7 7 7 Special cast iron FC 25

（No． 1 ： Cr plating）

85NIOO

Oil scraper ring

NTo． 1 NTo． 2

7 10 10 10

Special cast iron FC 25

（No． 1 ： With piano wire）

98・N−108

一般にDSM 32型主機関のシリンダライナ寿命は，

摩耗によりその直径が1．8mm以上増加するまで，また，ピストンリングの中コンプレッションリング

（3本）およびオイルリング（2本）は，シリンダ内に装着した時，その合口聞隙が3．Omm以上に増加するまでとされている。したがって，前者は直径の増加量

を資料とした。一方，後者はシリンダライナとの接触面が摩耗して，リング厚さが小さくなると比例的にリング合口間隙が増加するので，リング厚さの減少量を資料とした。本報告においてはピストンリングの中のコンプレッションリングめみを対象とした。

シリンダライナの計測位置A，Bおよび。をFig．1

(3)

Table 2． Chemieal contents of various fuels used in the main engine in September from 1975 to 1987

Table 3． Properties of system oil used for the main engine since 1975

Date dl d2 T V ^{C A S} W Ho Hu

1975 1976 1 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987

．837

・．844

．833

．850

，845

．858

．844

．855

．857

．852

．859

．850

．837 85 2．40 ．30

．845 85 2．63 ．42

．863 94 2．30 ．39

．848 79 2．45 ．43

．845 81 2．54 ．40

．855 90 3．41 ．83

．846 76 2．90 ．30

．858 80 3．58 ．40

．860 81 2．92 ．35

．869 70 2．28 ．35

．874 77 2LO5 ．33

．874 71 2．18 ．31

．865 74 2．83 ．45

．Ol ．83 trace 1094 nil ．97 nil 1091

．Ol ．89 trace 1095 nil ．70 nil 1091 nil ．76 nil 1093

．Ol ．97 nil 1086 nil ．96 trace 1091 nil ．94 trace 1088 nil ．89 trace 1087 nil ．90 trace 1087 nil ．90 trace 1089 nil ．80 trace 1078

．Ol ．92 ．05 1079 1026 1024 1027 1024 1025 1019 1024 1021 1020 1020 1022 1012 1013

Specific gravity （15／4℃）

Flash point （PM℃）

Kinematic vi＄cosity （cSt 37．8℃）

（cSt 98．9℃）

Pour point （℃）

Carbon residue （wt O／o）

Total acid number （KOH mg／g）

Total basic number （KOH mg／g）

Symbols

由翻TVCASW

O．9185 250 124．8 11．82

−12．5 2．82 1．07 22．30

：Specific gravity in shoP／stank （15／4。C）

： Specific gravity of fuel received （15／40C）

： Flash point （℃）

： Kinematic viscosity （cSt 400C）

：Carbon residue （wt O／o）

： Ash contents （xvt 906）

：Sulphur （wt 9060）

： Water contents （wt O／o）

Ho ： Gross ealorific value （10Kcal／kg）

Hu ： NTet calorific value （10 Kcal／kg）

に，また，その各摩耗量の資料をTable 4−1に示し

た。

コンプレッションリングの計測位置a，bおよび。

をFig．1に，また，その各摩耗量の資料をTable 5

に示した。

1981年および1983年にコンプレッションリングの中，その摩耗量が大きくなり過ぎたものは換装した。

したがって，その摩耗量と使用時間の因果関係を推論し難いので，1983年および1985年の計測記録は削除

した。

CvlindeT liner

Fore

Top _Bot亡om

A c

8 1 1

，。」

440

ラ85

830

Port

F−A

i ．p−s

Starboard

Afし

Compression ring

−八

b Thickness

引し

目

コ

1 1N

：Fig．1． Measurement iri mm．

(4)

68 西矢，荒木，古堅，桐＝シリンダライナとピストンリングの摩耗

Table 4ff 1． Measuremental results of the cylinder liners wear−down in diameter to service hours of the main engine in April from 1977 to 1987

Cylinder

Measured point number

A ^{B C} A ^{B C} A B C A B C A B C A ^B ^C

No．1 F−A ⁰ ⁵ ⁵ ¹⁵ ³⁰ ⁴⁰ ¹⁵ 30 0 ³⁰ 30 20 20 10 30 20 5 0

P−S ⁴⁰ ¹⁰ ⁰ ⁶⁰ ²⁵ ¹⁰ ⁵⁵ 25 10 60 35 15 60 30 10 55 10 0

No．2 F−A ¹⁰ ¹⁵ ³⁰ ³⁰ ³⁵ ⁴⁰ ³⁰ 30 35 45 30 30 30 30 30 ¹⁵ 15 10

P−S ⁴⁰ ¹⁰ ⁰ ⁵⁵ ³⁵ ²⁰ ⁵⁵ 35 20 50 25 15 50 20 0 ³⁵ ¹⁰ ⁰

No．3 F−A ⁵ ¹⁰ ³⁵ ²⁰ ³⁰ ⁵⁰ ²⁰ 30 45 30 30 25 40 30 30 20 ⁵ 10

P−S ⁵⁵ ⁵ ⁰ ⁷⁵ ³⁰ ⁰ ⁷⁵ 35 10 75 30 15 80 30 0 ⁶⁵ ⁰ ²⁰

No．4 F−A ²⁰ ¹⁵ ²⁵ ³⁵ ³⁰ ⁴⁰ ³⁵ 35 0 ⁵⁰ ^30 20 ⁴⁰ ^20 20 ³⁰ ¹⁵ ¹⁰ P−S ⁴⁵ ¹⁵ ¹⁰ ⁵⁵ ⁴⁰ ²⁵ ⁶⁰ 40 30 ⁵⁰ 40 20 ⁵⁰ 30 20 50 15 0 No．5 F−A ¹⁰ ¹⁰ ²⁰ ²⁵ ³⁰ ³⁰ ²⁵ 35 30 30 30 20 30 20 20 ²⁰ ⁵ ⁰

P−S ³⁰ ¹⁰ ⁵ ⁴⁰ ³⁰ ²⁵ ⁴⁰ 35 25 40 30 15 50 30 10 40 ⁵ 0

No．6 F−A ¹⁵ ²⁰ ⁴⁰ ³⁰ ⁴⁰ ⁵⁰ ³⁰ 40 55 60 40 40 40 30 30 20 10 0 P−S ⁵⁰ ²⁰ ⁰ ⁵⁰ ⁴⁰ ²⁰ ⁵⁰ 45 20 ⁵⁰ 40 15 50 40 30 ³⁵ ¹⁰ ⁰ No．7 F−A ³⁰ ²⁰ ⁴⁰ ³⁰ ⁴⁰ ⁴⁵ ³⁰ 40 40 ³⁰ 30 25 40 30 30 30 10 10

P−S ³⁵ ²⁰ ⁵ ³⁵ ³⁵ ²⁰ ⁴⁰ 40 25 30 25 15 50 30 0 ³⁰ ¹⁰ ⁰

No．8 ：F−A 40 15 25 50 35 30 50 40 35 ⁶⁵ 30 30 50 30 30 ²⁵ ¹⁰ ⁰

P−S ⁵ ¹⁵ ²⁰ ¹⁰ ³⁵ ³⁵ ¹⁵ 40 35 ⁴⁰ 40 40 ¹⁰ 30 10 0 10 0

Date 1977 1979 1981 1983 1985 1987

Service 3000 6000 9000 12200 15300 18900

hour

Note A ：． Measured point， 90 mm from cylinder liner top （1／1000mm）

B ： Measured point， 440 rnm from cylinder liner top （1／1000mm）

C ： Measured point， 785 mm from cylinder liner top （1／1000mm）

ディーゼル機関のシリンダライナおよびコンプレッションリングの摩耗は，機関の取扱い方の適否に影響を受ける。すなわち，燃料油およびシステム油の清浄状況，燃料噴射ポンプ，噴射弁の整備調整状況，負荷状況，温度や圧力等の運転諸元の設定状況等々によって変化する。そこで，主機関の運転状況を知るため，

本船が就航した1975年からユ986年までの過去11年

間の主な運転記録を機関撮要日誌から抽出した。その運転状況は，本船の航海状態に影響されるので，航海状態の比較的一定しているその年の11月から12月にかけた南海域からの復航時の記録を用いた。また，その期聞でしかも一週間前後連続運転した時期を選び，

その間の平均値を運転諸元の値の資料とし，Table 6 およびFig．2に示した。 Fig．2は主機関の運転時間

(5)

Table 5． Measuremental results of the compression rings wear−down in thickness on various service hours of the main engine in April from 1977 to 1987

Cilinder

Ring number number

1 2 3 1 ^．2 3 1 2 3 1 2 3

a 27 30 26 30 33 29 33 36 24 32 37 35

No．1 b 32 34 24 35 40 27 32 58 28 34 37 40

C 28 28 27 29 35 29 30 35 30 33 37 37

a 29 32 25 28 34 27 30 35 29 27 31 27

No．2 b 33 34． 24 34 43 27 35 52 30 29 42 37

C 29 30 23 29 37 32 30 33 28 27 29 30

a 29 21 29 32 26 ^P33 33 26 32 27 31 31

No。3 b 34 20 32 36 25 36 37 30 36 34 33 34

C 31 20 28． 31 28 32 32 26 34 30 34 30

a 26 26 24 23 38 25 25 39 28 27 32 32

No．4 b 32 38 29 32 28 30 33 32 31 32 37 31

C 28 32 23 27 39 29 27 33 29 30 36 32

a 28 28 26 28 35 32 26 32 29 26 32 28

No。5 b 32 30 28 32 39 32 32 44 41 25 33 39

C 28 27 27 22 35 33 30 32 30 22 36 34

a 26 27 25 25 40 33 20 35 30 25 44 37

No．6 b 30 31 30 26 38 36 29 42 39 26 43 28

C 25 37 28 26 31 30 25 37 32 25 35 37

a ²⁵ 28 26 27 43 30 27 40 30 21 37 37

No．7 b 30 32 26 31 40 31 35 49 37 22 35 43

C 26 34 24 27 35 29 27 38 28 22 41 39

a 27 31 25 30 37 32 20 38 32 37 27 ^臼4

No．8 b 30 33 26 30 41 30 28 49 34 38 31 42

C 25 30 26 25 38 29 21 36 30 36 28 37

Date 1977 1979 1981 1987

Serv三ce

hour 3000 6000 9000 18900

Note

a， b，c

： a， b and c show the measured points of comprgssion rings．

： Wear−down in thickness （1／100mm）

(6)

70

Table 6．

西矢，荒木，古堅，．桐：シリンダライナ．とピストンリングの摩耗

Various characters of the main engine calculated from Engine Log Books of Kakuyo−Maru in November from 1976 to 1986

Date h N n Te Ts T1 T2 ^tf To ^七〇 ^{Pb 層} Pm ^Pe L V

1976 27 593 123 383 40 50 56 37 27 36 0．9 80 11 64 13．7

1977 37 578 123 393 40 50 57 38 28 37 0．9 79 12 65 13．9

1978 53 578 124 405 40 51 57 39 28 38 ^1．0 80 12 69 13．6

1979 67 583 121 394 39 50 58 38 27 35 ^0．9 76 12 65 ^．13．7

1980 84 584 126 406 41 51 57 38 28 34 ^0．9 79 12 69 13．5

1981 98 584 116 383 40 51 56 39 28 40 ^0．8 76 11 60 ^12．8

1982 116 585 115 384 40 50 56 39 28 40 ^0．8 77「 10 59 13．1

1983 130 573 112 366 40 49 55 40 28 37 0．7 ^80 F 12 66 13．3

1984 148 569 119 390 40 50 55 36 27 37 0．8 82 13 69 ^12．9

1985 164 571 123 392 40 49 54 35 25 35 0．9 80 12 66 12．9

1986 183 577 118 386 40 49 54 37 27 35 0．8 79 11 62 13．1

Symbols

h N n Te Ts Tl T2

tf

To

toPPPLV bme

： Service hours of main engine （102hr）

： Revolution of main engine （rpm）

： Revolution of turbo charger （102rpm）

： Exhaust gas temperature of main engine （OC）

： Suction air tgmperature of main engine （℃）

： Jacket cooling water inlet temperature of main engine （℃）

： Jqcket cooling water outlet temperature of main engine （℃）

： Fuel inlet temperature of main engine （OC）

： Sed water temperaturd （Oc）

： Engine room t ?高垂?窒≠狽浮窒?@（℃）

： Suction air pressure （kg／cm 2）

： Maximum pressure （kg／cm2）

： Mean effective pressure （kg／cm 2）

： Main engine load ratio （％）

：Ship speed （knot）

(7)

Te

Ts

T1

2

τ

tf

to

To

わP

Pm

覧

L

v

：O，：［VH一一N−x^ll：・﹇

：31：0・﹇

1］［

li［一一：8︐﹇算一一一一一一一一一一一へ＼！一・

：i，［^i9︐﹇

］10，：［一！＞xt／x一一一．一v．一・××．

li［一・一一一一・v

；：トへ／＼k一．．一．．一．e／！ヘー

］O，［r！YL／A一

：：1へ＼ンー一一

一

を横軸にとり，運転諸元のそれぞれの変化を示したものである。

システム油の質的特性の経時変化資料をTable 7 およびFig．3に示した。耳ig．3の横軸はシステム油の使用時間および主機関の運転時聞を示す。システム油の性状分析はN社検査室で実施したものである。

Table 7． Chemieal contents of system oils used on the main engine from 1976 to 1987

Date

Fig．2．

2 4 6 e 10 12 14

閉●in ongino 80rvioo ^{ho脳r− in}1000 hr

16 18

1976／Jan 1977／Sep 1977／Sep 1977／Dec 1978／Aug

1978／Dec 1980／Jan 1983／Sep 1984／May 1985／Mar 1985／Jun 1985／Dec 1986／Ju1 1986／Aug 1986／Dec 1987／Jul

Interrelation between service hour of main engine and its various characters．

： Revolution of main engine （rpm）

： Revolution of turbo charger （102rpm）

v W TBN X， X， ^h ^H

100．00 97．00 97．00 96．4−2

97．19 99．27 100．80 98．83 100．30 97．39

104．60 102．50 102．50 101．50 100．40 99．70

．10 21．27 ．18 ．09

．10 10．50 ．21 ．18

．10

．15

8．11 ．20 ．11 7．87 ．20 ．09 5．45 ．26 ．12

．10 10．47 ．03 ．02 15 15 34 34 40 40 48 48

56 ．56

70 14

．02 19．50 ．08 ．05 118 29

．20 19．20 ．12 ．06 126 37

．iO 19．10 L15 ．08 137 49

．40 18．00 ．12 ．09 150 61

．10 22．50 ．05 ．01 153

．10

．10 20．60 20．30

3

．03 ．01 165 15

．04 ．04 169 19

．20 20．40 ．04 ．03 174

．10 19．60 ．05 ．04 185

e SlNnTTT

24 35

T2

聾％椥

．20 19．70 ．05 ．02 191 40

： ExhauSt gas temperature of main engine （OC）

： Suction air temperatur6 of main engine （OC）

： Jacket cooling water inlet temperature of main engine （℃）

： Jacket cooling water outlet temperature of main engine （OC）

： Fuel inlet temperature of main engine （℃）

： Sea water temperature （℃）

： Engine ．room temperature @（℃）

Pb．：Suction air pressure （kg／cm2）

Pm ： Maximum pr6ssure （kg／cm2）

Pe ： Mean effective pressure （kg／cm 2）

L ： Main engine load rapio （O／o）・

V ：Ship speed （knot）

Sヅmbols

v ： Kinematic viscosity （cSt 400C）

W ：Water contents （wtO／o）

TBN ： Total basic number （KOH mg／g

Xl X2

h

H

JIS K 2500）

： n−pentane lnsoluble contents （wtO／o）

：Benzene insoluble contents （wtO／o）

： Total service hours ．of main engine （102hr）

：Running hours of main engine／ssystem oil

（102hr）

(8)

72 西矢，荒木，古堅，桐：シリンダライナとピストンリングの摩耗

1100St

v100 0

◎ 醜^Q ^囑

90

0．4％ o

WO．2

@ 0．O Q ^o ^o

◎ 認

25

τB凹15⁵ ̲ ^o ^◎ ^◎・鳳◎^o ^{σ QO}

0．3

Xla。［ _o

o曾㎝

◎

◎ノ◎一◎k◎

@ 回鱒

一一_oδ ^o◎

o

己n F

0．

o

租h ζ 民

邸

X20．1 o ^芝《

o

0 ^◎

σ 轟

H O 2 4 ² 1 3 5 ¹ 3 5

コ h O 2 4 6 8 1012 14 16 1820 unit in 1000hr

Fig． 3． lnterrelation between running hour of main engine system oil and its various chemical characters．

v ： Kinematic viscosity （cSt 40eC）

W ：Water contents （wtO／o）

TBN ： Total basic number （KOH mg／g JIS K 2500）

Xl ：n−pentane insoluble contents （wtlO＞60）

X2 ：Benzene insoluble contents （wtO／o）

H ：Running hours of main engine／ssystem oi1（IO3 hr）

h ： Total service hours of main engine （103hr）

2．結果および考察

2．1．燃料油状況

本船は就航以来，1987年まで12年間，約5700 K．L．を燃焼した。その間使用した燃料油は1987年 11月（117K：．：L．，比重0．8592）を除き全て日本国内で補油した。本船積込み燃料油の比重は，精製工場出荷時に比較し若干相違する。

近年の一舶的な傾向として，燃料油は軽質分の得率を大きくするため，直留系の基材から分解系のそれへと変化してきた。後者は貯蔵安定性が悪く，，船舶の二重底槽でスラッジを発生しやすい。また，・接触分解装

置で使用する触媒片が，完全に回収されず，燃料油に混入することヵ移い。この触媒片は燃料噴射ポンプ，

噴射弁のスティック，あるいはシリンダライナ，ピストンリングの異常摩耗の原因となる。分解系燃料油によるシリンダライナの摩耗についての官等4）の報告によると，触媒無添加燃料油に比較して，2．5〜7．5倍の摩耗量になっている。したがって，燃料油の前処理をどの程度までしているかがシリンダライナおよびピス

トンリングの摩耗に影響するといえる。

本船の燃料油は二重底槽から澄しタンク（3K．L．）

に移送し，一度セットリングしている。その後遠心清浄機（SJ 2000型）で清浄し重力タンク（3 K：L．）

へ送り使用する。したがって，燃料油の前処理効果は良く，燃料油に関する事故は生じておらない。

また，Table 2に示す通り燃料油に混入する硫黄分は少ない。

2．2．主機関の運転状況

これまでの主機関の総運転時間は1987年で19000 時間になる。一般の船舶に比較すると，練習船という特殊性から，この稼動時間は極めて短かい。その間の平均の負荷率は60〜70％である。しかしながら，これは船体速力が12〜14節の場合で，下掛実習および海洋調査の時はかなり低負荷率となる。したがって，

運転諸元の値は，Fig．2に示す値よりそれぞれ下方

にくる。

ディーゼル機関の燃料噴射機構は，低負荷になるとその性能が悪化し，不完全燃焼をまねきやすい。その結果カーボンスーツを生じシリンダライナおよびピストンリングの摩耗を促進する。しかしながら，本船の主機関は動圧過給方式のため，低負荷時の燃焼が比較的良好で，燃焼不良による摩耗は少ないものと思われ

る。

また，本船は推進装置にCPP機構を有するため，

主機関の発停回数が少ない。したがって，、直接逆転式機関に比較して，起動時の不完全燃焼に起因する摩耗は少ない。

燃料油中の硫黄分は燃焼するとSO2となる。さらに，その一部は過剰空気に酸化されてSO3となる。

一般にSO2とSO3の生成率は，燃焼ガス温度に影響され，高温では前者が，また，低温では後者が過多となる。後者は酸化鉄等の触媒作用があれば，500〜600

℃まで存在しうるが，通常は400〜450℃以下で存在

(9)

する。燃焼ガスはシリンダ外に排出される以前に，後者の露点以下の温度まで低下すると，液相の硫酸とな

り，燃焼室構成部品を腐食摩耗する。

Table 6によると排気ガスのシリンダ出ロ平均温度は389．3℃である。吉村等の報告5）によると，排気ガスのシリンダ内温度は，シリンダ出口温度より150〜

180℃高い。したがって，本船のシリンダ内燃焼ガス温度は540〜570℃と思われ，SO3が存在するとしても極く低濃度のものとなる。Table 3に示す通り，これまで使用した燃料油は低硫黄質で，かっ燃料室動作ガスの温度が高いので，シリンダ，ピストン等に硫酸による腐食摩耗の徴候は見えない。

冷却水温度についての主機関メーカーのガイダンス温度は，入口および出口において，それぞれ45〜55

℃および55〜65℃であり，実用の温度はTable 6によると若干低いといえる。波田等の報告6）によると，

冷却水温度がシリンダライナの腐食摩耗に与える影響は大きい。低負荷状態で給気温度，排気ガス温度およびシリンダ冷却水温度をいかに調節するかは，舶用機関取扱者としての重要な課題の一つである。

2．3．システム油の劣化状況

本船の主機関には，建造以来システム油にTBN

（Total Basic Number） 22．30， SAE （American Society of Auto Motive Engineers）30のHD

（Heavy Duty）タイプのMD：L油（N社民）を使用

している。

また，本船の清浄装置の要目をTable 8に示した。

Table 8． Principal particulars of Self Jector and CJC Filter of the main engine

Purifier Type

Nominal capacity Actual capacity Bowl revolution

SJ 2000 Self Jector

MITSUBISHI KAKOKI

2000 2 ／hr 700 2 ／hr 8000 rpm

Filter

Type

Quantity of oil contained Actual capacity Filter element

CJC Filter HDU 38／100

AMEROID JAPAN Service

95 e 100 2／hr Cast cellulose

380 mm ￠x 200 mmH x 5 piece

システム油の清浄は，停泊中および航海中において，

その性状変化を検査の上，遠心清浄機およびフィルタ清浄装置により側流清浄を主体に実施している。1986

〜1987年の一年間について，主機関の運転時間に対する清浄装置の稼動率は，前者および後者で，それぞれ56．58％および100％である。前者の値は一般論と

して稽小さいといえる。また，各清浄装置の歯軸率は

2．1％および0．3％である。

一般にシステム油の性状は主機関の運転性能を左右する。システム油の清浄管理が不適当な場合，その劣化は使用時間と共に進行する。また，一定の規格内でシステム油を使用しないと，主機関の寿命に影響を与える。したがって，このシステム油は定期的にサンプ

リングして質的性状の検査をする必要がある。

システム油がその使用限界値を越えた1979年2月，

1981年5月および1985年4月にそれぞれサンプタンクの全油量を新替えした。1985年5月の新替えは，

主機関のインターク・一一うから冷却海水が漏洩しシステム油に混入したためである。海水が混入すると，システム油の中に酸化物が存在する場合，劣化は甚だしくなる。このため，シリンダライナ，ピストンリングその他に腐食摩耗を起こすことがある。

Fig．3から次のことがいえる。

使用時間の増加につれ，システみ油の酸化が進行すると，粘度vは高くなる。しかしながら，vは100前後で変化しているので過度の酸化はない。1985年4 月に水分wが0．4％に増加したが，これはシステム油の清浄が悪かった故と思う。1976年1月から1978 年12月にかけてTBNの低下が激しいが，これは本船の就航初期で，主機関のブラッシングが不十分であったことと，不溶解分X1およびX2が使用時間と共に増加しているので，システム油の清浄管理が稻悪かったためとである。1978年8月および1987年7月におけるシステム油の使用時間は略々同一で，TBNと X1およびX、の値を比較すると，前者のシステム油の汚損度が高い。清浄が不十分で，水分，金属粉等の溶存した状態が長いと，それ等の触媒作用からシステム油の酸化は加速される。TBNは1〜2まで低下すると酸中和能力が低下し，清浄分散能力も悪くなる。

1981年5月および1985年4月のシステム油新替え以降はTBNの維持水準が高い。1985年4月以降について，TBNの経時変化はTable 7から近似的に次式（r＝0．9134）のようになる。

(10)

74 西矢，荒木，古堅，桐：シリンダライナとピストンリングの摩耗

TBN＝21．9388 exp （一一一2．8543 H）

（KOH mg／g）（1）

ただし，TBN：アルカリ価（1（OH mg／g）

H ：システム油使用時間（hour）

将来，主機関のシステム油の性状を極端に劣化させるような事故がなければ，式（1）からHが6000の時TBNは18．49となる。この値は1985年3月のH が6172の時のTBNと近似する。また，式（1）から Hが10000の時TBNは16．49となり，システム油を TBNだけの点で判断すれば，この値は使用限界内にあるといえる。

ディーゼル機関のシステム油の比消費率は次式で表わされる。

Z ＝＝（LOC／FOC）・ 100 （SO）60）・・…一・・（2）

ただし，λ：比消費率（％）

：LOC：システム油消費率（kg／PS・hr）

FOC：燃料油消費率（kg／PS・hr）

本船の建造以来のλは次の通りである。

年度 75 76 77 78 79 80 81 82

Z （SO）60） O．22 O．37 O．52 O．19 O．17 O．16 O．14 O．12 83 84 85 86

0．27 O．17 O．23 O．13

λは全体に低水準で平均値が0．22％となり一般的

な基準7）

烽ﾉある。λは主機関の運転条件に影響されるので，各ピストンリングの環境は良好で，オイルコントロール機能が良く働いたものと思われる。1977 年に0．52％と高いのはシステム油の補給量が多かっ

たためである。

現在使用中のシステム油は，1985年4月以来4000 時間経過している。1987年4月に主機関のシステム油サンプタンク底部から残渣油をサンプリングしたので，分析結果をTable 9に示した。分析は原子吸光法で行ったものである。Ca， Znが殆んどであるが，

これは使用しているシステム油の添加剤に含まれるものである。Fe， Cr， Cu， Mn， Pb等は主機i関摺動部の摩耗によるものと思われ，特に問題となる程のも

Table 9． Chemical contents of the system oil （service hour，

4000 hr）， derived frorn the oily sludge in L． O． sump tank of the main engine at 22ncl April 1987

Analysis metals （wt． ppm）

Ca Zn Mg Fe Cr Cu Mn Pb NTi

7500 460 35 21 20 1．5 1．0 1．5（一） 1．0（一）

のは検出されなかった。

2．4．シリンダライナの摩耗状況

ディーゼル機関のシリンダライナは，シリンダカバ，

ピストン等と共に燃焼室を形成し，機関にとって特に重要な部分である。ピストンの上死点（Top Dead Center以下TDC）近傍のシリンダライナは，燃焼による爆発力を背圧とする摩擦圧力の高いピストンリングと接触する。シリンダ内は高温，高圧のため，シリンダライナとピストンリングの間の油膜の破断等が発生し，潤滑状態は最悪である。また，運転中のピス

トンは，TDCおよび下死点（Bottom Dead Center 以下BDC）で運動速度がそれぞれ零となる。したがって，境界潤滑状態となり，シリンダライナの油膜形成は非常に因難となる二）故に，一般にシリンダライナの摩耗量は，ピストンがTDCおよびBDCにある時の，No．1，2コンプレッションリング付近が大きくなりやすい。

本船型主機関を運転中，シリンダライナとピストンの位置関係は，圧縮および排気行程で，ビス、トンがT DCにある時，計測位置AがコンプレッションリングNo．1とNo．2の間にくる。また，計測位置Bは No．2オイルリング近辺になる。さらに，計測位置C

はピストン下部より300mm下になる。

反対に膨張および吸気行程で，ピストンがBDCにくると，Aはピストン頂面の上300mmの所に，また，BおよびCはそれぞれNo．1コンプレッションリングおよびNo．2ピストンリング直上の近辺にな

る。

したがって，ピストンの上下運動につれて，シリンダライナのAおよびBは，コンプレッションリング

（3本）とオイルリング（2本）が，主機関回転数の2 倍の回数摺動ずる。CはNo．2オイルリングのみが主機関回転数の2倍宛摺動ずることになる。

Fig．4はTable 4−1の主機関の運転時間とシリンダライナのA，BおよびCにおける摩耗量の関係を示したものである。横軸は摩耗量の計測時期を示す。

このA，BおよびCの摩耗量は，運転時間につれて増加し減少することはない。したがって，1985年および1987年で，それぞれ前回の計測値より摩耗量が減少しているのは，計測部分の掃除が不完全で，カー

ボンフィルム，オイルデポジット等が付着していたり，また，計測の誤差によるものである。しかしながら，各シリンダライナの相対的な摩耗傾向は推定でき

(11)

10

Cyl．1

10

L

O

一

0 0 一

10

日日OOd＼H 嘱舅口30℃一μ邸①き口①口咽H 臼Oて￠HH︑U

o

10 10

Cyl．4

0

0 0

0

巨自8Hこ轟窪︒7慧窪鵠ξH臼①ヌコ︑り

Cyl．1

ota

Cyl．：・

10

0ジ

Cyl．5

ey 1．4

0

1977 1979，19Sl 1983．19S5．1987

Year observed

10

OL

Cyl．3

三園

10

o

10

L vl．3

k

F A direction

OL

1977 19］9 19Sl 19S3 19S5 1987 Year observed Cyl．7

10

oE

P L S direction

o＝

CyL．6

猛慶

F 一 A direction 10

o li：

P b direction

10

1977 ．19］9．1981 ．19B3 ．1985 一1 987

Year observed Fig． 4−1．Wear−down trend of cylinder liners location A （90 mm apart from top） at various locatlons measured from 1977−1987．

Cyl．7

10

C．r1．8

o et

197？ 191g 19Sl 1983 19S5 19S7 Year observed Fig． 4−3． Vkrear−down trend of cylinder liners location C （785 mm apart from top） at various locations measured from 1977−1987．

10

0

10

日日OOH︑州己口30唱1﹂圃①β臼①口咽H﹂Φ唱鐸Hあり

Cyl．1

dtss 10

o

mslm

Cyl ． t：L

一1｝gl．

Cy 1．2

10

．INXX

o

Cyl．

、黛ξ 乏ミ

Cyl．3

むア

1977 1979 1981 1983 1985 1987 Year observed

10

ma F−A direction

團・一・d…c・一・

10

Cvl．7

Cyl．8

0 ＝層

1977 1979 19Sl 19B3 1985 1981

Year observed Fig． 4−2．Vgrear−down trend of cylinder liners location B

（440 mm apart from top） at various locations measured from 1977−1987

る。

Fig．4でシリンダライナの摩耗量は，運転時間の増加につれて，P−S方向およびF−A方向共大きくなる。No．1シリンダを除きAおよびCに比較しB の摩耗量が小さい。これは既に述べた理由による。また，AではP−S方向の摩耗量がF−A方向のそれより大きいが，Cでは反対にF−A方向がP−S方向より大きい。したがって，シリンダの上下では，ピス

トンからのスラストの向きが90℃反対になる。すなわち，ピストンがシリンダライナの中で，上下動につれてみそ摺り運動をするものと思われる。

Fig．4によるとNo．3シリンダのAのP−s方向が最大の摩耗量を示す。しかしながら，この値は限界摩耗量（1．8mm）の4．4％である。

Fig．5はシリンダライナの摩耗傾向を見るため，

各シリンダのP−S方向および：F−A方向の摩耗量を，

それぞれ両軸にとって示したものである。Aではクランク軸と直角なピストン側圧の受圧方向に，またC では反対にクランク軸芯方向に摩耗が進行している。

Table 4−1によると相対的にAの摩耗が大きい。

：Fig．6に主機関の運転時間を横軸にとり，各シリン

(12)

76

6閣五丁 9﹄言＝器﹂尊く璽﹂

o

目□

D

西矢，荒木，古堅，桐：シリンダライナとピストンリングの摩耗

A

z _口

：leOF−A p−s

□□ □□□卸⑭／開﹇﹈

目

□□〔1 □□□ 目

□ 口□□

o o

D

2 4 6 8

P S diTection

B 卜A_：10

p−s

8 β0 4・ 2 0

864208642

自3暑−b雷3﹂︒ε＝︒ヨ＝︾目﹂

0

8 6 4 2 0

P一一S Nol

／V一一一．・

／一ツ〜一

ロユ

バロ

／一べ／＼

ρ0 4・の∠

自O旧刺O㊤﹂巴鴨く一﹂

o

口

無

No4

日﹈臼﹈

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目□ ︐

8

6L Nos

i〆こ

1ⁱ¹ 1． ajD6

i／ xr 一，．／：：

il ／HiAii／ii：1

0 rノ」

O 4 81 16 20 O 4 8 12 16 一〇

Mainengineservice hour （xiooohr｝

Fig． 6 ． lnterrelation between each cylinder liner wear−down in 1／100mm at measured point A and seryice hour of

mam engme．

8

2 4 6

P−S direct ion

4

O nO 4 08 4 0 8

⁝︒了彊婁﹂︒ε＝︒﹁葺δ 口

UX N 岱一一ここ

Nol

No2

口、

コロサハサロ

・二㌦℃

6 4 2

＝O﹇UO㊤﹂旧瑠く1占

No3 8

o

c

□□

目□□□□□ □ □ □目日 □□ 目□□ □ □

：1．OF−A p−s

4

ORり

4

口、、s

g）

閥05

No4

nUOO

4

08

口、

N N

一一X一一一t＝：一＝＝

一一一tP一一 L．

Ne6

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や呪＝㌦一 Qi

．

0

No8

4L k．． 4

・一一ここき。一

一≧一∴昏〜〜

OL一一一M一一：＝一Ell o

A B c A B一

Locations measured

Fig． 7 ． Cylinder liner wear−down in 1／100mm by location in cylinder No． 1 v iNo． 8．

Circles ： F−A clirection ； Squares ： P 一S direction ； Solid symbols ： 1977， Open symbols ： 1987

D

o P ・一 S direction2 4 6

Fig． 5 ． Wear−down of cylinder liner by location （A−C） and by direction （F−A and P−S） in unit of 1／100mm．

ダのAの摩耗量の経時変化を示した。また，Fig．7 に横軸をシリンダライナの計測位置とし，各シリンダの1977年と1982年における摩耗量の変化崇示した。

：Fig．8は各シリンダライナのAにおける1000時間当り摩耗率の推移を示したものであるq横軸は主機