Viertakt-Schiffsmotor: Wie Zylinderköpfe und Ersatzteile funktionieren

Ein Fischereifahrzeug kommt mit einem Kompressionsleck an einem Zylinder seines Hilfsmotors an Land. Der Zylinderkopf ist innerhalb eines Tages kaputt und der Chefingenieur steht vor der vertrauten Entscheidung: das Gussteil reparieren oder ersetzen. Bei einem Viertakt-Schiffsmotor kommt es bei dieser Entscheidung normalerweise auf drei Dinge an: den Zustand der Ventilsitze, die Ebenheit des Feuerdecks und das Ergebnis eines Drucktests an den Kühlkanälen. Alles, was danach kommt, ist eher ein Beschaffungsproblem als ein technisches.

Viertakt-Schiffsmotoren decken ein sehr breites Aufgabenspektrum ab, von kleinen Generatorsätzen auf Küstenbooten bis hin zu mittelschnellen Hauptmotoren auf Fähren, Schleppern und Fischerbooten. Gemeinsam ist ihnen ein Zündzyklus, der zwei Kurbelwellenumdrehungen erfordert, und ein Zylinderkopf, der gleichzeitig die Verbrennung abdichten, die Ventile führen, die Einspritzdüse tragen und Kühlmittel leiten muss. In diesem Artikel wird erklärt, wie der Zyklus funktioniert, wo sich der Zylinderkopf in diesem Zyklus befindet und wie man Ersatzteile kauft, ohne dass es zu einem zweiten Ausfall kommt.

Was tatsächlich während der vier Schläge passiert

Der Name leitet sich von der Anzahl der Kolbenbewegungen ab, die erforderlich sind, um einen Arbeitszyklus abzuschließen. Einlass, Kompression, Leistung und Auslass; vier Kolbenhübe, zwei Kurbelwellenumdrehungen, ein Einspritzvorgang pro Zylinder.

• Induktionshub. Das Einlassventil öffnet sich und der Kolben bewegt sich nach unten und saugt Luft an, die normalerweise bereits einen Turbolader und einen Nachkühler passiert hat.
• Kompressionshub. Beide Ventile sind geschlossen und der Kolben fährt nach oben, drückt die Ladung auf etwa 30 bis 55 bar und erhitzt sie deutlich über die Zündtemperatur von Dieselkraftstoff.
• Kraftschlag. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird Kraftstoff eingespritzt, er verbrennt und das expandierende Gas treibt den Kolben nach unten. Dies ist der einzige Schlag, der nützliche Arbeit hervorbringt.
• Auspuffhub. Das Auslassventil öffnet sich und der aufsteigende Kolben drückt das verbrannte Gas in den Krümmer und den Turbolader.

Aufgrund dieser Reihenfolge muss ein Viertakt-Zylinderkopf mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil, häufig jeweils zwei, sowie die Einspritzdüse, die Ventilführungen, die Ventilsitzeinsätze und die Kühlkanäle, die sie trennen, tragen. Die Nockenwelle und die Stößel oder Kipphebel, die diese Ventile antreiben, sind auf die Kurbelwelle abgestimmt, sodass jedes Ereignis im richtigen Winkel stattfindet.

Ein Zweitaktmotor zündet stattdessen bei jeder Kurbelwellenumdrehung und nutzt dabei Spülöffnungen und ein Auslassventil oder eine Auslassöffnung. Dieser einzige Unterschied erklärt, warum die beiden Motortypen an Bord unterschiedliche Aufgaben hatten.

Warum Schiffe immer noch Viertaktmotoren verwenden

Ein Zweitaktmotor erzeugt bei jeder Umdrehung einen Krafthub, weshalb die größten Hochseeschiffe langsam laufende Zweitaktmotoren als Hauptantrieb verwenden: weniger Teile, Toleranz für schweres Heizöl und sehr geringer Kraftstoffverbrauch pro Kilowattstunde. Viertaktmotoren überzeugen in anderen Punkten, die für Besitzer und Betreiber wichtig sind: geringeres Gewicht bei gleicher Leistung, kleinerer Platzbedarf, bessere Emissionskontrolle und höhere Drehzahlen, die es einem direkt gekoppelten Generator ermöglichen, 50 Hz oder 60 Hz Leistung ohne Getriebe zu erzeugen.

In der Praxis sind die meisten Viertakt-Schiffsmotoren Hilfsmotoren oder Hauptmotoren auf kleineren Schiffen. Die Generatorleistung liegt normalerweise bei 750, 1.000, 1.200, 1.500 oder 1.800 U/min, je nach Polzahl und Netzfrequenz, während mittelschnelle Antriebseinheiten normalerweise zwischen 400 und 1.000 U/min laufen.

Warum Viertakt-Zylinderköpfe ausfallen

Ein Viertakt-Zylinderkopf ist ein einziges Gussteil, das das Feuerdeck, zwei oder vier Ventilanschlüsse, die Einspritzdüsenbohrung und ein Netzwerk von Kühlkanälen enthalten muss. Für einen allgemeinen Überblick über das Teil und die Oberflächen, die bei der Inspektion wichtig sind, finden Sie diese Erklärung von was ein Zylinderkopf ist deckt die Grundlagen ab.

Im Betrieb kann das Metall auf der Feuerdeckseite drei- bis vierhundert Grad Celsius erreichen, während es auf der Wasserseite nahezu neunzig Grad beträgt. Jeder Lastwechsel treibt das Gussteil durch dieses Gefälle, und nach mehreren tausend Betriebsstunden zeigen sich die Folgen an vorhersehbaren Stellen:

• Ventilsitze versinken im Kopf, dadurch sitzt das Ventil tiefer und das Stößelspiel schließt sich.
• Zwischen zwei Sitzen oder zwischen einem Sitz und der Einspritzdüsenhülse treten Risse auf.
• Kühlkanäle weisen Löcher auf und korrodieren, am häufigsten neben dem Auslassventil.
• Die Dichtungen der Einspritzdüsen versagen, wodurch Kraftstoff in das Kühlwasser oder Wasser in den Zylinder gelangt.
• Das Feuerdeck verformt sich, wodurch die Dichtung beschädigt wird.
• Das Gewinde der Kopfschraube dehnt sich oder löst sich im Block.

Keines dieser Probleme kündigt sich stillschweigend an. Ein sinkender Kompressionswert, steigende Abgastemperatur an einem Zylinder, Blasen im Ausgleichsbehälter oder ein kleiner Abfall des Kühlmittelstands sind die üblichen ersten Anzeichen.

Reparieren oder ersetzen Sie den Zylinderkopf

Die Schlussfolgerung zunächst: Wenn ein Viertakt-Schiffszylinderkopf Risse zwischen den Ventilsitzen aufweist oder mehr als zwei Sitzeinsätze mit starker Sitzvertiefung ausgetauscht werden müssen, ist der Austausch in der Regel kostengünstiger als Schweißen und Nachbearbeiten und weit weniger riskant. Wenn es sich um eine Routineüberholung handelt, bei der lediglich Ventile, Führungen und Sitze erneuert werden müssen, ist eine Reparatur dennoch sinnvoll.

Bei einem einzelnen Kopf entscheiden diese Bedingungen normalerweise über den Austausch:

• Die Ebenheit des Feuerdecks liegt außerhalb der Herstellergrenze, die oft in Bruchteilen eines Millimeters gemessen wird.
• Leckage aus dem Kühlraum während eines hydrostatischen Drucktests.
• Risse zwischen den Sitzen oder neben dem Auslassventil.
• Eine nicht mehr runde Injektorbohrung oder beschädigte Gewinde.
• Ein Gussteil, das bereits zwei- oder dreimal repariert wurde.

Das Beschaffungsrisiko gehört in die gleiche Berechnung. Ein überarbeiteter Kopf bedeutet zusätzliche Bearbeitungszeit, einen zweiten Satz Dichtungen und einen weiteren Kranhub, und ein daneben wartendes Gefäß kostet mehr pro Tag als ein neuer Ersatzguss.

Bestellung eines Ersatzzylinderkopfes für einen Viertaktmotor

Ein Ersatzzylinderkopf ist ein kompatibles Teil, das nach den Originalabmessungen hergestellt wird, kein Originalteil. In der Praxis bedeutet das, dass das Motormodell auf dem Typenschild nicht ausreicht. Für die Bestellung sind eine Reihe von Maßen und Kennzeichnungen erforderlich, bevor etwas geschnitten oder versendet wird.

• Motormarke, Modell und Seriennummer.
• Betrieb, Generator oder Antrieb, da die Ventilanordnung innerhalb einer Motorenfamilie unterschiedlich sein kann.
• Anzahl der Ventile, Ventilkopfdurchmesser und Ventilschaftdurchmesser.
• Injektortyp und Injektorhülsenabmessungen.
• Position und Muster der Kühlwasserlöcher.
• Dicke des Feuerdecks und Gesamtkopfhöhe.

Ebenso wichtig sind Dokumentation und Vorlaufzeit. Fordern Sie ein Materialzertifikat, einen Drucktestbericht und ein Maßkontrollprotokoll an und bestätigen Sie, wie das Teil verpackt ist, denn ein ungeschütztes Feuerdeck übersteht eine lange Seefrachtstrecke nicht. Ein nach Motormarken geordnetes Lieferprogramm finden Sie im Ersatzteilkatalog für den Austausch von Zylinderköpfen .

Passende Zylinderköpfe nach Motormarke

Zylinderköpfe sind selten markenübergreifend austauschbar. Ein Gussstück für einen Hersteller und ein Gussstück für einen anderen Hersteller haben die Schraubenlöcher und sonst kaum etwas gemeinsam, weshalb die Sortierung nach Marke und Modell der praktische Weg ist.

Mittelschnelllaufende Motoren von MAN sind auf Fähren und Schleppern weit verbreitet und ihre Köpfe verfügen normalerweise über vier Ventile mit dicht gepackten Kühlkanälen, sodass die wasserseitige Geometrie am schwierigsten korrekt zu reproduzieren ist.

DONGFANG Zylinderkopf | Ersatz-Ersatzteile, kompatibel mit MAN-Schiffsdieselmotoren Kompatible Modelle: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Produktübersicht DONGFANG-Zylinderköpfe sind kompatible Ersatzteile von Drittanbietern... Produkt anzeigen →

Yanmar-Motoren sind überall auf Fischerbooten und kleinen Küstenschiffen zu finden, von einigen zehn Kilowatt bis hin zu einigen tausend Kilowatt, und ihre Zylinderköpfe werden häufig bei Generalüberholungen und nicht bei kompletten Umbauten ausgetauscht.

DONGFANG Zylinderkopf | Ersatz-Ersatzteile, kompatibel mit Yanmar Marine Diesel Engi Kompatible Modelle: NY160, N165, N180, EY180, N210, EY220, N260, EY260, N280A, N330, S165, S185, M200L, M220L, RAL170, MAL220, UAL200UT, T240, T260, Z280DT, Z280ET, MF2... Produkt anzeigen →

Daihatsu-Aggregate mit mittlerer Drehzahl werden häufig als Hilfsantrieb verwendet, und ein nicht übereinstimmender Zylinderkopf macht sich hier schnell als ungleichmäßige Abgastemperatur über die Zylinder hinweg bemerkbar.

DONGFANG Zylinderkopf | Ersatz-Ersatzteile kompatibel mit Daihatsu Marine Diesel En Kompatible Modelle: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18 Produkt anzeigen →

Ähnliche Ersatzköpfe werden für andere Schiffsmotorenfamilien geliefert, darunter Akasaka-, Kobe-, MaK-, Makita-, Wartsila-, Hanshin- und Niigata-Modelle, sowie für inländische chinesische Dieselmotoren, die im Generator- und Pumpenbetrieb eingesetzt werden.

Installations- und Probefahrtprüfungen

Die richtige Montage des Kopfes entscheidet darüber, ob der Austausch genauso lange hält wie das Original. Gehen Sie diese Schritte der Reihe nach durch:

1. Vergleichen Sie den neuen Guss mit dem alten Kopf oder der Zeichnung, bevor Sie etwas reinigen, und überprüfen Sie die Position der Wasserlöcher, die Dicke des Decks und die Bohrung der Einspritzdüse.
2. Reinigen Sie die Blockgewinde, prüfen Sie die Kopfschrauben auf Dehnung und ersetzen Sie alle Schrauben, die nachgegeben haben.
3. Setzen Sie eine neue Dichtung richtig herum ein, prüfen Sie die Öl- und Wasserdurchgänge und vermeiden Sie Dichtmittel, es sei denn, der Hersteller schreibt dies vor.
4. Ziehen Sie die Kopfschrauben in der angegebenen Reihenfolge und in den angegebenen Schritten mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel und, sofern angegeben, einer Winkellehre an.
5. Stellen Sie das Ventilspiel im kalten Zustand ein und notieren Sie die Werte, damit sie im heißen Zustand erneut überprüft werden können.
6. Füllen und entlüften Sie das Kühlsystem und prüfen Sie dann die Kopfverbindungen und die Einspritzhülsen auf Undichtigkeiten.
7. Lassen Sie den Motor zunächst unbelastet und dann unter Last laufen und achten Sie dabei auf die Abgastemperatur, die Temperatur am Mantelwasserauslass und den Kurbelgehäusedruck für jeden Zylinder, der sich anders als die anderen verhält.

Das Nachziehen des Drehmoments nach den ersten Betriebsstunden ist bei vielen mittelschnelllaufenden Motoren immer noch Standard, auch wenn das Handbuch dies nicht vorschreibt. Es kostet eine Stunde und verhindert später einen viel teureren Ausfall.

Der Viertaktzyklus hat sich seit einem Jahrhundert nicht verändert, und auch die Gründe für den Ausfall von Zylinderköpfen haben sich nicht geändert. Was sich ändert, ist, wie einfach es ist, einen Ersatz zu finden, der den ursprünglichen Abmessungen, den ursprünglichen Wasserkanälen und dem ursprünglichen Material entspricht. Stellen Sie vor der Bestellung Marke, Modell und Messdaten zusammen, nehmen Sie sich die Zeit, die Abmessungen des Feuerdecks und die Kühlgeometrie zu bestätigen, und das Schiff hält seinen Zeitplan ein.