ディーゼル エンジン パワー ユニット ガイド: 仕様、油圧統合、および購入のヒント

油圧システムにディーゼル エンジン パワー ユニットを選択することは、単にブランド間の選択肢ではありません。どれくらいのエンジン出力が必要か、ポンプの排気量がエンジンの回転数とどのように一致するか、騒音と排気コンプライアンスをどのように管理するかについては、システムレベルで決定されます。移動式機械や遠隔地機器を扱う機器製造業者にとって、ディーゼル駆動パッケージは、系統電力に依存せずに油圧を生成する最も信頼性の高い方法であり続けます。最も現実的なアプローチは、最初に油圧流量と圧力要件を定義し、次にエンジン サイズを逆計算し、最後に設置上の制約をサポートするパワー ユニット設計を選択することです。油圧アプリケーション用のディーゼル駆動パッケージを評価している場合、賢明な決定は、エンジン出力が後回しにされるのではなく、最初の仕様書に記載されている油圧回路の要求に一致することを確認することです。

ディーゼルエンジンパワーユニットとは一体何ですか?

ディーゼル エンジン パワー ユニット (ディーゼル油圧パワー パックとも呼ばれます) は、ディーゼル エンジンと油圧ポンプ、カップリング、燃料タンク、冷却ラジエーター、および制御システムを 1 つのスキッドまたはフレームに統合します。エンジンはフライホイールとポンプへのカップリングを介して機械動力を供給し、ポンプはこの回転エネルギーを油圧の流れと圧力に変換します。標準的な水力発電ユニットとの主な違いは原動機です。このユニットは電気モーターの代わりに、電力網から完全に独立して動作できる内燃エンジンを使用します。

これらのユニットは、掘削機、ダンプ トラック、移動式昇降プラットフォーム、緊急油圧システムなどの機器で一般的です。一般的なアセンブリは次のコンポーネントで構成されます。

• ディーゼルエンジン : 主な動力源。通常は単気筒または多気筒のターボチャージャー付きディーゼルです。
• 油圧ポンプ : エンジンのトルクを油圧に変換するギア、ベーン、またはピストン ポンプ。
• カップリング : エンジンからポンプに動力を伝達するフレキシブルまたはリジッドカップリング。
• 作動油タンク : ブリーザー、レベルゲージ、リターンラインフィルターを備えたリザーバー。
• 冷却ラジエター : エンジン冷却液と作動油を安全な温度に保ちます。
• コントロールマニホールド : 正しいアクチュエータに流れを導くバルブ ブロック。

固定速度とトルク特性を持つ電気モーターとは異なり、ディーゼル エンジンはより狭い 回転数 帯域全体でパワーを供給します。この違いにより、ポンプの選択から油圧システムの設計に至るすべてが決まります。

ディーゼルエンジンパワーユニットが油圧システムを駆動する仕組み

ディーゼル油圧パッケージの性能は、エンジン速度とポンプ容量の相互作用によって決まります。油圧流量は次の式で計算されます。 Q = Vp × n / 1000 ここで、Vp は 1 回転あたりのポンプ容量 (立方センチメートル)、n はエンジン速度 (RPM) です。たとえば、エンジンが 1800 RPM で動作し、ポンプの排気量が 60 cc/rev の場合、理論上の流量は 108 L/分 になります。実際の出力は体積効率により若干低くなり、通常、ギア ポンプの場合は 90 ～ 95%、ピストン ポンプの場合は 93 ～ 98% になります。

必要なエンジン出力を決定するには、次の式を使用します。 P = p × Q / (600 × η) ここで、p は圧力 (バー)、Q は流量 (L/min)、η は合成効率です。 200 bar、100 L/min、総合効率 0.85 の場合、必要なエンジン出力は約 39 kW です。つまり、少なくとも 40 kW のディーゼル エンジンを指定する必要があります。スケールダウンする場合も同じ原理が当てはまります。30 L/min で 60 bar を必要とする小型テールボード リフトには約 3.5 kW しか必要ないため、コンパクトな 10 ～ 15 kW エンジンで十分な予備が得られます。

油圧回路とエンジンの関係については、こちらの記事で詳しく解説しています。 油圧システムの動作原理 。この関係を理解すると、ポンプが受け入れることができる以上の流量を供給する強力なエンジンを購入したり、高負荷時に油圧でエンジンを停止させるポンプを購入したりするというよくある間違いを避けることができます。

覚えておくべき重要な側面の 1 つは、エンジンのトルク リザーブです。最大システム圧力でも、ディーゼル エンジンは定格速度に到達できなければなりません。負荷がかかった状態でエンジンが約 1200 RPM を下回ると、出力が低下し、油圧流量が低下し、サイクル タイムが長くなります。そのため、適切に設計されたディーゼル エンジン駆動のパワー ユニットには、特に大容量ピストン ポンプの場合、常にトルク コンバーターまたは適切な減速機が組み込まれています。

主な仕様と選択基準

ご注文の前に、以下のパラメータをご確認ください。これら 8 つの値は、ユニットが特定のマシンで期待どおりに動作するかどうかを定義します。

エンジンパワーが最初の決定点です。テールゲートや小型昇降プラットフォームを操作するために小型の油圧シリンダーのみが必要な場合は、15 ～ 20 kW のディーゼル エンジンで十分です。複数のアクチュエータが同時に動作する多機能マシンの場合は、50 ～ 100 kW 以上を計画する必要があります。

油圧ポンプの容量は使用可能なエンジン回転数の範囲に合わせて選定してください。ポンプが大きすぎるとエンジンが停止したり、キャビテーションが発生したりします。ポンプが小さすぎると、十分なサイクル時間が得られません。システム圧力は、シリンダーが克服する必要がある最大負荷によって決まります。機械が 250 bar を超える圧力で動作する場合、ピストン ポンプはより高い圧力に対応でき、効率が向上するため、通常はギア ポンプよりもピストン ポンプの方が適しています。

タンク容量は放熱に影響します。経験則として、1 分あたりのポンプ流量の 1 ～ 2 倍に等しいタンク容量を選択することです。 80 L/分のポンプの場合、100 ～ 160 L のタンクが一般的です。騒音は、歩行者の近くや都市環境で作動するディーゼル駆動の油圧ユニットにとって大きな懸念事項です。防音筐体のない標準的なディーゼル電源ユニットは、1 メートルで 90 ～ 100 dB(A) を生成できます。より静かな動作が必要な場合は、油圧ポンプの騒音を低減する低騒音エンクロージャまたは油入電源ユニット設計を検討してください。お客様の用途に適した電動またはディーゼル駆動の油圧ユニットを選択するためのガイダンスについては、当社の 直流油圧ユニット選定ガイド バッテリ駆動システムとエンジン駆動システムの補完的な意思決定プロセスをカバーします。

ディーゼル駆動パワーユニットの一般的な用途

ディーゼル エンジンのパワー ユニットとそれに対応する油圧ユニットは、電力網からの独立性が不可欠であるか、機器自体が現場から現場へと移動する多くの分野で使用されます。次のリストは、最も一般的なインストールをカバーしています。

• シザーリフトやブームリフトなどの移動式昇降装置
• セルフローディングダンプトレーラーおよびダンプトレーラー
• 配送トラック用油圧テールボード
• ラインマーキングマシンなどの道路維持管理設備
• 消防または救助用の緊急バックアップ油圧システム
• 穀物トレーラーやベールワゴンなどの農業機械

ダンプトレーラー用単動油圧パワーユニット ギヤポンプ、DCモータ、バルブブロックをコンパクトに組み合わせたユニットで確実な昇降を実現します。さまざまなトレーラー用途に合わせて、オプションの流量制御およびタンク材質を提供します。 製品を見る→

用途ごとに、油圧パワーユニットはエンジンのデューティサイクル内で動作するようにサイズ設定する必要があります。ダンプ トレーラーが油圧シリンダーを作動させるとき、ポンプの需要は断続的であり、通常はエンジンと車両駆動装置を共有できます。対照的に、移動式昇降プラットフォームは長時間連続して動作する可能性があるため、熱の蓄積と燃料の燃焼がより重要になります。そのため、シャーシ ドライブに動力を供給する同じディーゼル エンジンが、PTO シャフトまたは別個の油圧パワー パックを介して油圧ポンプとしても機能することができます。

移動式リフト用永久磁石モータ油圧ユニット ポータブル昇降テーブル用に設計されたこのユニットは、高圧ギアポンプと圧力補償されたスロットルバルブを備えており、スムーズで制御された下降を実現します。複数のモーター サイズと電圧をご用意しています。 製品を見る→

油圧貨物エレベーターや駐車場システムなど、静粛性を維持する必要がある機器の場合は、オープンフレームのディーゼル パワー ユニットよりも油浸設計が好まれます。オイルバスはポンプのリップルを吸収して振動を低減し、密閉型キャノピーと組み合わせると、全体の騒音を 1 メートルで 70 dB(A) 未満に抑えることができ、住宅または商業環境に適しています。

コストとメンテナンスに関する考慮事項

ディーゼル エンジンのパワー ユニットのコストは、資本コスト、燃料およびオイルのコスト、メンテナンス コストの 3 つのセグメントに分類されます。小型の 20 kW ディーゼル駆動油圧ユニットの価格はおよそ 5,000 ～ 10,000 ドルですが、防音機能を備えた高出力 100 kW パッケージの価格は 50,000 ドル以上に達する場合があります。

燃費は負荷率に依存します。ディーゼル エンジンの燃料消費量は、全負荷時に約 200 ～ 240 g/kWh です。ユニットが 40 kW の平均負荷で 8 時間稼働すると、1 日あたり約 64 ～ 77 リットルのディーゼルを消費することになります。一般的な燃料価格は 1 リットルあたり 1.1 ～ 1.3 米ドルで、1 日の燃料費は 70 米ドルから 100 米ドルの間に収まります。作動油は見落とされがちな追加の運転コストです。容量 100 L の油圧パワーユニットでは、汚れや使用状況に応じて、約 2,000 ～ 4,000 時間ごとに定期的なオイル交換が必要になります。

ディーゼル エンジンのメンテナンス間隔は通常、オイルとフィルターの交換で 250 ～ 500 時間、燃料フィルターの場合は 1,000 ～ 2,000 時間、大規模なオーバーホールの場合は 10,000 ～ 20,000 時間です。油圧システム自体も清浄である必要があります。リターンラインフィルターの詰まりは、油圧ポンプの故障後に最も頻繁に起こる故障モードの 1 つです。タンクのブリーザーエアフィルターを清潔に保つことは、簡単ですが大きな影響を与えるメンテナンス手順です。

騒音やエネルギー消費が決定要因となる作業の場合、可変速ポンプまたは負荷感知制御を備えた省エネ油圧ユニットを使用すると、固定容量型ポンプ システムと比較して燃料消費を 20 ～ 30% 削減できます。これは、エンジンをシャットダウンできない状態で長時間実行されるアプリケーションに特に関係します。

ディーゼル vs. 電力: 各ドライブトレインが勝つところ

ディーゼル駆動システムと全電気システムのどちらを選択するかは、多くの場合、機械が固定式か可動式かによって決まります。次の比較は、主なトレードオフをまとめたものです。

機械が作業現場間を移動し、送電網への接続に依存できない場合、多くの場合、ディーゼル オプションが唯一の現実的な選択肢になります。装置が工場のホールや倉庫に設置されている場合は、電気モーターまたは静かな油入油圧ユニットにより、騒音が低く、排気ガスが発生しません。混合環境の場合、一部の機器メーカーはディーゼル エンジンと電気モーターを組み合わせてポンプを動作させ、旅行時の燃料の独立性と屋内搬入時のクリーンな都市運用という両方の長所を提供します。

ディーゼルエンジンと油圧パワーユニットの統合に関するヒント

ディーゼル エンジンと油圧パワー ユニットの統合は、いくつかの詳細に注意を払う必要がある技術的な作業です。最も一般的な間違いは、大まかなポンプの選択、不正確なカップリングの位置合わせ、過小なオイル タンクです。以下の項目を段階的に実行してください。

1. 適切なアライメントを備えたダイレクト カップリングまたはフレキシブル カップリングを選択してください。カップリングの位置がずれていると、振動やベアリングの早期故障が発生する可能性があります。
2. タンクへのポンプ入口ラインは、特に高速で動作するディーゼル エンジンの場合、キャビテーションを避けるために、できるだけ短く、直径を大きくする必要があります。
3. システムをクリーンに保つために、高品質のリターンラインフィルターとブリーザーをタンクに取り付けてください。
4. 取り付け方向を考慮してください。一部の油圧パワーユニットは、騒音を低減しポンプの寿命を延ばすために、ポンプが油の中に浸漬される油浸設計を採用しています。この構成は、静粛性が求められるディーゼル駆動のパッケージに適しています。
5. エンジン回転数とポンプ速度を一致させます。多くのディーゼル エンジンの定格速度は 1500 ～ 2200 RPM ですが、油圧ポンプは通常、最大 3000 RPM の速度で動作します。エンジン速度が低すぎる場合、必要な流量を達成するためにより大きなポンプ容量が必要になる場合があります。
6. ディーゼルエンジンに十分なパワーリザーブがあるかどうかを確認してください。推奨される予備余裕は、ポンプの摩耗、圧力損失、およびコールドスタート抵抗をカバーするために、計算された油圧出力より少なくとも 15 ～ 20% 上回ります。

アキュムレータ式省エネ油圧ユニット このステーションは、アキュムレータと低漏れコンポーネントを使用して、最小限のモータ動作で圧力を維持し、マシニング センターの消費電力と騒音を大幅に削減します。 製品を見る→

見落とされがちな要因は、作動油の粘度です。ディーゼル エンジンのパワーパックは寒い天候で頻繁に始動され、粘度の高いオイルによりポンプが停止したり、キャビテーションが発生したりすることがあります。 周囲温度が低い 。流動点が -30°C 未満のマルチグレード作動油を使用し、タンク ヒーターを取り付けることは、寒冷地での信頼性を向上させる簡単な方法です。

よくある質問

1. ディーゼルエンジンパワーユニットとは何ですか?

ディーゼル エンジン パワー ユニットは、ディーゼル エンジン、油圧ポンプ、カップリング、流体リザーバ、冷却システムで構成される内蔵型パワー パッケージです。ディーゼル燃料を油圧エネルギーに変換し、シリンダーや油圧モーターを駆動します。電源が供給できないモバイル機器やフィールド機器に広く使用されています。

2. 油圧ポンプに合わせてディーゼル エンジンのサイズを決定するにはどうすればよいですか?

必要な流量と圧力から開始します。使用する P = p × Q / (600 × η) 必要なエンジン出力を求め、15 ～ 20% のリザーブを追加します。たとえば、200 bar、80 L/min では、合計効率 0.85 で約 32 kW が必要となるため、37 ～ 40 kW 程度のエンジンを選択します。

3. ディーゼルエンジンパワーユニットは屋内で使用できますか?

はい、ただし制限があります。ディーゼル排気には一酸化炭素が含まれているため、屋内での使用には適切な換気と排気の排出が必要です。屋内での操作が頻繁にある場合は、通常、電動または油入油圧ユニットを選択する方が安全です。継続的な低騒音アプリケーションの場合は、密閉型エンジン キャノピーと排気マフラーを備えた静音パワー ユニットを検討してください。

4. 開いた油圧回路と閉じた油圧回路の違いは何ですか?

開回路では、ポンプがタンクからオイルを吸引し、戻りオイルがタンクに戻ります。閉回路では、ポンプと油圧モーターがループを形成し、小型チャージポンプが漏れを補償します。ディーゼル エンジンのパワー ユニットは通常、メンテナンスの簡素化と容易化のためにオープン回路を使用します。

5. ディーゼルエンジンパワーユニットはどのくらい連続して稼働できますか?

適切にメンテナンスされたディーゼル エンジンは 24 時間稼働できますが、冷却と油温が制限要因となります。作動油の推奨最高温度は、標準鉱油で約 60 ～ 70℃です。油温が常に80℃を超える場合には、オイルタンクの大型化やオイルクーラーが必要となります。

6. ディーゼル駆動の油圧パワーユニットにはどのようなメンテナンスが必要ですか?

毎日の点検には、エンジン オイル レベル、ラジエーター冷却液レベル、作動油レベル、燃料レベルが含まれます。定期メンテナンスには、エンジン オイルとフィルターの 250 ～ 500 時間ごとの交換、燃料フィルターの交換 1000 時間ごと、エア フィルターの清掃 500 時間ごと、油圧オイルの交換 2000 ～ 4000 時間ごとが含まれます。カップリングとシャフトのアライメントは 1000 時間ごとに検査する必要があります。

ディーゼルエンジンパワーユニットを成功させる鍵は、入手できる最大のエンジンを購入することではなく、出力を油圧要件に適合させることです。遠隔地または屋外条件で独立して確実に動作する必要がある移動式油圧システムを構築している場合は、適切なサイズのポンプ、堅牢な冷却システム、および合理的な騒音制御戦略を備えたディーゼル駆動ユニットを選択してください。システムの油圧部分がエンジンと注意深く適合していれば、パッケージ全体が、予測可能なメンテナンス予算で何年にもわたって信頼できるパフォーマンスを提供します。