JP3991039B2 - 単一列に１４シリンダーを有する、２ストロークのターボチャージャー付き内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、単一列に１４シリンダー、少なくとも１つの排気ガス受け容器、少なくとも２つのターボチャージャー、及び、少なくとも１つの細長い排出空気受け容器を備えた排出空気システムを有する、２ストロークの定圧ターボチャージャー付き内燃エンジンに関する。各々のシリンダーは、排出空気受け取り容器に接続された排出空気入口と、少なくとも１つの排気ガス受け容器へと導く排気通路と、を有し、前記ターボチャージャーは、そのタービン側で排気ガス受け容器と接続され、そのコンプレッサ側で排出空気システムに接続され、前記エンジンは、エンジンシリンダーＣ１〜Ｃ１４の点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有する。

排出空気受け容器を備えたエンジンは、所謂、定圧ターボチャージャーを使用する。この定圧ターボチャージャーは、シリンダーからの排出ガスを、連係された排出通路を通過させて共通の排出受け容器に至らせることにより、均等化されるという原理に基づいている。この共通の排出受け容器は、個々のシリンダーからの排気ガス流れパルスが、シリンダーからの多数の高い強度のガス流れパルスを等しい圧力の共通のガス流れへと膨張させることを可能にするのに十分に大きい体積の細長い圧力容器である。

ターボチャージャーのタービン部は、エンジンの負荷が一定であるとき、一定圧力で排気ガスを受け取る。これは、ターボチャージャーの効率を増大させ、ターボチャージャーのコンプレッサ部からエンジンシリンダーの入口の排出空気システムへの入口空気の一定供給を生じさせる。排気ガス受け容器の圧力揺らぎは、ターボチャージャーのパワーの揺らぎを引き起こし、かくして、チャージ空気システムにチャージされる空気の分配量を不均一にし且つ変動させる。

エンジンの入口側への排出空気の供給は、チャージ空気でシリンダーを充填する工程に影響を及ぼし、よって、シリンダーの燃料プロセス及び燃焼で展開されたパワーに影響を及ぼす。１４シリンダーを備える直列エンジンは、細長い長さを持ち、かくして、細長い排出空気受け容器を有することになる。ターボチャージャーから供給されたチャージ空気における圧力変動は、ある程度まで、排出空気受け容器において圧力変動を引き起こし得る。しかし、排出空気受け容器におけるより大きな圧力変動は、シリンダーが、排出空気受け容器からの清掃及びチャージ空気を消費するパターンにより形成される。

１４シリンダーの２ストローク直列エンジンにおける問題点は、少なくとも１つの排出空気受け容器内のガス圧力揺らぎが、空気をチャージすることに関してシリンダーの負荷の相違を引き起こすということである。これらの相違は、互いから一定距離に配置されたシリンダーの間で発生し、シリンダー内の燃焼で展開されたパワーで望ましくない変動を引き起こし、これは、特に燃料の適用量の観点で、シリンダーの制御に影響を及ぼす。

本発明の目的は、エンジンが一定負荷で駆動しているとき、チャージ空気でシリンダーを充填する際の変動により引き起こされるエンジンシリンダーへの燃料適用量における揺らぎを最小にし又は回避するということである。

上記事実に鑑みて、本発明に係る、２ストローク定圧ターボチャージャー付きの内燃エンジンは、１４個のシリンダーが、少なくとも次の４つの要求（ａ）乃至（ｄ）、即ち、
ガス圧振動の第４次高調波成分に対して、

ガス圧振動の第５次高調波成分に対して、

ガス圧振動の第６次高調波成分に対して、

ガス圧振動の第７次高調波成分に対して、

が充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有することを特徴とする。ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１におけるＦ（１）＝１とシリンダーＣ１４におけるＦ（１４）＝−１との間のシリンダーの位置に関して線形補間された重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定する。ベクトルの長さは、生成された正弦成分の２乗と生成された余弦成分の２乗との総和の平方根として、従来の態様で計算されている。

１４個のシリンダーの直列エンジンの点火シーケンスが、上記要求に従うとき、排出空気受け容器における圧力揺らぎの形成のための主要源は、シリンダーへの燃料供給が排出空気圧力揺らぎによっては主要には影響を及ぼされないような低いレベルにまで最小化された。上記要求を満足する点火シーケンスは、排出空気受け容器においてあまり大きくない空気の圧力揺らぎを形成するシーケンスで、シリンダーに排出空気受け容器からの排出及びチャージ空気を消費させる。

好ましい実施例では、上記１４個のシリンダーは、次の要求（ｅ）、即ち、

も充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有することを特徴とする。ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１においてＦ（１）＝０であり、且つ、Ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ−１）＋（シリンダーＣ_ｎ−１の中心線からシリンダーＣｎの中心線までの距離／シリンダー間の公称距離）である重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定する。シリンダー間の公称距離は、シリンダー間に単一主要ベアリングのみを有するシリンダーの間の距離であり、典型的には、シリンダーＣ１及びＣ２の中心線の間の距離である。１４シリンダーエンジンでは、クランクシャフトは、典型的には連結された２つの部品で製造されており、これらの部品は典型的には、２つのシリンダーの間に一緒にボルト留めされることにより連結される。これらの２つのシリンダーの間には２つの主要なベアリングが存在しており、その結果、該２つのシリンダーは、上記公称距離より長い距離で分離されている。

１４シリンダーの２ストロークエンジンとしての長い直列エンジンは、典型的には、船内の推進エンジンとして使用される。要求（ａ）乃至（ｄ）に従って点火シーケンスを設計することにより得られる利点は、要求（ｅ）を満足させることによって更に向上する。要求（ｅ）は、所謂ニックモーメントが減少される利点を更に提供する。ニックモーメントは、タイロッド及び主要ベアリングで作用する垂直力の、シリンダーに亘って重み付けられた総和である。このニックモーメントは、垂直平面内で、エンジン及び船体の望ましくない振動を惹起する傾向を持つ。

更なる実施例では、上記１４個のシリンダーは、次の要求（ｆ）、即ち、

も充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有しており、ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１においてＦ（１）＝０であり、且つ、Ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ−１）＋（シリンダーＣ_ｎ−１の中心線からシリンダーＣｎの中心線までの距離／シリンダー間の公称距離）である重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定する。第２次高調波成分のニックモーメントは、タイロッド及び主要ベアリングで作用する第２次高調波成分の垂直力の、シリンダーに亘って重み付けられた総和である。これらの第２次高調波成分のニックモーメントは、望ましくない垂直振動を惹起し得る。上述した要求（ｅ）及び（ｆ）の両方が満足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を備えた１４個のシリンダーでエンジンを作ることも可能となり、これによって、垂直船体振動に関するニックモーメントの影響が最小になる。好ましくは、Ｖｎｉｃｋ（２）は、３．０よりも小さく、更に好ましくは、２．０より小さいのがよい。

最も好ましい実施例では、１４個のシリンダーは、次が成立するような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有する。
（ａ） ガス圧振動の第４次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（４）＜１、
（ｂ） ガス圧振動の第５次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（５）＜２、
（ｃ） ガス圧振動の第６次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（６）＜２、
（ｄ） ガス圧振動の第７次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（７）＜２．２、
（ｅ） 第１次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（１）＜１．５、
（ｆ） 第２次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（２）＜１．５
これらの基準を充足する点火シーケンスは、例外的に木目の細かい駆動状態をエンジンに提供し、エンジンの長さ全体に沿って排出空気受け容器内に均等な圧力を得る。加えて、振動レベルは、従来考えられていた振動レベルが受容可能以内に収まるという意味で非常に細かくなる。１４シリンダーエンジンに対して、可能となる６，２２７，０２０，８００の点火シーケンスから、６００より少ない点火シーケンスがこれらの基準を満たす。

上記点火シーケンスは、２つの連続するシリンダーの点火の間のクランクシャフトの回転角度が３６０°／１４という意味で均等になることができる。この固定サイズ角度は、エンジンの全てのシリンダーに対して使用される。特定のエンジン設置において特別の問題が存在する場合、少なくとも２対の連続的に点火するシリンダーの点火工程の間のクランクシャフトの回転角度が３６０°／１４とは異なるという意味で不均等である、点火シーケンスを使用することにより、振動パターンを微調整することも可能となる。

本発明の実施例における例は、概略的に示された図面を参照する次の説明において、より詳細に記載されている。

図１には、１４シリンダーを有する大型２ストローク定圧ターボチャージャー付きのクロスヘッド式内燃エンジンを通した断面図が示されている。当該エンジンは、例えば、マンＢ＆Ｗディーゼル製及びＭＣ又はＭＥ式であるか、又は、サルズァーＲＴ−フレックス又はサルツァーＲＴＡ式のヴェルトシレ製のいずれかであり得る。これらのシリンダーは、例えば、６０ｃｍ乃至１２０ｃｍ、好ましくは８０ｃｍ乃至１２０ｃｍの範囲、更に好ましくは９５ｃｍから１２０ｃｍの範囲にあるボアを持つことができる。当該エンジンは、例えば、シリンダー当たり３０００ｋＷ乃至８０００ｋＷの範囲のパワー、好ましくは、シリンダー当たり４０００ｋＷ乃至７０００ｋＷの範囲のパワー、例えば、シリンダー当たり少なくとも５０００ｋWのパワーを持つことができる。各々のシリンダーＣ１〜Ｃ１４は、典型的には、その下側端部に一列の排出空気ポート２を備えたシリンダーライナー１と、シリンダーの頂部に配置された排気バルブ４を備えるシリンダーカバー３と、を有する。

ピストン５は、ピストンロッド６上に取り付けられ、該ピストンロッドは、クロスヘッド７及び接続ロッド８を介して、クランクシャフト１０上のクランクピン９と接続される。クランクシャフトジャーナル１１は、ベッドプレート１２内に取り付けられた主要ベアリング内に配置されている。

クロスヘッドは、垂直延在案内平面上を摺動する、案内シュー１３により横断方向に支持されている。案内平面は、エンジンの静止Ａフレーム１４に固定されている。シリンダー区分１５は、Ａフレームの頂部上に取り付けられている。

シリンダーカバー３は、カバースタッド１６によりシリンダー区分に固定されている。タイロッド１７は、シリンダー区分から下方にベッドプレートへと延在し、それらは、シリンダー区分１５をベッドプレート１２に固定する。各シリンダー区分上で作用する典型的には４つのタイロッド１７が存在し、該タイロッドからの下方への力の総和は、シリンダー内の燃焼チャンバー内での燃焼により展開された最大圧力により引き起こされるシリンダーカバー上で上方に向いて作用する力を超える。

排気ガスダクト１８が、排気バルブの領域で個々のシリンダーから延在し、一定数のシリンダーに共通する排気ガス受け容器１９へと開口する。エンジンは、全てのシリンダーに共通した単一の排気ガス受け容器のみを持ち得る。又は、当該エンジンは、互いの延長上で端部同士を接続して配置され、典型的にはガス流れ通路を通して相互接続された、複数の、例えば２又は３個の排気ガス受け容器を持つこともできる。

排気ガス受け容器は、円柱断面を備えた圧力容器である。排気ガスダクト１８は、排気受け容器１９内に延在し、排気バルブが開放されたとき、連係する燃焼チャンバーから排気ガスを分配する。排気ガス受け容器では、排気ガスダクトから放出された排気ガス圧振動により引き起こされた排気ガス受け容器の圧力変動は、より均等な圧力へと均一化される。

排気ガスが、ターボチャージャーのタービン部２２を通って、排気通路２１を介して流れることができる態様で、４つのターボチャージャー２０が、排気ガス受け容器１９に接続されている。該タービン部では、該排気ガスが、ターボチャージャーのコンプレッサ部２４に配置されたコンプレッサ車輪のための駆動シャフトに取り付けられているタービン車輪のための駆動媒体として作用する。コンプレッサ部２３は、空気流れ通路２４を介して矢印Ａの方向に、及び、可能な場合には、入口空気クーラー２５を介して排出空気システム２６へと圧縮空気を分配することができる。

排出空気システムは、幾つかの又は全てのシリンダーに共通した、少なくとも１つの排出空気受け容器２７と、シリンダーにより消費されるべき空気で入口空気チャンバーを充填するため入口空気が矢印Ｂの方向に流れることができるように、排出空気受け容器を入口空気チャンバー２９に接続する、個々のシリンダーに対して設けられた流れ通路２８と、を備える。排出空気受け容器は、断面が円形である円柱形状を備えた圧力容器である。チェックバルブ３１は、排出空気受け容器２７の下側部分の空気入口のところに設けられている。

入口空気は、排出空気及びチャージ空気の両方に言及されている。入口空気は、同一のものである。しかし、２ストロークエンジンに対しては、排気バルブが開放されている間に、燃焼生産物のため燃焼チャンバーを排出する（クリーンにする）ためには入口空気が必要とされ、排気バルブの閉鎖後には、次の燃焼プロセスのためシリンダーを充填するため当該入口空気が必要とされる。入口空気チャンバー２９は、排出空気ポート２を備えたシリンダーライナー１の下側部分を、取り巻いている。

２ストロークサイクルの燃焼サイクルの間、ピストン５は、該ピストンが下死点位置でシリンダーライナーの最下側部に配置されるまで下方向に移動される。該下死点位置では、該ピストンの上側表面が排出空気ポート２の下方に配置されている。この下方向への移動の間ピストンが排出空気ポートを通過する瞬間には、入口空気チャンバー２９からの空気は、シリンダーへと流れ込み、前記チャンバー内で圧力低下を引き起こし、シリンダー内へと導く流れ通路２８の近傍の局所領域における排出空気受け容器内にも圧力低下を引き起こす。

排出空気受け容器内の、空気消費及びこれに関連した局所圧力低下は、排出空気受け容器の長さに沿って分布された流れ通路２８で発生する。シリンダーは、エンジンの点火シーケンスに依存した時刻で連続的な態様で空気を消費する。入口空気のシリンダーへの分配は、時間及び場所の両方に関して変動するので、排出空気受け容器内部の空気は、揺らぎを生じ得る。排出空気受け容器内部の長さ方向のガス圧力波の自然の周波数は、とりわけ、受け容器の長さに依存している。

図５に示された排出空気受け容器は、エンジンの全てのシリンダーに共通しており、その結果、エンジンの完全な長さに沿って延在する。排出空気受け容器内の空気揺らぎの最低の自然周波数は、所謂、第１のモードのガス圧振動に対応し、該パルスでは、受け容器端部の圧力が逆移送であり、最大速度変化は、受け容器の中央部で発生する。第１のモードのガス圧振動は、図５の曲線ａにより図示されている。第２のモードのガス圧振動は、図５の曲線ｂにより図示されている。第１のモードのガス圧振動は、単一ノード３２を有し、第２のモードのガス圧振動は、２つのノード３２を有し、即ち、モード数のあらゆる増分に対して一つのノードが追加されていく。

排出空気受け容器内でガスの動的振動を励起するため空気の連続的な消費の能力は、エンジンの点火シーケンス及び現在のエンジン速度に依存する。圧力波の周波数がガス圧振動の特定のモードに対する自然周波数と一致する場合には、かなり大きい圧力波の揺らぎが発生し得る。これらの望ましくない圧力揺らぎは、シリンダー、特に、関連する振動の次数においてノード３２から最大の距離に配置されたシリンダーの充填に影響を及ぼし得る。

端部間同士の関係に一方を他方の後に配置された幾つかの受け容器区分へと、排出空気受け容器を分割することは、勿論、可能である。これが個々の排出空気受け容器の長さを変化させるが、それは、圧力揺らぎの問題を解決しない。第１に当該揺らぎがなおも発生するからであり、第２には、それと同時に、分割は、全てのシリンダーに共通した単一の排出空気受け容器と同様に変動を均一にすることができないので、個々のターボチャージャーから分配された空気の量において可能となる変動を、より優勢にするからである。

上述した要求（ａ）乃至（ｃ）に従って点火シーケンスを選択することにより、シリンダーが排出空気受け容器からの空気を消費するシーケンスは、排出空気パルスに起因したシリンダーの充填における変動が非常に小さいので該変動がシリンダーのための燃料セッティングの調整をかき乱さないようになる。

当該要求を満たす点火シーケンスの例は、次の通りに与えることができる。

他の点火シーケンスもその要求を満たすことができ、その結果、上述された点火シーケンスが、好ましいと考えるべきであるが、１４シリンダーエンジンに関する点火シーケンスの例をこれに限定するものではない。

次の点火シーケンスは、請求項５に記載の要求（ａ）＜１、（ｂ）＜２、（ｃ）＜２、（ｄ）＜２．２、（ｅ）＜１．５、（ｆ）＜１．５を充足する。

次の点火シーケンスは、要求（ａ）＜１、（ｂ）＜１、（ｃ）＜１、（ｄ）＜１、（ｅ）＜１、（ｆ）＜１を充足する。

参照された点火シーケンスＮｏ．１では、シリンダーＣ１乃至Ｃ１４は、シーケンス１ ４ ９ １４ ７ ２ ６ １１ １２ ５ ３ ８ １０ １３で点火される。該点火シーケンスは、クランクスロー３３が当該点火シーケンスを得るため必要とされる角度パターンを指し示すクランクシャフト１０によって、エンジン内で実施される。点火シーケンスは、クランクシャフトの設計により決定される。図３は、均等な点火シーケンス、即ち、点火の間に３６０°／１４の規則的な（均等な）角度インターバルを備えた点火シーケンスとして、点火シーケンスＮｏ．１のため要求されるパターンを示している。
各々のクランクスロー３３は、２つのクランクアーム３４と、クランクピン９と、を備え、クランクシャフトジャーナル１１は、クランクスローを完全なクランクシャフトへと連結する。クランクシャフトジャーナルは、該クランクシャフトの中心ライン３５に沿って整列され、それらは、ベッドプレート１２の主要ベアリング内に支持されている。

シリンダー間の距離１は、距離１２であるシリンダーＣ７及びＣ８の間を除いて、図３に示されたクランクシャフトを通して一定である。この距離は、シリンダー間の通常の距離に追加の長さ１１を加えた距離１２＝１＋１１となり、この追加の距離は、２つの主要ベアリングと中間のクランクシャフトジョイントとの存在、例えば２つのクランクシャフト区分がボルト止めにより連結されているフランジ接続部等によりもたらされる。クランクシャフトを２つの区分へと適切に分割することができ、これにより個々の区分の重量を減少することができる。これは、関連するサイズの１４シリンダーエンジンの完全なクランクシャフトが２５０ｔを超える重量を持ち得るとき、エンジンの組み立ての間のベッドルーム上へのクランクシャフトの持ち上げを容易にすると共に、クランクシャフトの製造を容易にする。ジョイントに配置されたシリンダー間の距離１２は、他のシリンダー間の距離１より大きい。シリンダーＣ８及びＣ９の間のクランクシャフトジョイントを位置決めすることも可能となる。

エンジンは、燃料ポンプ及び排気バルブを作動するためのカムシャフトを設けていない電子制御式エンジン、例えばＭＥ型式のエンジンであってもよい。エンジンがカムシャフトを備えた従来形式である場合、カムシャフトは、を介してクランクシャフトから駆動することができる。該チェーン伝導機構又はギア装置は、より長い距離１２により分離されたシリンダー間に適切に配置することができる。

図３のクランクシャフトのクランクスロー３３の間の夫々の角度は、図４にも示されている。不規則な点火シーケンス、即ち、連続する点火シリンダーの、少なくとも２つの対、可能性として複数の対の点火の間の角度インターバルが、３６０°／１４から逸脱するという意味で不均等である点火シーケンスを使用することも可能である。ほんの数度の逸脱が、エンジンの異なる振動パターンで発生し得る。そのような不規則な点火シーケンスは、エンジンの結果として生じた振動特性のきめ細かいチューニングのために有用となり得る。排出空気受け容器内のガス圧振動に関して、それは、ガス圧振動の有利に低いレベルを得るため重要性を持つようなものであり、点火シーケンスが規則的であるか、不規則であるかは、重要ではない。

特定の点火シーケンスが、個々の要求（ａ）乃至（ｄ）及び更なる要求（ｅ）乃至（ｆ）を満たすか否かの計算方法は、典型的には、マンＢ＆Ｗディーゼルにより発展された、ＰＲＯＦＩＲ等のコンピュータプログラムにより、又は、例えばニューヨーク、ウィーンのスプリンガー−ヴェルラッグにより公表された、Ｈ．マース／Ｈ．クリアー及びＫ．Ｅ．ハフナー／Ｈ．マースの「ベルブレヌングクラフトマシーン（Ｖｅｒｂｒｅｎｎｕｎｇｓｋｒａｆｔｍａｓｃｈｉｎｅ）」に開示されたようなテキストブックプログラムによって、電子的に実行される。

これらの計算は、図２に示された１４シリンダーエンジンに関して次に例示されたものにある。当該エンジンは、ＭＡＮ Ｂ＆Ｗ製ディーゼルでＭＣ型式を持ち、より詳しくは、０．９８ｍのシリンダーボアと、１．７５ｍの公称シリンダー距離とを有する、１４Ｋ９８ＭＣ型式である。シリンダーＣ１及びＣ１４の垂直中心線の間の全体長さは、２３．９９ｍであり、チェーン伝導機構は、シリンダーＣ７及びＣ８の間に配置されている。

Ｃ７及びＣ８の間の追加の距離１１は、１．２４ｍであり、それにより、シリンダーＣ７及びＣ８の間に生じた距離は、１２＝２．９９ｍである。上述した点火シーケンスＮｏ．１、 １ ４ ９ １４ ７ ２ ６ １１ １２ ５ ３ ８ １０ １３に関しては、次の値が計算される。

シリンダーＣ１乃至Ｃ１４のための点火角度は、０°、１２８．６°、２５７．１°、２５．７°、２３１．４°、１５４．３°、１０２．９°、２８２．９°、５１．４°、３０８．９°、１８０．０°、２０５．７°、３３４．２°、及び、７７．１°である。

ガス圧振動の計算のために、Ｆ（ｎ）の次の値が、シリンダーＣ１におけるＦ（１）＝１及びシリンダーＣ１４におけるＦ（１４）＝−１の間のシリンダー位置に関して線形補間されることにより見出される。即ち、Ｆ（１）＝１、Ｆ（２）＝０．８５４１１、Ｆ（３）＝０．７０８２１、Ｆ（４）＝０．５６２３２、Ｆ（５）＝０．４１６４２、Ｆ（６）＝０．２７０５３、Ｆ（７）＝０．１２４６４、Ｆ（８）＝−０．１２４６、Ｆ（９）＝−０．２７０５、Ｆ（１０）＝−０．４１６４、Ｆ（１１）＝−０．５６２３、Ｆ（１２）＝−０．７０８２、Ｆ（１３）＝−０．８５４１、及び、Ｆ（１４）＝−１である。シリンダーの位置は、シリンダーＣ１及びＣ１４の中心線の間の全距離により割られた、エンジンの長さ方向におけるシリンダーＣ１からシリンダーＣｎの距離として計算されている。その結果、Ｆ（ｎ）は、１−２ｘに等しい（シリンダーＣ１からシリンダーＣｎの距離／シリンダーＣ１からシリンダーＣ１４までの全距離）。

式（ａ）乃至（ｆ）のベクトル和におけるωｔの値に関して、生じたベクトルの長さが時間に関して独立しているので、ベクトルの長さを、値ｔ＝０の場合で計算することができる。

要求（ａ）で規定された第４次高調波成分のガス力のための値に関して、夫々のシリンダーのためにＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝０．３７０５８、Ｃ３＝−０．５５３７、Ｃ４＝０．５４８２２、Ｃ５＝−０．１８０７、Ｃ６＝−０．２６３７、Ｃ７＝０．０９７４４、Ｃ８＝−０．０９７４、Ｃ９＝０．１１７３８、Ｃ１０＝−０．１８０７、Ｃ１１＝０．００００、Ｃ１２＝−０．６９０５、Ｃ１３＝０．８３２６９及びＣ１４＝０．７８１３８となり、正弦成分の総和は、０．７８１４となる。

夫々のシリンダーのために式（ａ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝１、Ｃ２＝−０．７６９５、Ｃ３＝０．４４１５６、Ｃ４＝−０．１２５１、Ｃ５＝−０．３７５２、Ｃ６＝−０．０６０２、Ｃ７＝０．０７７７１、Ｃ８＝−０．０７７７、Ｃ９＝０．２４３７４、Ｃ１０＝０．３７５１８、Ｃ１１＝−０．５６２３２、Ｃ１２＝０．１５７５９、Ｃ１３＝０．１９００６、及び、Ｃ１４＝−０．６２３５であり、余弦成分の総和は、−０．１０８である。その結果、生じたベクトルの長さは、（０．７８１４×０．７８１４プラス−０．１０８×−０．１０８）の平方根＝０．７８９であり、これは、２．５の値より十分に低い。

要求（ｂ）で規定された第５次高調波成分のガス力のための値に関して、夫々のシリンダーのためのＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は次の通りである。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝−０．８３２７、Ｃ３＝−０．３０７３、Ｃ４＝０．４３９６４、Ｃ５＝０．４０５９８、Ｃ６＝０．２１１５１、Ｃ７＝０．０５４０８、Ｃ８＝０．０５４１、Ｃ９＝０．２６３７５、Ｃ１０＝−０．４０６、Ｃ１１＝０．０００、Ｃ１２＝０．５５３７、Ｃ１３＝０．６６７８、及び、Ｃ１４＝−０．４３３９であり、正弦成分の総和は、０．６７０７である。

夫々のシリンダーのために式（ｂ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝１、Ｃ２＝０．１９００６、Ｃ３＝−０．６３８１、Ｃ４＝−０．３５０６、Ｃ５＝０．０９２６６、Ｃ６＝０．１６８６７、Ｃ７＝−０．１１２３、Ｃ８＝−０．１１２３、Ｃ９＝０．０６０２、Ｃ１０＝０．０９２６６、Ｃ１１＝０．５６２３２、Ｃ１２＝−０．４４１６、Ｃ１３＝０．５３２５３、及び、Ｃ１４＝−０．９０１であり、余弦成分の総和は、０．１４３３である。その結果、生じたベクトルの長さは、０．６８５８であり、これは、２．０の値より十分に低い。

要求（ｃ）で規定された第６次高調波成分のガス力のための値に関して、夫々のシリンダーのためのＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は次の通りである。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝０．６６７７７、Ｃ３＝０．６９０４６、Ｃ４＝０．２４３９８、Ｃ５＝−０．３２５６、Ｃ６＝−０．１１７４、Ｃ７＝−０．１２１５、Ｃ８＝０．１２１５１、Ｃ９＝０．２１１５１、Ｃ１０＝−０．３２５６、Ｃ１１＝０．００００、Ｃ１２＝−０．３０７３、Ｃ１３＝０．３７０５８、及び、Ｃ１４＝−０．９７４９であり、正弦成分の総和は、０．１３３６である。

夫々のシリンダーのために式（ｃ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝１、Ｃ２＝０．５３２５３、Ｃ３＝−０．１５７６、Ｃ４＝−０．５０６６、Ｃ５＝０．２５９６４、Ｃ６＝−０．２４３７、Ｃ７＝−０．０２２７、Ｃ８＝０．０２７７３、Ｃ９＝−０．１６８７、Ｃ１０＝−０．２５９６、Ｃ１１＝−０．５６２３、Ｃ１２＝０．６３８０８、Ｃ１３＝０．７６９５２、及び、Ｃ１４＝０．２２２５２であり、余弦成分の総和は、１．５２３７である。その結果、生じたベクトルの長さは、１．５２９５であり、これは、２．１の値より十分に低い。

要求（ｄ）で規定された第７次高調波成分のガス力のための値に関して、夫々のシリンダーのためのＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は次の通りである。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝０．００００、Ｃ３＝０．００００、Ｃ４＝０．００００、Ｃ５＝０．００００、Ｃ６＝０．００００、Ｃ７＝０．００００、Ｃ８＝０．００００、Ｃ９＝０．００００、Ｃ１０＝０．００００、Ｃ１１＝０．００００、Ｃ１２＝０．００００、Ｃ１３＝０．００００、及び、Ｃ１４＝０．００００であり、正弦成分の総和は、０．００である。

夫々のシリンダーのために式（ｄ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝１、Ｃ２＝−０．８５４１、Ｃ３＝０．７０８２、Ｃ４＝−０．５６２３、Ｃ５＝−０．４１６４、Ｃ６＝０．２７０５、Ｃ７＝０．１２４６、Ｃ８＝０．１２４６４、Ｃ９＝−０．２７０５、Ｃ１０＝−０．４１６４、Ｃ１１＝０．５６２３、Ｃ１２＝−０．７０８２、Ｃ１３＝０．８５４１１、及び、Ｃ１４＝１．０であり、余弦成分の総和は、１．４１６４である。その結果、生じたベクトルの長さは、１．４１６４であり、これは、２．２の値より十分に低い。

要求（ｅ）及び（ｆ）に関連したニックモーメントの計算のために、Ｆ（ｎ）の値は次の態様で計算された。即ち、Ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ−１）＋（シリンダーＣ_ｎ−１の中心線のシリンダーＣ_ｎの中心線までの距離／シリンダー間の公称距離）である。シリンダー間の公称距離は、シリンダー間にチェーン伝導機構を有していない、２つの隣接するシリンダーの垂直中心線の間の水平距離である。エンジンに、カムシャフトのためのチェーン伝導機構が備え付けられているとき、このチェーン伝導機構は、典型的には、エンジンの中央部に配置されている。その結果、通常の場合には、シリンダー間の公称距離を、シリンダーＣ１及びＣ２の間の距離等の、エンジンの端部領域におけるシリンダーの間の距離として、同定することができる。上述したエンジンのために、次の値が乱される。即ち、Ｆ（１）＝０、Ｆ（２）＝１、Ｆ（３）＝２、Ｆ（４）＝３、Ｆ（５）＝４、Ｆ（６）＝５、Ｆ（７）＝６、Ｆ（８）＝７．７０８５７、Ｆ（９）＝８．７０８５７、Ｆ（１０）＝９．７０８５７、Ｆ（１１）＝１０．７０８５７、Ｆ（１２）＝１１．７０８５７、Ｆ（１３）＝１２．７０８５７、及び、Ｆ（１４）＝１３．７０８５７である。

要求（ｅ）における第１次高調波成分のニックモーメントに対する値に関して、夫々のシリンダーのためのＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝０．７８１８３、Ｃ３＝−１．９４４９９、Ｃ４＝１．３０１６５、Ｃ５＝−３．１２７３、Ｃ６＝２．１６９４、Ｃ７＝５．８４９５７、Ｃ８＝−７．５１５３、Ｃ９＝６．８０８６、Ｃ１０＝−７．５９０５、Ｃ１１＝０．００００、Ｃ１２＝−５．０８０２、Ｃ１３＝−５．５１４、及び、Ｃ１４＝１３．３６４９であり、余弦成分の総和は、−０．５０１となる。

夫々のシリンダーのために式（ｅ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝−０．６２３５、Ｃ３＝−０．４４５、Ｃ４＝２．７０２９１、Ｃ５＝−２．４９３９６、Ｃ６＝−４．５０４８４、Ｃ７＝−１．３３５１、Ｃ８＝１．７１５３２、Ｃ９＝５．４２９７１、Ｃ１０＝６．０５３２、Ｃ１１＝−１０．７０８６、Ｃ１２＝−１０．５４９、Ｃ１３＝１１．４５、及び、Ｃ１４＝３．０５０４であり、余弦成分の総和は、０．５６３９であり、これは２．５の値より十分に低い。

要求（ｆ）における第２次高調波成分のニックモーメントに対する値に関して、夫々のシリンダーのためのＦ（ｎ）で乗算された正弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝−０．９７４９、Ｃ３＝０．８６７７７、Ｃ４＝２．３４５４９、Ｃ５＝３．８９９７、Ｃ６＝−３．９０９１６、Ｃ７＝−２．６０３３、Ｃ８＝−３．３４４６、Ｃ９＝８．４９０２、Ｃ１０＝−９．４６５２、Ｃ１１＝０．０００、Ｃ１２＝９．１５４１３、Ｃ１３＝−９．９３６、及び、Ｃ１４＝５．９４７９となり、正弦成分の総和は、０．４７２１となる。

夫々のシリンダーのために式（ｆ）のＦ（ｎ）で乗算された余弦成分は、次の通りとなる。即ち、Ｃ１＝０、Ｃ２＝−０．２２２５、Ｃ３＝−１．８０１９、Ｃ４＝１．８７０４７、Ｃ５＝−０．８９００８、Ｃ６＝３．１１７４、Ｃ７＝−５．４０５８、Ｃ８＝−６．９４５２、Ｃ９＝−１．９３７８、Ｃ１０＝−２．１６０４、Ｃ１１＝１０．７０８５７、Ｃ１２＝７．３００１７、Ｃ１３＝７．９２３６６、及び、Ｃ１４＝−１２．３５１であり、余弦成分の総和は、−０．７９４である。その結果、生じたベクトルの長さは、０．９２４１であり、これは、６．０の値より十分に低い。

ニックモーメントを生成する力は、図６に示されている。シリンダー１４が燃焼シーケンスを実行するとき、シリンダー上で上方向に作用する力は、シリンダー部をベッドプレートに接続する４つのタイロッド内で上方向に向いた力３６を生じさせる。それと同時に、シリンダー１４と連係された主要ベアリングは、下方向に向き付けられた押し付け力３７を受ける。類似の力が、他のシリンダーが点火されるとき、当該他のシリンダーで発生する。これらの垂直に作用する力は、垂直振動を導入することができる態様で、エンジン及びエンジン支持構造部上に作用する、所謂ニックモーメントを生成する。これらの垂直振動は、特にエンジンがコンテナ船の主要推進エンジンであるとき、負の影響を持ちかねない。当該ニックモーメントは、非常に望ましくない特徴を持つ船体振動を惹起し得るからである。本発明に係るエンジンは、ニックモーメントの大きさを制限する点火シーケンスを持ち、その結果、当該エンジンは、典型的に、長い船体を持ち、且つ、その主要エンジンが、高い値の積荷を輸送するとき要求される高速度で船を推進するため非常に大きなパワーを生成することを要求する、コンテナ船で使用する上で特に適したものとなる。エンジンシリンダーの様々に異なる充填工程の問題、高いパワーを持つエンジンに特に関連する問題を解決することに加えて、本発明に係るエンジンは、これと同時にコンテナ船の推進に属する主要な振動問題の一つを解決する。

このようにして、本発明に係るエンジンは、コンテナ船、特に１０．２００から１４．０００ＴＥＵ等の少なくとも１０．０００ＴＥＵの容積を有するコンテナ船において、主要推進エンジンとして使用するため特に適したものとなる。ここで、１ＴＥＵは、単一の２０’コンテナに等価である。ＴＥＵは、コンテナ船の容積に関する標準的な測度である。

以下の表４は、他の上述した点火シーケンスの幾つかの関連する振動値を与えている。当該点火シーケンスは、上述したシーケンスの附番に従って、ＦＳ １等と附番されている。当該表は、要求（ａ）乃至要求（ｆ）の各々に従ったベクトル長さを表している。

上記した実施例に修正をなすことが可能である。例えば２又は３つのターボチャージャー、及び、４つより多い数、例えば５乃至８つのターボチャージャー等のように、エンジン上で別の個数のターボチャージャーを使用することも可能である。エンジンフレームは、任意の適切な形状を持つことができ、シリンダー区分は、フレーム内で統合化することができる。排出空気受け容器及び可能ならば排気ガス受け容器も、円形とは異なる断面形状、例えば多角形状又は１つ以上の直線状区分と結合した部分円形状を持つことができる。排出空気システムは、水ミストコレクター等、説明したものに加えて他の更なる要素を備えることができる。シリンダーは、必ずしも、エンジンの前方端部でＣ１と附番され、後方端部でＣ１４と附番される必要はない。それらは、同様に、後方端部でＣ１と附番し、前方端部でＣ１４と附番することもできる。船内の主要エンジンの代替例として、該エンジンを、パワープラント内の静止エンジンとして利用することができる。

上記要求に対して上述した基準より厳しい基準を設定することも可能である。一例としてガス圧振動に関して、要求（ａ）は、Ｖｇａｓ（４）＜１．２又はＶｇａｓ（４）＜０．９とすることができる。ガス圧振動に関して、要求（ｂ）は、Ｖｇａｓ（５）＜１．２又はＶｇａｓ（５）＜１．０に限定することができ、要求（ｃ）は、Ｖｇａｓ（６）＜１．２又はＶｇａｓ（６）＜１．０に限定することができる。要求（ｄ）は、Ｖｎｉｃｋ（１）＜１．３又はＶｎｉｃｋ（１）＜１．０に限定することができ、要求（ｅ）は、Ｖｎｉｃｋ（２）＜１．３又はＶｎｉｃｋ（２）＜１．０に限定することができる。これらのより厳しい要求は、所望の態様に従って、個別に又は組み合わせて適用することができる。より厳しい要求は、要求を満足させる点火シーケンスの数を減少させるが、これと同時に、それらは、より好ましい振動特性さえ有する１４シリンダーエンジンをもたらす。

図１は、本発明に係る１４シリンダーを備えた２ストロークエンジンの断面図である。 図２は、図１のエンジンの側面図である。 図３は、図１のエンジンのためのクランクシャフトの斜視図である。 図４は、図３のクランクシャフトに連係されたシリンダーに関する点火シーケンスの概略図である。 図５は、排出空気受け容器における異なるモードのガス圧振動の概略図である。 図６は、ニックモーメントを引き起こす力の概略図である。

Claims (9)

1. 単一列に１４シリンダーを有する、２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジンであって、
   少なくとも１つの排気ガス受け容器と、少なくとも２つのターボチャージャーと、少なくとも１つの細長い排出空気受け容器を備える排出空気システムと、を更に有し、
   各々のシリンダーは、前記排出空気受け容器に接続された排出空気入口と、前記少なくとも１つの排気ガス受け容器へと導く排気通路と、を有し、前記ターボチャージャーは、そのタービン側で前記排気ガス受け容器と接続され、そのコンプレッサ側で前記排出空気システムと接続されており、前記エンジンは、前記エンジンシリンダーＣ１〜Ｃ１４の点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有する、該エンジンにおいて、
   前記１４個のシリンダーは、少なくとも次の４つの要求（ａ）乃至（ｄ）、即ち、
   ガス圧振動の第４次高調波成分に対して、
   

   

   ガス圧振動の第５次高調波成分に対して、
   

   

   ガス圧振動の第６次高調波成分に対して、
   

   

   ガス圧振動の第７次高調波成分に対して、
   

   

   が充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有しており、ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１におけるＦ（１）＝１とシリンダーＣ１４におけるＦ（１４）＝−１との間のシリンダーの位置に関して線形補間された重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定することを特徴とする、内燃エンジン。
2. 前記１４個のシリンダーは、次の要求（ｅ）、即ち、
   

   

   も充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有しており、ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１においてＦ（１）＝０であり、且つ、Ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ−１）＋（シリンダーＣ_ｎ−１の中心線からシリンダーＣｎの中心線までの距離／シリンダー間の公称距離）である重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定することを特徴とする、請求項１に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
3. 前記１４個のシリンダーは、次の要求（ｆ）、即ち、
   

   

   も充足されるような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有しており、ここで、ｎはシリンダー番号、φ_ｎは、シリンダーｎに関する点火角度であり、Ｆ（ｎ）は、シリンダーＣ１においてＦ（１）＝０であり、且つ、Ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ−１）＋（シリンダーＣ_ｎ−１の中心線からシリンダーＣｎの中心線までの距離／シリンダー間の公称距離）である重み関数であり、｜｜は、ベクトルの長さを同定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
4. 前記１４個のシリンダーは、
   （ａ） ガス圧振動の第４次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（４）＜２、
   （ｂ） ガス圧振動の第５次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（５）＜２、
   （ｃ） ガス圧振動の第６次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（６）＜２、
   （ｄ） ガス圧振動の第７次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（７）＜２．２、
   （ｅ） 第１次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（１）＜２、
   （ｆ） 第２次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（２）＜３
   が成立するような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
5. 前記１４個のシリンダーは、
   （ａ） ガス圧振動の第４次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（４）＜１、
   （ｂ） ガス圧振動の第５次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（５）＜２、
   （ｃ） ガス圧振動の第６次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（６）＜２、
   （ｄ） ガス圧振動の第７次高調波成分に対して、Ｖｇａｓ（７）＜２．２、
   （ｅ） 第１次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（１）＜１．５、
   （ｆ） 第２次高調波成分のニックモーメントに対して、Ｖｎｉｃｋ（２）＜１．５
   が成立するような点火シーケンス（ｎ１〜ｎ１４）を有することを特徴とする、請求項４に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
6. 前記点火シーケンスは、前記２つの連続するシリンダーの点火の間の前記クランクシャフトの回転角度が３６０°／１４という意味で均等であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
7. 前記点火シーケンスは、少なくとも２対の連続的に点火するシリンダーの点火工程の間の前記クランクシャフトの回転角度が３６０°／１４とは異なるという意味で不均等であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
8. 前記エンジンは、コンテナ船、好ましくは１０．０００ＴＥＵより多い容積を有するコンテナ船の主要推進エンジンであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。
9. 前記エンジンは、少なくとも５０００ｋＷの、シリンダー当たりの最大出力を有することを特徴とする、請求項８に記載の２ストロークターボチャージャー付きの内燃エンジン。

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