JP2007138831A

JP2007138831A - 内燃機関内における過剰なねじり振動を減じる方法

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Publication number: JP2007138831A
Application number: JP2005333586A
Authority: JP
Inventors: Per Ronnedal; ペル・ロネダル; Roogirudo Mats; マッツ・ローギルド; Shuhei Kajiwara; 修平梶原
Original assignee: MAN B&W Diesel AS; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: MAN B&W Diesel AS; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP4242382B2

Abstract

【課題】エンジンのシリンダにおいて故障が発生した後に過剰なねじれ振動を減じて長期に亘る作動を続けることができる方法を提供する。
【解決手段】クロスヘッド型の２ストローク内燃機関において、エンジンのシリンダのうちの１つが、燃料噴射がない連続的なミスファイヤ故障状態におかれる。このことによって生じる過剰なねじれ振動は、以下のステップ、ａ）連続的なミスファイヤ故障状態にある前記少なくとも１つのシリンダの排気弁を、機関サイクル全体に亘って閉じた状態に維持するステップ、及び／又はｂ）連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダを意図的にミスファイヤ状態におくステップのうちの１以上のステップによって減じられるか又は排除される。
【選択図】図１

Description

本発明は、別個の排気弁が設けられている少なくとも４つのシリンダを有するクロスヘッド型の２ストローク内燃機関内の軸系であって、少なくとも１つのクランクシャフトと、該クランクシャフトに結合された少なくとも１つの被駆動シャフトと、該被駆動シャフトによって駆動されるプロペラ及び／又は発電機のような少なくとも１つの被駆動装置とを含んでいる軸系において、前記少なくとも１つの被駆動シャフトに設けられた振動接続点の固有振動数によって共振する内燃機関内の調和力によって惹き起こされる過剰なねじれ振動を減じる方法に関する。

６個のシリンダを備えたエンジンのためのこのような方法は、ＥＰ０４４７６９７Ａ２（日本特許出願第７１９５４／９０号による優先権を主張している）によって公知である。このエンジンにおいては、第６調和力が、プロペラシャフト内の１つの接続点のねじれ振動の固有振動数と共振する。共振を生じさせるスピードでエンジンを運転しているときにねじれ振動を最少にするためには、エンジンのシリンダの半分だけ燃料の噴射タイミングを遅らせられ、これらの遅らせられた燃料噴射によって、第６調和成分の位相変位を生じさせ、その結果、ねじれ振動の振幅が減じられる。ねじれ振動のレベルを最少化する方法は、エンジンの通常の運転中に適用される方法、すなわち、エンジンがあるスピードで運転されているときに常に適用される方法である。

ＷＯ９７／２３７１６号には、圧縮空気の必要性を有する車両内でのトラックエンジンが記載されている。車両が圧縮空気を必要としているときにこの圧縮空気を適用するために、エンジン内のシリンダの１以上を、シリンダに対する燃料の供給を遮断することによってコンプレッサとして使用することができ、これと同時に、シリンダの出口を排気装置へ切り換える代わりに、圧縮空気のリザーバへ切り換える。シリンダのうちの幾つかがコンプレッサとして使用されるときには、エンジン内の振動パターンは変化せしめられ、これを補償し且つ振動レベルを減じるために、他のシリンダ内へ噴射される燃料の量が変化せしめられる。しかしながら、付加的な燃料を供給されるシリンダに対する熱負荷が増大せしめられることは、振動を補償するこの方法の明確な欠点である。

本発明の目的は、シリンダ内に故障が発生した後にエンジンが高いエンジン負荷において長時間連続運転状態に維持することを可能にすることである。
このために、本発明による方法は、エンジンシリンダの少なくとも１つが、燃料噴射がない状態の連続的なミスファイヤ故障状態に一時的におかれ、その結果、前記調和力が前記過剰なねじれ振動を生じさせ、この過剰なねじれ振動を、
ａ）連続的なミスファイヤ故障状態にある前記少なくとも１つのシリンダの排気弁を、機関サイクル全体に亘って閉じた状態に維持するステップ及び／又は
ｂ）連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダを意図的にミスファイヤ状態におくステップのうちの１以上のステップによって減じるか排除する。

従来技術によるエンジンにおいては、シリンダが通常の方法で作動していない場合に、長時間のエンジン負荷が全く低いレベルまで低減されることが通常必要とされる。付加的な負荷の低減が、異常なシリンダからの欠如力の作用によって作動しているエンジンに対して惹き起こされる不平衡によって生じる振動問題に対して要求されるので、負荷を低減させる必要性は、異常なシリンダの欠陥作用によって生じる負荷の低減を超過する。この不平衡は、エンジンの上方負荷範囲内でエンジンがあるスピードで連続的に運転できない振動レベルを生じさせ、結局、エンジンは全く低い負荷で運転されることを必要とされ得る。結論として、エンジンによって駆動されるユニットは、所望通りに作動しない。エンジンが船の主推進エンジンである場合には、船のスピードは、エンジンのより低い負荷によって減じられる。

本発明による方法においては、異常なシリンダは、燃料の噴射がない連続的なミスファイヤ故障状態に一時的におかれる。異常なシリンダ状態は、例えば、高い排気温度レベル、燃料噴射弁における誤動作によって生じ得る多量の燃料残留物、シリンダのライナー上の高い温度等のような標示のうちの１以上として検知することができる。近年のクロスヘッド型の２ストローク内燃機関においては、シリンダの構成部品は、材料の強度及び熱特性を可能な最も大きな程度まで利用する状態で作動するように設計されており、結局、シリンダ構成部品に負荷をかけすぎないことが重要であり、より長い期間に亘る熱的過負荷を避けることが特に重要である。

ステップａ）は、振動を打ち消す最も好ましい方法である。なぜならば、このシリンダの排気弁が機関サイクル全体に亘って閉成状態に維持されているときに、連続的なミスファイヤ故障状態にあるシリンダのみが影響を受けるからである。機関サイクル全体に亘って排気弁が閉成状態に維持されるときに、圧縮ストローク中に形成される圧縮力は膨張ストローク中に解放され、シリンダ内への及びシリンダ内からの空気の流れが最少にされる。これは、ピストンに作用する力のこのような変化を生じさせて、振動パターンが、機関サイクル中に、伝統的な方法で、排気弁が開いたり閉じたりする状態よりも減衰せしめられる。

ステップｂ）もまた、振動パターンの減衰を生じさせるが、本来は、意図的なミスファイヤ状態におかれているシリンダは、エンジン負荷に寄与することができない。ステップｂ）は、いずれにしてもエンジンが一杯のエンジン負荷（ＭＣＲ−最大連続定格）の７５％以下の負荷のような部分的な負荷で作動することを意図している場合に大抵好ましい。

幾つかの例においては、ステップａ）は、例えば、排気弁の弁座の溶落ちがシリンダを連続的なミスファイヤ故障状態におくことによって生じる場合には、部分的にのみ適用することができるか又は全く適用されない。これに次いで、ステップｂ）を適用することが好ましい。

ミスファイヤ故障状態にある前記少なくとも１つのシリンダの排気弁を閉じた状態に維持するステップａ）が、内燃機関が１００％負荷（ＭＣＲ）未満である上方負荷限度で作動せしめられているときにのみ適用されること、及びエンジンが前記上方負荷限度より上にある機関サイクル中に、前記排気弁が開いたり閉じたりするように作動せしめられることが好ましい。特別なエンジン用途に対しては、１つの接続点のねじれ振動の固有振動数が、ねじれ振動の減衰が必要とされる負荷間隔を決定する。負荷間隔は、例えば、７５％乃至８５％のエンジン負荷とすることができる。エンジンが前記の負荷間隔の上限よりも高い負荷で作動せしめられているときに、機関サイクル中に通常の方法で排気弁を開いたり閉じたりすることが有利である。なぜならば、これは、冷たい吸入空気によるシリンダの振動を生じさせて、排気弁が開いているときに、シリンダ内を流れる空気によって、シリンダ構成部品が低温まで冷却されからである。

好ましくは、排気弁は、液圧的に作動せしめられて、電子制御ユニットによって制御される弁の解放を開始させる。排気弁の動き及び液圧作動の電子制御は、大きな２−ストロークエンジンの技術においてそれ自体公知であるが、この説明においては、特別なシリンダの排気弁が、排気弁が機関サイクル中に閉じた状態に維持される状態への通常の開放動作及び閉成動作を行う状態からの排気弁制御の自動的な変更を行うために利用されている。この実施形態は、排気弁動作を制御するためのカムシャフトを一つも備えていないエンジンに特に適している。エンジンに排気弁動作を制御するための伝統的なカムシャフトが設けられている場合には、特別なシリンダの排気弁を機関サイクル全体に亘って閉じた状態におくために、排気弁の動きの手動による不作動化が必要とされる。このような不作動化は、例えば、排気弁に適しているカムからカムフォロアが持ち上げられる係止位置へとカム持ち上げハンドルをシフトさせることによって行うことができる。

エンジンがより高いエンジン負荷へ加速している場合には、次第に増す燃料の量をシリンダ内へ噴射させることは有利であり、エンジンスピードが１つの接続点のねじれ振動の固有振動数と共振させるスピード範囲を通過すると同時にこれを得るためには、第１の優先度でステップａ）が提供され且つ適用されるべき第１のステップであり、ステップｂ）は、より低い優先度で提供され且つ前記過剰なねじれ振動を減じるのにステップａ）では不十分である場合にのみ適用される。

前記少なくとも１つのシリンダ内の排気弁を閉じた状態に維持するステップａ）が適用される場合には、エンジンの残りのシリンダに対してエンジン負荷が均一に分配されるのが好ましい。このようにすることによって、残りのシリンダに対する熱負荷は、これらのシリンダに対して均一に分配され、これらのシリンダに供給される燃料の量は、現在の作動状態でのエンジンの最も大きな可能な動力を達成するためには、残りのシリンダ全体に対して最大化することができる。このようにして、連続的なミスファイヤ故障状態にあるシリンダを有する悪い作用は、残りのシリンダに如何なる危険性を生じることなく最少化される。

ステップａ）及び／又はｂ）に加えて、更に、連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダ内に噴射させる燃料の量が残りのシリンダに噴射される燃料の量と異なるように変化せしめられることを含むステップｃ）を適用することは可能である。過剰なねじれ振動を減じるこの付加的な方法は、例えば、エンジンが減速しているとき又は部分負荷で連続的に作動せしめられているときに適用することができる。減速中に、残りのシリンダのうちの１以上に、他の残りのシリンダより少量の燃料が供給され、このようにして、過剰なねじれ振動を最少化し又は不平衡とさせる。エンジン負荷を減らすために必要とされる燃料低減量全体は、言い換えると、特別なより少ない燃料を供給するか又は燃料を全く供給しないこと及びより大きな量の燃料供給をその他の残りのシリンダに維持することによって得られる。残りのシリンダに対して部分的に燃料を供給することは、同様な方法で、シリンダのいずれかに対する最大燃料供給を越えることなく残りのシリンダ間に不均一に分配することができる。

好ましくは、噴射される燃料の量を変えるステップｃ）は、（（３６０°×ｎ＋１８０°）／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度でミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度とは異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダ内へ噴射される燃料の量を減らすことによって適用される。第２の振動（ｉ＝２）の振動に関してステップｃ）の最大の作用は、低減された燃料の量がミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度から９０°で点火するシリンダに適用されたときに得られ、ファイアリング角度が６０°乃至１２０°の範囲内にあるときに著しい作用が得られる。

そして、好ましくは、ミスファイヤの意図的な状態に少なくとも１つのシリンダを配置するステップｂ）が、ミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度から、（（３６０°×ｎ＋１８０°）／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度だけ異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダに適用される。ステップｂ）の最大の作用は、ミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度から９０°でシリンダに適用されたときに得られ、ファイアリング角度が６０°乃至１２０°の範囲内にあるときに著しい作用が得られる。

以下、本発明による方法を、極めて概略的な図面を参照して更に詳細に説明する。
図１に示されたエンジンは、例えばオイル及び／又はガスを燃料とするディーゼルタイプの６個のシリンダを備えたクロスヘッドエンジン１を示している。このエンジンは、例えば、本願の出願人の製造によるＭＥタイプ、又はメーカーＷaｒｔｓｉｌａによるＭＣ及びメーカー三菱によるＲＴＡ若しくはＲＴ−ｆｌｅｘタイプとすることができる。シリンダボアは、３５乃至１２０ｃｍの範囲とすることができ、シリンダ毎の出力は、４００乃至７０００ｋＷ以上の範囲とすることができる。このエンジンは、直列型エンジンであり、例えば４乃至１４個又はそれ以上のシリンダを有することができる。

このエンジンの軸系は、クランクシャフト２と、該クランクシャフトに結合された少なくとも１つの被駆動シャフト３と、少なくとも１つの被駆動ユニット４とを含んでいる。エンジンが船の主推進エンジンとして使用される場合には、前記少なくとも１つの被駆動シャフト３は、プロペラシャフト３ａと、おそらくは１以上の中間シャフト３ｂとを含み、被駆動ユニット４は、プロペラシャフトに直に結合することができるプロペラである。エンジンが動力装置内の固定エンジンである場合には、前記少なくとも１つの被駆動シャフトは、発電機内に回転シャフトを含み且つ発電機内のシャフトをエンジンのクランクシャフトに結合している恐らく１以上の中間シャフトとを含んでおり、前記被駆動ユニットは発電機である。

エンジン装置は種々のレイアウトを有することができる。幾つかの場合には、クランクシャフトとプロペラシャフトとの間に挿入されるカップリングを使用することが望ましい。プロペラが可変ピッチを有するＣＰタイプである場合には、ピッチの調整のためにプロペラに液圧流体を供給するために、クランクシャフトとプロペラシャフトとの間における分配シャフトを配置することができる。別の方法として、プロペラは、固定ピッチのＦＰタイプとすることができる。プロペラは、クランクシャフトに直に結合することが好ましいけれども、軸系内に歯車装置を配置すること又は発電機を駆動するための軸系に歯車装置と発電機のシャフトとを結合することも可能である。更に、軸系には、振動ダンパーを設けることができる。

軸系に関して、ねじれ振動は、軸系内の全応力のレベルに大きく寄与する。ねじれ振動は、最初は、シリンダの圧力及び振動質量、台板の起こり得る不整合及びクランクスロー内の曲がりによる力によって生じるエンジン作動中の個々のシリンダからの変動する負荷によってクランクシャフト内で開始される。クランクシャフト上の変動する負荷は、軸線方向及びねじれ方向（軸系の回転方向）の変動をもたらす。クランクシャフト内で開始されるねじれ負荷は、軸系の全ての他の部品に伝える。軸系の全ての部品内では、ねじり応力は、許容限度内に維持されなければならず、スチール製のシャフトのための疲れ損傷限度又はカップリング及びダンパーに対する熱的負荷でなければならない。ねじれ応力を全限度内に維持する目的は、装置の破壊を生じさせるシャフトの構成要素の損傷を避けることである。

図２は、大きな２−ストロークのターボチャージ内燃機関の上方部分内のシリンダ部分を示している。エンジン内の個々のシリンダは、下端に排気穴６を備えたエンジンライナー５を有している。ピストン７は、このライナー内に取り付けられており且つクロスヘッドエンジンのための伝統的な方法で、ピストンロッド８、クロスヘッド及び結合ロッド（図示せず）を介してクランクシャフト２内の関連するクランクスローに結合されている。

図２においては、ピストン７は、排気穴が露出される下死点位置で示されている。特別なシリンダに対しては、全機関サイクルは、クランクシャフトの３６０°の回転を含んでいるので（エンジンは２ストロークエンジンである）、この位置は機関サイクルでの１８０°のクランク角度位置に対応する。

シリンダの頂部に設けられた排気弁９は、シリンダカバー１０内の排気通路内に延びており且つ加圧された液圧流体がパイプ１２を介して供給されるときに、排気弁を下方の開口方向へ動かすためのアクチュエータピストンを含んでいる排気弁ハウジング１１内に取り付けられている。空気ばねのような戻りばね又は戻りピストンは、パイプ１２内の高い液圧が解放されたときに排気弁を閉成方向へ上方に動かすことができる。パイプ１２内の圧力は、排気弁１３内のプランジャによって上昇せしめられたり解放されたりする。

エンジンがＭＣ又はＲＴＡタイプである場合には、エンジンはクランクシャフトと同調して回転するカムを備えた機械的なカムシャフトを有し且つ機関サイクルのある点でプランジャを上下に動かす。エンジンがＭＥ又はＲＴタイプである場合には、プランジャは、弁駆動装置１３内の制御弁の設定に従って液圧によって駆動され、前記制御弁は、電子制御ユニット１４によって電子的に制御される。排気弁の動きを電子制御する利点は、機関サイクル中の排気弁の開閉パターンが、サイクル内で所望のタイミングで弁駆動装置へ開閉信号を送ることによって所望通りに変えることができ、従って、パターンの変化は弁駆動装置１３において手動による制御を必要としないことである。

排気弁が開くと、排気レシーバ１５からの排気が排気穴６を通ってシリンダライナー内へ流れ且つスワール内を上方へ流れる。排気は、排気弁９及び排気ガスダクト６を通って排気ガスレシーバ１７へと流れ出す。排気ガスは、排ガスレシーバからターボチャージャー１８のタービン内へ流れ、ターボチャージャーのコンプレッサが排気レシーバ１５に排気を供給する。

通常のシリンダ動作中の排気弁の開閉動作は図４に示されており、図４において、曲線Ａは、クランク角の関数としてｍｍで示された典型的な弁動作の例である。ｍｍで示されている距離は、排気弁のスピンドルが閉成位置から下方へどれだけ動いたかの測定値であり、図示された例においては、弁は、７０ｍｍ開いたときに完全な解放位置にある。この例は、１１０°のクランク角において開放動作の初期を示しており、排気弁は、２５０°のクランク角で閉成位置へ戻る。もちろん、通常の機関サイクル中に、この例で述べられた以外の角度で弁の開放を開始し弁の閉成を終了することも可能である。

個々のシリンダには、多数の燃料噴射器例えばシリンダ毎に２又は３個の燃料噴射器１９が設けられている（図２）。機関サイクル内で約０°のクランク角で１以上の噴射時期にある量の燃料が噴射される。噴射が始まり或いは終わる実際のクランク角は、エンジンの負荷に依存する。１００％のエンジン負荷においては、噴射は、例えば、３５０°のクランク角で始まり、約１５°のクランク角で終了する。

図３は、Ｃ１乃至Ｃ１２の１２個のシリンダを備えたエンジンのための１−接続点のねじれ振動の例を示している。このグラフは、シリンダの標示を含んでおり、クランクシャフトはＣ１とＣ１２との間に延びている。Ｐは、プロペラ４の位置を示しており、被駆動シャフト３はＰとクランクシャフト２との間に延びている。グラフｄは、１つの接続点Ｎを有している振動モードでの軸系の相対的な捻れによる曲がりを示している。接続点Ｎは、問題となっている軸線方向位置での実際の曲がりを、軸系の終了時における最大ねじれ曲がりによって割った相対的な大きさである。グラフｄは、単に例示的なものであり、単に１つの特別な例に対して適用されるが、概略が述べられたこの原理は、４乃至１６個のシリンダを備えたエンジンのような種々の実施形態に対して一般的に適合する。

軸系の応力レベルは、励起力の大きさの関数であり、この励起力は、エンジンのねじれ振動に対する軸系の固有振動数及びエンジンのｒｐｍのシリンダ出力に依存する。ねじれ応力のレベルは、励起力の大きさと機関サイクル内でシリンダからの励起力が作用するときとの両方に依存するので、所謂、個々のシリンダからの励起力の寄与ベクトルの合計によって決定することができ、より特別には、シリンダのファイアリング角度によって決定される。

ベクトルの合計に関して、１つの接続点のねじれ振動モードへの振動の寄与は、個々のシリンダからの時間によって変化するトルクの寄与によって構成される。公知の方法においては、これらの振動の寄与は、調和成分に分解することができ、その次数ｉの各々に対して、振動次数が軸系の固有振動数ｎと共振する共振回転数ω_ｉ＝ｎ／ｉが存在する。

上記した１２個のシリンダを有する内燃機関の軸系は、２×７９ｃｐｍ＝１５８の固有振動数と第２調和振動（ｉ＝２）のための７９ｒｐｍの共振速度と、１００％エンジン負荷（ＭＣＲ）での９４ｒｐｍの速度とを有する。ＭＣＲでプロペラに供給されるエンジン出力は、シリンダ当たり５．７２０ｋＷに相当する６８．６４０ｋＷである。エンジンの型は、１２個のシリンダを示す１２ＭＥ９８であり、排気弁作動の電子制御と９８ｃｍのシリンダボアとを備えたＭＥ型である。このエンジンは、ファイアリング順序Ｃ１−Ｃ８−Ｃ１２−Ｃ４−Ｃ２−Ｃ９−Ｃ１０−Ｃ５−Ｃ３−Ｃ７−Ｃ１１−Ｃ６を有しており、ファイアリング順序は、各点火間で３６０／１２°＝３０°のクランクシャフトの等しい回転角度である。このエンジンにおいては、第２調和力は、１つの接続点の固有振動数と共振する。

図５は、このエンジンにおけるエンジンの通常の動作にとって有効なねじれ振動の計算方法を示している。このグラフは、エンジンの回転数の関数としてのクランクシャフトのねじり応力の曲線である。プロペラは固定ピッチ型であるので、エンジンスピードは、エンジン負荷に比例しており、従って、これらの曲線は、実際には、エンジン負荷の関数としても示されており、１００％エンジン負荷は９７ｒｐｍのエンジンスピードにおいて生じる。７９ｒｐｍの共振スピードにおいては、ねじれ応力の曲線は約σ_Ｔ＝１９ＭＰａの最大値を有することがわかる。

シリンダのうちの一つが高い排気ガス温度のような異常な動作を示すことにより通常の動作が不可能である場合には、このシリンダを燃料噴射が無い連続的なミスファイヤ故障状態におくことができ、エンジンの作動はシリンダを点検することができ且つオーバーホールすることができる場所に着くまで続くことができ、このことが必要とされる場合又はエンジンが発電機を駆動している定置機関駆動装置である場合には、エンジンの動作は、動力の需要がより少なくなる時点又はエンジンの運転が予定される時点まで動き得る。
このような継続された動作が永久的でないという意味で一時的であるけれども、一日又は数日に亘る連続的な作動のようなかなり長い時間に亘って継続されるであろう。

単一のシリンダが連続的なミスファイヤ故障状態におかれているときには、ねじれ振動のパターンは著しく変化する。図６は、ミスファイヤ故障状態にあり且つ振動を最少にする如何なる補償状態をも備えていないねじれ振動の計算方法を示している。７９ｒｐｍの共振速度においては、ねじれ応力曲線は、約σ_Ｔ＝３８ｋＰａの最大値を有することがわかる。この曲線は、共振の鋭いピークを示しており、結局、エンジンは、エンジンスピードが約５１％乃至６４％のエンジン負荷間隔（ＭＣＲ速度の８０％乃至８６％）にある限り、対策無しで作動させることができる。

共振の際の図６に示されている過剰ねじれ振動は、前記少なくとも１つのシリンダの排気弁を、機関サイクル中に閉じた状態の連続的なミスファイヤ故障状態に維持することによって減じることができる。このことは、図４において、０ｍｍの弁開度における十字によって標示された線Ａｍによって示されている。排気弁を機関サイクル中に閉じられた状態に維持する結果として、シリンダ内の圧力は通常の作動中のシリンダ内の圧力に比較的類似している。図７は、ミスファイヤ故障状態の一つのシリンダと図４において線Ａｍによって示されているように閉じた状態に維持されているシリンダの排気弁とを備えたエンジンの作動に有効なねじれ振動の計算方法を示している。７９ｒｐｍの共振速度においては、図７におけるねじれ応力曲線はほぼσ_Ｔ＝２８ＭＰａにおいて最大値を有することがわかる。共振時の過剰なねじれ振動のこのような減衰は、どのようなスピード、すなわち約７５ｒｐｍ乃至８１ｒｐｍの範囲内の如何なるスピードでエンジンを作動させるのにも十分である。

図７の曲線はまた、過剰ねじれ振動の減衰が共振時に最も大きいことをも示している。全てのエンジンスピードにおいて排気弁を閉じた状態に維持することがもちろん可能であるが、このようにする効果は、上記した共振近辺の負荷間隔において最も明白である。結局、排気弁を閉じた状態に維持する方法は、内燃機関が所定の負荷間隔で作動しているときにのみ適用されることが好ましい。エンジン負荷が約６４％の上方の負荷限度を超えると、排気弁は、通常は図４における曲線Ａに対応する機関サイクル中に再び作動せしめられて開閉することができる。

上記した１２個のシリンダを備えたエンジン内のシリンダは、連続番号が付けられたシリンダＣ１乃至Ｃ１２に対して記載された角度０°，１２０°，２４０°，９０°，２１０°，３３０°，２７０°，３０°，１５０°，１８０°，３００°，６０°を有する。更に又は代替的に、シリンダの排気弁を意図的なミスファイヤにおいて閉じた状態に維持することはまた、そのシリンダ内に燃料噴射が無い状態で別のシリンダを意図的なミスファイヤ状態におくことによって過剰なねじれ振動を最少化することも可能である。意図的なミスファイヤ状態のシリンダが、ミスファイヤ故障状態にあるシリンダから少なくとも４５°ずれているが、ファイアリング角度のずれは６０°乃至１２０°の範囲内であるのが好ましく、９０°であるのが最も好ましく、過剰なねじれ振動を完全に不均衡とさせるミスファイヤ角度を有する限り、この方法によるねじれ振動の減衰が存在するであろう。従って、ミスファイヤ故障状態にあるシリンダが２４０°の点火角度を有するＣ３である場合には、意図的なミスファイヤのシリンダの理想的な選択は、１５０°の点火角度を有するＣ９か又は３３０°の点火角度を有するＣ６である。

上記した方法のうちのいずれかに加えて、連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダにおいて噴射される燃料の量を変えることによって、過剰なねじれ振動を最少化することも可能である。通常は、燃料は、通常の作動においてシリンダ間に均一に供給されるであろうが、１つのシリンダ内へ噴射される燃料の量が通常の作動において残りのシリンダ内に噴射される燃料の量と異なると、振動パターンは変化せしめられるであろう。一つの例として、ミスファイヤ故障状態が上記の例で説明したようにＣ３である場合には、シリンダＣ９及びＣ６内への通常の燃料の量の半分の噴射が過剰な振動を減衰させるであろう。なぜならば、これら２つのシリンダ内のシリンダ圧力は、より少ない燃料が噴射されるときにより低くなるからである。燃料の量を変化させることができることは、例えば、故障したシリンダ内の排気弁を閉じた状態に維持することに加えて付加的な方法として使用されるときに、燃料の噴射量の変化が過剰な振動を減衰させるための現在の要件に対して正確に調整することができるという利点を有する。ほんの少量の減衰が必要とされる場合には、このことは、例えば、１つのシリンダ内で３０％だけ燃料の量を減らすことによって得られ、一方、より大きな効果が必要とされる場合には、１つのシリンダ内での燃料の量を例えば６０％だけ減らすことができる。

エンジンが部分的負荷の作動状態にある場合には、シリンダのうちの少なくとも１つ、例えば、ミスファイヤ故障状態にあるシリンダに、より多くの燃料を付加することも可能である。増大された量の燃料が、（３６０°×ｎ／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度を有するミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度とは異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダ内に噴射させることができる。例えば、考えられる振動がｉ＝２である第２振動である場合には、ｎ＝０及びｎ＝１のｎの値を有することができ、増大させた量の燃料が、０°±３０°の角度すなわち３３０°乃至３０°の角度だけ異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダ及び／又は３６０°／２±３０°すなわち１８０°±３０°すなわち１５０°乃至２１０°の範囲の角度だけミスファイヤ故障状態にあるシリンダのファイアリング角度と異なるファイアリング角度を有しているシリンダ内に噴射され得る。

特別なエンジン用途に対しては、エンジンは、過剰なねじれ振動を減じるか又は排除するために、好き勝手に、ステップａ）又はステップｂ）のうちの一方のみを実行するようにするか又はステップａ）とｂ）との両方を行うようにするか又はステップａ）とｂ）とのどちらか又は両方を各々ステップｃ）と組み合わせて行うようにすることができる。

本発明においては、エンジンは、エンジンのシリンダにおいて故障が発生した後に長期間に亘る作動を続けることが可能になる。このことは、おそらく、故障したシリンダが一時的に連続的なミスファイヤ故障状態におかれ、これと同時に、故障状態にあるシリンダの排気弁が閉じた状態に維持されるか又は別のシリンダが意図的なミスファイヤ状態におかれる方法によってなされる。

図１は、中間シャフトとプロペラシャフトとを備えた主推進エンジンの側面図である。図２は、図１のエンジンのシリンダ部分の部分断面図である。図３は、エンジンの後部の軸系内に配置された１つの接続点を備えているねじれ振動モードのグラフである。図４は、１つの機関サイクル中のクランク角度の関数としての排気弁の動きを示している曲線グラフである。図５は、各々、通常のエンジン動作中、ねじれ振動を減らすために採られるステップを備えていない連続的なミスファイヤ故障状態で１つのシリンダが作動している際の、及び排気弁が連続的なミスファイヤ状態におけるシリンダ内で閉じられた状態に維持されるときの、ねじれ振動の計算結果を示したグラフである。図６は、各々、通常のエンジン動作中、ねじれ振動を減らすために採られるステップを備えていない連続的なミスファイヤ故障状態で１つのシリンダが作動している際の、及び排気弁が連続的なミスファイヤ状態におけるシリンダ内で閉じられた状態に維持されるときの、ねじれ振動の計算結果を示したグラフである。図７は、各々、通常のエンジン動作中、ねじれ振動を減らすために採られるステップを備えていない連続的なミスファイヤ故障状態で１つのシリンダが作動している際の、及び排気弁が連続的なミスファイヤ状態におけるシリンダ内で閉じられた状態に維持されるときの、ねじれ振動の計算結果を示したグラフである。

Claims

別個の排気弁が設けられた少なくとも４つのシリンダを有するクロスヘッド型の２ストローク内燃機関の軸系であって、少なくとも１つのクランクシャフトと、該クランクシャフトに結合された少なくとも１つの被駆動シャフトと、該被駆動シャフトによって駆動されるプロペラ及び／又は発電機のような少なくとも１つの被駆動ユニットとを備えた軸系において、前記少なくとも１つの被駆動シャフトに設けられたねじり振動のための１つの接続点の固有振動数と共振する内燃機関内の調和力によって惹き起こされる過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記内燃機関のシリンダのうちの少なくとも１つが、燃料噴射を受けない連続的なミスファイヤ故障状態に一時的におかれ、その結果、前記調和力によって前記過剰なねじれ振動が惹き起こされ、該過剰なねじれ振動を、
ａ）連続的なミスファイヤ故障状態にある前記少なくとも１つのシリンダの排気弁を、機関サイクル全体に亘って閉じた状態に維持するステップ及び／又は
ｂ）連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダを意図的にミスファイヤ状態におくステップのうちの１以上のステップによって減じるか排除する方法。
請求項１に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記ミスファイヤ故障状態にある前記少なくとも１つのシリンダ内の排気弁を閉じた状態に維持するステップａ）が、前記内燃機関が１００％負荷（ＭＣＲ）未満である上方負荷限度を有している所定の負荷間隔で作動せしめられているときにのみ適用され、前記排気弁が、前記エンジン負荷が前記上方負荷限度よりも大きいときに開いたり閉じたりするように作動せしめられることを特徴とする方法。
請求項１又は２に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記排気弁が、電子制御ユニットによって制御される弁の開放を開始させるように液圧によって作動せしめられることを特徴とする方法。
請求項１ないし３のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
エンジンのより大きなエンジン負荷への加速中に、ステップａ）が第１の優先度で付与されて前記第１のステップが適用され、ステップａ）の適用では前記過剰なねじれ振動を減じるのに不十分である場合にのみ、前記ステップｂ）がより低い優先度で適用されることを特徴とする方法。
請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記ミスファイヤ故障状態にある少なくとも１つのシリンダ内の排気弁を閉成した状態に維持するステップａ）を適用すると同時に、前記エンジン負荷がエンジンの残りのシリンダに対して均一に分配されることを特徴とする方法。
請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記ステップａ）及び／又はステップｂ）に加えて、ｃ）連続的なミスファイヤ故障状態にない少なくとも１つのシリンダ内に噴射される燃料の量を、残りのシリンダ内に噴射される燃料の量とは異なるように変えるステップを適用することを特徴とする方法。
請求項１ないし６のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記噴射される燃料の量を変えるステップｃ）が、ミスファイヤ故障状態にある前記シリンダのファイアリング角度に対して、（（３６０°×ｎ＋１８０°）／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度だけ異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダ内へ噴射される燃料の量を減らすことによって適用することを特徴とする方法。
請求項１ないし６のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
前記噴射される燃料の量を変えるステップｃ）が、ミスファイヤ故障状態にある前記シリンダのファイアリング角度に対して、（（３６０°×ｎ＋１８０°）／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度だけ異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダ内へ噴射される燃料の量を増すことによって適用することを特徴とする方法。
請求項１ないし６のうちのいずれか一項に記載の過剰なねじれ振動を減じる方法であって、
少なくとも１つのシリンダを、意図的なミスファイヤ状態におく前記ステップｂ）が、ミスファイヤ故障状態にある前記シリンダのファイアリング角度に対して（（３６０°×ｎ＋１８０°）／ｉ）±６０°／ｉ（式中、ｉは振動次数であり、ｎは０乃至（ｉ−１）の範囲内の整数である）の範囲内の角度だけ異なるファイアリング角度を有する少なくとも１つのシリンダに適用することを特徴とする方法。