专利名称：涡轮增压的直列十四缸二冲程内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮增压的直列十四缸二冲程内燃机，其具有至少一个废气接收器、至少两个涡轮增压器、以及一扫气系统，其中的扫气系统带有至少一个纵长的扫气接收器，每一气缸都具有一个与扫气接收器相连接的扫气进口、以及一条排气通道，排气通道通入到所述的至少一个废气接收器中，所述涡轮增压器的涡轮侧与废气接收器相连接，而压气机侧则与扫气系统相连接，该发动机的14个气缸C1-C14具有一定的发火顺序(n1-n14)。
背景技术：
带有扫气接收器的发动机采用所谓的恒压式涡轮增压，恒压式涡轮增压是基于这样的原理实现的通过将从各个气缸经对应的排气通道排出的废气输送到一个公共的废气接收器中，可将各个气缸排出的废气流脉冲平均化，其中的废气接收器是一个纵长的压力容器，其具有足够大的容积，从而可以使从气缸排出的高强度气流脉冲在相当大的程度上膨胀为处于平均压力下的普通气流。
当发动机负载恒定时，涡轮增压器的涡轮部分所接收的废气也处于恒定的压力上，这将能提高涡轮增压器的效率，并使涡轮增压器的压气机部分能向位于发动机气缸进气口一侧的扫气系统稳定地输送进气。而废气接收器的压力波动则会造成涡轮增压器的功率发生波动，进而会改变输送给充气系统的充缸空气，使充缸空气变得不均匀。
向发动机进气口一侧输送扫吹空气会影响到用充缸空气对气缸的充气效果，因而会影响到气缸内的燃烧过程、以及由燃烧而发出的功率。具有14个气缸的直列发动机的长度很长，因而也具有很长的扫气接收器。从涡轮增压器排出的充缸空气的压力变化在一定程度上会造成扫气接收器中的压力发生变动。但是，造成扫气接收器中压力发生较大波动的原因则在于各个气缸按照什么样的型式来使用扫气接收器中的扫吹/充缸空气。
对于14缸的二冲程内燃机，存在这样一个问题所述至少一个扫气接收器中气压的波动会造成由充缸空气对各个气缸进行充气的效果存在差异。这样的充气差异会出现在相距一定距离的两气缸之间，从而造成各气缸的燃烧过程所输出的功率并不相同，而这是一种不利的情况，且充气差异还影响到对气缸的控制—尤其是在燃料配送量方面。
发明内容
本发明的目的是当发动机运转在恒压负载状况下时，减小或消除发动机气缸燃料配送量的波动，其中，燃料配送量的波动是由于充缸空气对气缸的充气效果发生变动所致。
考虑到上述的情况，根据本发明的二冲程恒压式涡轮增压内燃机的特征在于十四个气缸的发火顺序(n1-n14)至少能使如下的四项要求a)-d)得以满足对于气体的四阶脉动a) 对于气体的五阶脉动b) 对于气体的六阶脉动c) 对于气体的七阶脉动d) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，该函数在气缸C1时的在F(1)＝1到气缸C14时的F(14)＝-1之间线性插值，||代表向量的模长。向量的模长是按照常规的方式计算出的即等于合量正弦值平方与余弦值平方之和的平方根。
如果14缸内燃机的发火顺序符合上述的这几项要求，则导致扫气接收器中压力发生波动的主要来源就被减小到了很低的程度，使得气缸的燃料配送量基本上不会受到扫气压力波动的影响。满足上述要求的发火顺序使得各个气缸依次对扫气接收器中扫吹空气和充缸空气的消耗不会造成扫气接收器中空气压力发生大的波动。
在一优选实施方式中，十四个气缸的发火顺序(n1-n14)还满足如下的要求e)e) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，对于气缸C1，F(1)＝0，且F(n)＝F(n-1)+气缸Cn-1中线到气缸Cn中线的距离/气缸间标称距离，||代表向量的模长。气缸间标称距离是指两个相互之间只存在单个主轴承的气缸之间的距离，该距离通常是指气缸C1中线和C2中线之间的距离。在14缸发动机中，曲轴一般被制成两段，通常利用螺栓、在某两个气缸之间将这两个部分接合到一起。因而，在这两个气缸之间就存在两个主轴承，它们之间的分隔距离要大于所述的标称距离。
14缸二冲程发动机等的长型直列发动机通常被用作船舶的推进机。通过满足要求条件e)，还能进一步地促进按照a)到d)的要求条件来设计发火顺序所能获得的优点。要求e)还具有这样的有利之处可减小所谓的张口力矩(nick-moment)。张口力矩是各气缸作用在拉杆和主轴承上的垂向力的加权之和。张口力矩趋于使发动机和船体在垂直平面内产生不利的振动。
在另一实施方式中，14个气缸的发火顺序(n1-n14)还满足如下的要求f)
f) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，对于气缸C1，F(1)＝0，且F(n)＝F(n-1)+气缸Cn-1中线到气缸Cn中线的距离/气缸间标称距离，||代表向量的模长。二阶张口力矩是各气缸作用在拉杆和主轴承上的二阶垂向力的加权之和。二阶张口力矩会引发不利的垂直振动。还可以将14缸发动机的发火顺序(n1-n14)设计成可满足上述的要求e)和f)，这将可减小张口力矩对船体垂直振动的影响。优选地是Vnick(2)小于3.0，更为优选地是小于2.0。
在一最为优选的实施方式中，14个气缸的发火顺序(n1-n14)被设计成能使得a)对于4阶气体脉动，Vgas(4)＜1；b)对于5阶气体脉动，Vgas(5)＜2；c)对于6阶气体脉动，Vgas(6)＜2；d)对于7阶气体脉动，Vgas(7)＜2.2；e)对于1阶张口力矩，Vnick(1)＜1.5；f)对于2阶张口力矩，Vnick(2)＜1.5，满足这些条件的发火顺序使扫气接收器在其全长范围内获得了均匀的压力分布，与此相关，发动机的运转状况特别优良，且除此之外，振动水平在总体上变得非常有利，在此意义上，通常所考虑的所有振动级都处于可接受的限度内。在14缸发动机多达6227020800种可能的均匀发火顺序中，只有不到600种均匀发火顺序满足上述的这些条件。
发火顺序可以是均匀的，在此意义上，两顺序气缸依次发火之间的曲轴转角均为360°/14。这一固定大小的角度发动机中的所有气缸都是适用的。如果某种特定发动机的装机存在特殊的问题，则也可以通过采用并不均匀的发火顺序来对振动的特性曲线进行微调，在此意义上，至少两对依次发火气缸之间的曲轴转角不等于360°/14。
下面将参照一些高度示意化的附图对本发明的几种实施方式作详细的描述，在附图中图1是根据本发明的二冲程14缸发动机的剖视图；图2是图1所示发动机的侧视图；图3中的轴测图表示了图1所示发动机的曲轴；图4中的示意图表示与图3所示曲轴相关的气缸发火顺序；图5表示了扫气接收器中气体脉动的不同模式；以及图6表示出了形成张口力矩的各个作用力。
具体实施例方式
图1是对一大型十字头式二冲程内燃机所作的剖视图，该内燃机属于恒压涡轮增压型，其具有14个气缸。该发动机例如可以由MAN B&W柴油机公司制造的MC或ME型柴油机，或者是由Wrtsil公司制造的Sulzer RT-flex或Sulzer RTA型机组。气缸的缸径例如在60到120cm之间，优选为80到120cm，更为优选地是在95到120cm之间。发动机的功率例如为每缸3000kW到8500kW，优选为4000kW到8000kW/每缸，例如至少为每缸5000kW。通常，每一气缸C1-C14缸套1的下端上都具有一列扫气口2，而气缸的顶部则设置有一个带有排气阀4的缸盖3。
在活塞杆6上安装着一个活塞5，活塞杆6通过一十字头7和一连杆8与曲轴10上的一曲柄销9相连接。曲轴的轴颈11位于主轴承内，主轴承安装在机座12内。
所述十字头在横向上由滑块13支撑着，滑块13在垂直延伸的引导面上滑动。引导面被固定到内燃机上固定不动的A型机架14上。在A型机架的顶部安装着气缸体15。
缸盖3利用缸盖螺栓16固定到气缸体15上。拉杆17从气缸体15向下延伸向机座，从而将气缸体15固定到机座12上。通常情况下，每一气缸体上作用有四根拉杆17，且由拉杆产生的总向下拉力大于气缸中燃烧室内燃烧过程所产生的最大压力对缸盖的向上作用力。
在排气阀所在的区域处，一排气导管18从各个气缸引出，并通入到一废气接收器19中，该废气接收器是所有气缸共用的。发动机可以只具有一个由所有气缸共用的废气接收器，或者也可以具有多个废气接收器—例如两个或三个，它们可首尾相连地排列成一行，且通常利用气流通道相互连通。
废气接收器是横截面为圆筒形状的压力容器。废气导管18伸入到废气接收器19中，当排气阀打开时，其将废气从相关的燃烧室输送出去。在废气接收器中，由于从废气导管18排出脉动的废气而产生的压力波动被均衡为更为平均的压力。
按照一定的方式在废气接收器19上连接了四台涡轮增压器20，以使得废气能经过废气通道21而流过涡轮增压器的涡轮部分22，在涡轮部分中，废气作为涡轮叶轮的驱动工质，涡轮被安装到一压气机叶轮的驱动轴上，压气机叶轮位于涡轮增压器的压气机部分23中。压气机部分23可将压缩空气沿箭头A所示的方向进行输送，使空气流经一空气通道24、以及可能的话还流经一进气冷却器25而进入到扫气系统26中。
扫气系统包括至少一个扫气接收器27，其由几个气缸或所有气缸共用，且为各个气缸都设置了一条气流通道28，该通道将一进气室29与扫气接收器连通，从而使进气能沿箭头B的方向充入到进气室中，并由气缸消耗掉这些空气。扫气接收器是一个横截面为圆形的圆筒形压力容器。在扫气接收器27下部的进气口处设置了逆止阀31。
进气既被称为扫吹空气、也被成为充缸空气。两个名称都是指同一事物—即发动机的进气。但是，对于二冲程发动机，当排气阀打开时，需要利用进气来对燃烧室执行扫吹(清洁)工作，以便于将燃烧产物吹出，且在排气阀关闭之后，进气被用于对气缸进行充气，用于为下一次燃烧过程作好准备。进气室29环绕着缸套1带有扫气口2的下部。
在二冲程循环的燃烧冲程中，活塞5向下运动，直至到达位于缸套最下方部位的下死点位置处，在下死点上，活塞的上表面低于扫气口2。在活塞向下运动的过程中，当活塞经过扫气口时，空气从进气室29流入到气缸内，从而使所述进气室中的压力发生下降，并使得扫气接收器中靠近空气流道28的局部区域也出现压力降，其中的空气流道28通向气缸。
对空气的消耗、以及扫气接收器中与之相关的局部气压降低出现在各条空气流道28处，这些空气流道28是沿着扫气接收器的长度方向进行排布的。各气缸在各个时间点上依次消耗空气，其中的时间点取决于发动机的发火顺序。由于向气缸输送进气的状况随时间和位置的改变而变化，所以会使扫气接收器中的空气发生波动。除了其它一些因素之外，扫气接收器内纵向气压波的固有频率取决于接收器的长度。
图5所示的扫气接收器由发动机中的所有气缸共用，因而，其延伸长度达到发动机的全长。扫气接收器中空气波动的最低固有频率对应于所谓的一阶气体脉动，在该阶模式中，接收器两端部处的压力是反相的，且速度变化最大的位置是在接收器的中点处。在图5中，一阶气体脉动由曲线a表示。二阶气体脉动模式则由图5中的曲线b表示。很显然，一阶气体脉动模式只具有单个节点32，而二阶气体脉动模式则具有两个节点32，依次类推，阶数每增大一级，节点就另增加一个。
依次消耗空气的过程能否激发扫气接收器中空气发生动态振荡的能力取决于发动机的发火顺序、以及当前的发动机转速。如果气压波的频率与某一特定阶气体脉动的固有频率相一致，则就可能出现相当大的气压波动。这些不利的气压波动可能会影响对气缸的充气效果—尤其是对于那些距离相关振动阶的节点32最远的气缸。
当然，可将扫气接收器分割成几个首尾相接的接收器段。尽管这样作可以改变单个扫气接收器的长度，但却并不能解决压力波动的问题，原因在于首先，压力波动仍然会出现，其次，对接收器进行分割在同时可能会造成各个涡轮增压器输出的空气量发生更为显著的变化，而这样的变化量在由所有气缸共用的单个扫气接收器中是无法得到均衡的。
通过按照上述要求a)-d)来选择发火顺序，可将各个气缸从扫气接收器输入空气的次序设计成这样使气缸充气效果受扫气波动的影响而变动的程度很小，以致于不会干扰对各个气缸的燃油量调节。
下面列出了满足上述要求a)到f)的发火顺序的一些实例序号C1到C14气缸的发火顺序
1 1-4-9-14-7-2-6-11-12-5-3-8-10-132 1-4-9-14-7-2-6-12-11-5-3-8-10-133 1-5-8-14-7-2-6-11-12-4-3-9-10-134 1-5-8-14-7-2-6-11-13-4-3-9-10-125 1-5-8-14-7-2-6-13-11-4-3-9-10-126 1-5-9-14-7-2-6-11-12-4-3-8-10-137 1-5-11-12-6-2-8-10-13-3-4-7-14-98 1-6-9-14-5-2-7-12-11-4-3-8-13-109 1-6-9-14-5-2-7-13-11-3-4-8-12-1010 1-6-10-14-2-5-7-12-11-3-4-9-13-811 1-6-11-13-2-5-7-14-9-3-4-10-12-812 1-6-11-14-2-5-7-12-10-3-4-9-13-813 1-6-11-14-2-5-7-12-10-4-3-9-13-814 1-6-11-14-2-5-7-13-9-3-4-10-12-815 1-6-11-14-2-5-7-13-10-3-4-9-12-816 1-6-13-11-4-2-8-14-7-5-3-12-10-917 1-6-13-11-4-2-9-14-7-5-3-12-10-818 1-7-10-14-2-5-6-12-11-3-4-9-13-819 1-7-13-11-4-2-9-14-6-5-3-12-10-820 1-8-10-13-2-4-9-14-7-3-5-11-12-621 1-8-11-12-2-4-9-14-7-3-5-10-13-622 1-8-11-12-2-5-7-13-9-3-4-10-14-623 1-8-12-9-5-2-10-13-7-4-3-14-11-624 1-8-12-10-4-2-11-13-6-5-3-14-9-725 1-8-12-10-5-2-9-14-7-4-3-13-11-626 1-8-13-9-2-4-11-12-6-5-3-14-10-727 1-8-13-9-4-2-11-12-6-5-3-14-10-728 1-9-12-8-5-2-11-13-7-4-3-14-10-629 1-9-12-10-2-3-13-11-6-4-5-14-8-7
30 1-9-12-10-2-3-13-11-6-5-4-14-8-731 1-9-12-10-3-2-13-11-6-4-5-14-8-732 1-9-12-10-4-2-11-13-6-3-5-14-8-733 1-10-11-9-4-2-12-13-5-3-6-14-8-734 1-10-11-9-4-2-13-12-5-3-6-14-8-735 1-10-12-9-2-4-13-11-5-3-6-14-8-736 1-10-13-8-2-4-12-11-7-3-5-14-9-637 1-11-10-9-4-2-12-13-5-3-6-14-8-738 1-12-10-9-2-4-13-11-5-3-7-14-8-639 1-12-11-8-2-4-13-10-7-3-6-14-9-540 1-12-11-8-2-5-13-10-6-3-7-14-9-441 1-13-10-8-2-5-12-11-6-3-7-14-9-442 1-13-10-8-2-6-12-11-5-3-7-14-9-443 1-14-10-8-2-6-12-11-5-3-7-13-9-444 1-14-11-6-2-8-12-10-4-3-9-13-7-5其它的发火顺序也能满足上述的要求条件，因而，上面列出的发火顺序应当被看作是14缸发动机优选的、但非限定性的发火顺序实例。
如下的发火顺序能满足权利要求5中的条件a)＜1、b)＜2、c)＜2、d)＜2.2、e)＜1.5、f)＜1.545 1-9-14-8-2-4-11-13-5-3-7-12-10-646 1-5-10-14-6-2-7-12-11-4-3-8-13-947 1-6-14-10-5-2-9-13-8-3-4-11-12-748 1-5-11-12-7-2-6-14-10-4-3-8-13-949 1-5-11-12-6-2-7-14-10-3-4-8-13-950 1-8-13-9-4-2-10-14-6-3-5-12-11-751 1-6-11-12-5-2-7-14-10-3-4-9-13-852 1-5-12-11-6-2-7-13-10-3-4-8-14-9下列的发火顺序能满足条件a)＜1、b)＜1、c)＜1、d)＜1、e)＜1、f)＜153 1-8-14-9-2-4-11-12-7-3-5-13-10-654 1-8-13-9-4-2-11-14-5-3-6-12-10-755 1-8-14-9-2-4-12-11-7-3-5-13-10-6在上述的第一种发火顺序中，C1到C14气缸按照1491472611125381013的次序点火。通过将曲轴10制成使其各个曲柄行程33的指向遵照能实现该发火顺序的转角型式，就能在发动机中实现该发火顺序。该发火顺序是由曲轴的结构设计决定的。图3表示了实现第一种发火顺序所需的曲轴样式，该发火顺序是一种平均的发火顺序一即该发火顺序中两次发火之间的角度间隔是规则的(平均的)，其等于360°/14。每一曲柄行程33都包括两个曲柄臂34和曲柄销9，且曲轴轴颈11将各个曲柄行程联接成一根完整的曲轴。曲轴轴颈沿曲轴的中心线35排列，且被支撑在机座12的主轴承内。
对于图3所示的曲轴，除了气缸C7与C8之间的距离L2＝L+L1之外，整个曲轴范围内气缸之间的距离L都是恒等的，气缸C7、C8之间的距离等于气缸间的标称距离加上另外一个距离L2，距离L2是由两个主轴承和一曲轴中间接头造成的，曲轴的中间接头例如是法兰连接件，两段曲轴在该连接件处用螺栓接合起来。曲轴可被合适地分割成两段，以便于减轻单段曲轴的重量。在对发动机执行组装的过程中，这样的设计将有利于将曲轴起吊到机座上，而且还有助于曲轴的制造，原因在于尺寸差不多的14缸发动机整根曲轴的重量可达到250t。位于接头处的两气缸之间的距离L2大于其它气缸之间的距离L。还可以将曲轴接头设置在气缸C8与C9之间。
发动机可以是不带有用于驱动燃油泵和排气阀的凸轮轴的电控发动机，例如ME型发动机即为此类机型。如果发动机是带有凸轮轴的普通类型，则可通过一链条驱动机构或齿轮机构由曲轴驱动该凸轮轴，传动机构可被合适地布置在分隔距离L2较大的两气缸之间。
图4表示出了图3所示曲轴上曲柄行程33之间的各个转角。也可以采用不规则的发火顺序—即发火顺序是不均匀的，这是指至少两对(可能是几对)依次发火气缸之间的转角间隔不等于360°/14。只偏离平均值很小的几度就会导致发动机具有不同的振动模态。对于微调发动机最终的振动特性而言，这种不规则的发火顺序是有用的。相对于扫气接收器中的气体脉动而言，如要为了有利地获得低水平的气体脉动，则发火顺序是很重要的，而发火顺序是否规则的重要性则无法与此相比。
通常情况下，是利用一计算机程序来电子化运算出某一特定发火顺序是否符合上述的要求a)-d)、以及更进一步的要求e)和/或f)，其中的计算机程序例如是由MAN B&W柴油机公司开发出的PROFIR程序、或者是公开在文献“Die Verbrennungskraftmashing”中的规范程序，其中的文献是由H.Maass/H.Klier与K.E.Hafner/H.Maass所著的，并由纽约州Wien地方的Springer-Verlag出版社出版。
下面将针对图2所示的14缸发动机举例说明该计算过程。该发动机是MAN B&W柴油机公司的产品，属于MC型，更具体来讲为14K98MC型，其缸径为0.98米，缸距L的标称值为1.75米。气缸C1垂直中线与C14垂直中线之间的总长度为23.99米，且在气缸C7与C8之间设置有链条驱动机构。
气缸C7与C8之间的另加长度L1为1.24米，因而使气缸C7与C8之间的总距离L2等于2.99米。采用上述第一种发火顺序1491472611125381013，可计算出如下的数值。
气缸C1到C14的发火角依次为0°、128.6°、257.1°、25.7°、231.4°、154.3°、102.9°、282.9°、51.4°、308.6°、180.0°、205.7°、334.2°以及77.1°。
为了对气流的脉动进行计算，利用线性插值的方法求得F(n)的如下数值，插值运算是相对于气缸的位置、在气缸C1的F(1)＝1与气缸C14的F(14)＝-1之间进行的，结果如下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、以及F(14)＝-1。气缸的位置被计算为气缸Cn在发动机的纵向上相距气缸C1的距离/气缸C1中线与C14中线之间的总距离。因而，F(n)等于1-2×(气缸Cn与C1之间距离/气缸C1到C14总长度)。
相对于方程式a)到f)中矢量求和式的数值ωt，由于所求得向量的模长与时间t无关，所以可在t＝0时计算出向量的模长。
相对于由要求条件a)所规定的4阶气体力的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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、以及C14＝0.78138，且正弦分量的总和为0.7814。
对于各个气缸而言，方程式a)中与F(n)相乘后的余弦分量如下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、以及C14＝-0.6235，且余弦分量的总和为-0.108。所求得向量的模长为(0.7814×0.7814+-0.108×-0.108)的平方根—即等于0.789，该数值远小于2.5。
相对于由要求条件b)所规定的5阶气体力的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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＝0.0000、C12＝0.5537、C13＝0.6678、以及C14＝-0.4339，且正弦分量的总和为0.6707。
对于各个气缸而言，方程式b)中与F(n)相乘后的余弦分量如下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、以及C14＝-0.901，多个余弦分量的总和为0.1433。所求得向量的模长为0.6858，该数值远小于2.0。
相对于由要求条件c)所规定的6阶气体力的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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、以及C14＝-0.9749，多个正弦分量的总和为0.1336。
对于各个气缸而言，方程式c)中与F(n)相乘后的余弦分量如下C1＝1、C2＝0.53253、C3＝-0.1576、C4＝-0.5066、C5＝0.25964、C6＝-0.2437、C7＝-0.0277、C8＝0.02773、C9＝-0.1687、C10＝-0.2596、C11＝-0.5623、C12＝0.63808、C13＝0.76952、以及C14＝0.22252，各个余弦分量的总和为1.5237。所求得向量的模长为1.5295，该数值远小于2.1。
相对于由要求条件d)所规定的7阶气体力的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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、以及C14＝0.0000，多个正弦分量的总和为0.00。
对于各个气缸而言，方程式d)中与F(n)相乘后的余弦分量如下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、以及C14＝1.0，各个余弦分量的总和为1.4164。所求得向量的模长为1.4164，该数值远小于2.2。
为了计算出与要求条件e)和f)相关的张口力矩，按照如下的方式计算出函数F(n)的数值F(n)＝F(n-1)+(气缸Cn-1中线到气缸Cn中线的距离/气缸间标称距离)。气缸间标称距离是指相邻的、且中间未设置链条驱动机构的两气缸的垂直中线之间的水平距离。如果发动机上为凸轮轴而设置了链条驱动机构，则该链条驱动机构通常位于发动机的中间位置。因而，在通常情况下，气缸间标称距离与发动机端部区域中两气缸之间的距离相同，其例如等于气缸C1与C2之间的距离。对于上述的发动机，可求得如下的数值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、以及F(14)＝13.70857。
相对于由要求e)所规定的1阶张口力矩的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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、以及C14＝13.3649，且多个正弦分量的总和为-0.501。
对于各个气缸而言，方程式e)中与F(n)相乘后的余弦分量如下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、以及C14＝3.0504，各个余弦分量的总和为-0.258。所求得向量的模长为0.5639，该数值远小于2.5。
相对于由要求条件f)所规定的2阶张口力矩的数值，针对各个气缸，与F(n)相乘后的正弦分量分别为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＝0.0000、C12＝9.15413、C13＝-9.936、以及C14＝5.9479，多个正弦分量的总和为0.4721。
对于各个气缸而言，方程式f)中与F(n)相乘后的余弦分量如下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、以及C14＝-12.351，各个余弦分量的总和为-0.794。所求得向量的模长为0.9241，该数值远小于6.0。
在图6中表示出了产生张口力矩的作用力。当气缸14执行燃烧过程时，作用在缸盖上的、方向向上的力导致四根拉杆受到一个向上的作用力36，而拉杆将气缸部分与机座连接起来，与此同时，与该气缸14所对应的主轴承受到一个向下作用的推力37。当其它气缸发火时，也会出现类似的作用力。这些垂直方向上的作用力产生所谓的张口力矩，其作用在发动机以及发动机支撑结构上，且其作用方式可引发垂直振动。这些垂向振动会带来负面影响，尤其在发动机被用作集装箱货船的主推进机组的情况下，原因在于张口力矩将会引发船体产生特性极为不利的振动。根据本发明的发动机的发火顺序能抑制张口力矩的幅度，因而该发动机特别适用于其船体通常很长的集装箱船，这种船舶需要装有功率极高的主机，以便于使船舶具有运输高价值货物所必需的高航速。根据本发明的发动机除了能解决发动机各个气缸的充气效果存在差异的问题(这一问题尤其是与高功率发动机相关)之外，同时还能解决与集装箱货船推进系统相关的主振动问题中的其中之一。
因而，根据本发明的发动机特别适于用作集装箱货船的推进主机，尤其是适于其运量至少为10000TEU(标准箱)的集装箱船，例如从10200TEU到14000TEU范围内的集装箱船，单位TEU等同于20英尺的集装箱。TEU是用于衡量集装箱船载运量的标准单位。
下面的表1列出了上述发火顺序中某些其它顺序的相关振动值。这些发火顺序按照上文描述的次序而被标记为FS1等标号。该表格列出了按照各个要求条件a)到f)所获得的向量的模长。
表1
可以对上述的实施方式进行改动。例如，可以在发动机上使用其它数目个涡轮增压器，例如可采用两个或三个涡轮增压器，也可以采用多于四个涡轮增压器，例如五到八个涡轮增压器。发动机的机架可以是任何合适的形状，且气缸体可被一体地制在发动机机架上。扫气接收器(可能的话废气接收器也可以)的横截面构造可以是除圆形之外的其它形状，例如可以是与一个或多个直线段相结合的多边形或局部圆形。除了上述的元件之外，扫气系统还可包括其它一些元件—例如水雾收集器等。也并非必须要将位于发动机前端的气缸编号为C1、而将位于后端的气缸编号为C14。同样也可以将后端的气缸编号为C1，而将前端的气缸编号为C14。作为备选方案，该发动机除了作为船用主机之外，还可被用在发电站作为固定机组。
也可不同于上述的准则，而将各项要求条件设定得更为严格。例如，在气体脉动方面，可将要求a)设定为Vgas(4)＜1.2或Vgas(4)＜0.9，还可将有关气体脉动的要求条件b)限制为Vgas(5)＜1.2或Vgas(5)＜1.0，将有关气体脉动的要求条件c)限制为Vgas(6)＜1.2或Vgas(6)＜1.0，并将有关气体脉动的要求条件d)限制为Vgas(7)＜2.0或Vgas(7)＜1.5。可将要求e)限定为Vnick(1)＜1.3或Vnick(1)＜1.0，而要求f)可被限制为Vnick(2)＜1.3或Vnick(2)＜1.0。可根据需要单独地、或组合地采用这些更为严格的要求。要求越严格，满足该要求条件的发火顺序数目越少，但在同时，也能使14缸发动机的振动特性更为有利。
权利要求
1.一种涡轮增压的直列十四缸二冲程内燃机，其具有至少一个废气接收器、至少两个涡轮增压器、以及一扫气系统，其中的扫气系统带有至少一个纵长的扫气接收器，每一气缸都具有一个与扫气接收器相连接的扫气进口、以及一条排气通道，排气通道通入到所述的至少一个废气接收器中，所述涡轮增压器的涡轮侧与废气接收器相连接，而压气机侧则与扫气系统相连接，该发动机的14个气缸C1-C14具有一定的发火顺序(n1-n14)，其特征在于十四个气缸的发火顺序(n1-n14)至少能使如下的四项要求a)-d)得以满足对于气体的四阶脉动a) 对于气体的五阶脉动b) 对于气体的六阶脉动c) 对于气体的七阶脉动d) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，在从气缸C1处时的F(1)＝1到气缸C14时的F(14)＝-1之间线性插值，||代表向量的模长。
2.根据权利要求1所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于十四个气缸的发火顺序(n1-n14)还能满足如下的要求e)e) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，对于气缸C1，F(1)＝0，且F(n)＝F(n-1)+气缸Cn-1中线到气缸Cn中线的距离/气缸间标称距离，||代表向量的模长。
3.根据权利要求1所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于14个气缸的发火顺序(n1-n14)还能满足如下的要求f)f) 式中，n为气缸的缸号，n为n号气缸的发火角，F(n)是一加权函数，对于气缸C1，F(1)＝0，且F(n)＝F(n-1)+气缸Cn-1中线到气缸Cn中线的距离/气缸间标称距离，||代表向量的模长。
4.根据权利要求1到3之一所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于14个气缸的发火顺序(n1-n14)被设计成能使得a)对于4阶气体脉动，Vgas(4)＜2；b)对于5阶气体脉动，Vgas(5)＜2；c)对于6阶气体脉动，Vgas(6)＜2；d)对于7阶气体脉动，Vgas(7)＜2.2；e)对于1阶张口力矩，Vnick(1)＜2；f)对于2阶张口力矩，Vnick(2)＜3，
5.根据权利要求4所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于14个气缸的发火顺序(n1-n14)被设计成能使得a)对于4阶气体脉动，Vgas(4)＜1；b)对于5阶气体脉动，Vgas(5)＜2；c)对于6阶气体脉动，Vgas(6)＜2；d)对于7阶气体脉动，Vgas(7)＜2.2；e)对于1阶张口力矩，Vnick(1)＜1.5；f)对于2阶张口力矩，Vnick(2)＜1.5，
6.根据权利要求1到5之一所述的二冲程恒压型涡轮增压内燃机，其特征在于所述发火顺序是均匀的，在此意义上，两顺序气缸依次发火之间的曲轴转角为360°/14。
7.根据权利要求1到5之一所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于所述发火顺序是不均匀的，在此意义上，至少两对依次发火气缸之间的曲轴转角不等于360°/14。
8.根据权利要求1到5之一所述的二冲程恒压型涡轮增压内燃机，其特征在于该内燃机是集装箱船的主推进机组，优选地是载货量大于10000TEU的集装箱船的推进主机。
9.根据权利要求8所述的二冲程涡轮增压内燃机，其特征在于该内燃机的最大功率为每缸至少5000kW。
全文摘要
本发明公开了一种涡轮增压的二冲程内燃机，其具有排成一列的十四个气缸，并具有一扫气系统，扫气系统带有至少一个纵长的扫气接收器，发动机14个气缸C1－C14的发火顺序(n1－n14)至少能使如右式的四项要求a)－d)得以满足。式中，n为气缸的缸号，φ
文档编号F02B75/00GK1648443SQ20041003664
公开日2005年8月3日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年1月28日
发明者佩尔·伦内达尔, 博·汉森 申请人:曼B与W狄赛尔公司