專利名稱：提高使用超級(jí)渦輪增壓器的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率的制作方法
提高使用超級(jí)渦輪增壓器的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率背景技術(shù)
對(duì)于客運(yùn)車輛及商用車輛而言，提高功率和燃料效率是極為重要的。一種用于提高從發(fā)動(dòng)機(jī)中可獲得功率的方法是使用渦輪增壓器來增加能夠供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣量。隨著空氣量的增加，在每個(gè)燃燒沖程期間，能夠應(yīng)用增加的燃料量來由此提高由發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可包括一種具有高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)；超級(jí)渦輪增壓器，該超級(jí)渦輪增壓器耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)，以便在推進(jìn)系 (propulsion train)與超級(jí)渦輪增壓器之間傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；閥，該閥調(diào)節(jié)來自超級(jí)渦輪增壓器的壓縮空氣的氣流，該氣流在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)入超級(jí)渦輪增壓器之前與排氣混合，從而壓縮空氣將排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度以防止損壞超級(jí)渦輪增壓器。
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可進(jìn)一步包括一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，該方法包括將超級(jí)渦輪增壓器耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)；在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)入超級(jí)渦輪增壓器之前， 將來自超級(jí)渦輪增壓器的壓縮空氣的氣流提供至排氣，從而壓縮空氣將排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度的溫度以防止損壞超級(jí)渦輪增壓器并且為進(jìn)入超級(jí)渦輪增壓器的排氣提供附件質(zhì)量。
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可進(jìn)一步包括一種具有高效率的超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)；超級(jí)渦輪增壓器，其中該超級(jí)渦輪增壓器包括渦輪，該渦輪由流過渦輪的氣體混合物產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；壓縮機(jī)，機(jī)械地耦接至渦輪，該壓縮機(jī)壓縮空氣源并且將壓縮空氣提供至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管；傳動(dòng)裝置，機(jī)械地耦接至渦輪和壓縮機(jī)，該傳動(dòng)裝置將來自渦輪的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能傳遞至推進(jìn)系以提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率并且防止損壞超級(jí)渦輪增壓器，并且將來自推進(jìn)系的推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能傳遞至壓縮機(jī)以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪遲滯；反饋閥，該反饋閥調(diào)節(jié)與排氣相混合以形成氣體混合物的壓縮空氣的一部分，壓縮空氣的該部分足以將排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度以防止損壞渦輪，并且為排氣提供空氣的附加質(zhì)量，附加質(zhì)量為渦輪增加附加轉(zhuǎn)動(dòng)能。
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可進(jìn)一步包括一種提高超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，該方法包括從超級(jí)渦輪增壓器的壓縮機(jī)提供壓縮空氣；將壓縮空氣的一部分與來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣相混合以形成氣體混合物，該氣體混合物的溫度不超過預(yù)定最高溫度以防止損壞渦輪增壓器的渦輪；由氣體混合物驅(qū)動(dòng)渦輪；將過量的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從渦輪傳遞至推進(jìn)系，否則過量的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能將促使渦輪以會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成損壞的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可進(jìn)一步包括一種提高超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，該方法包括提供發(fā)動(dòng)機(jī)；提供催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器連接至接近發(fā)動(dòng)機(jī)的接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的排氣出口，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣激活催化轉(zhuǎn)化器中的放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)將附加能量增加至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣并且在催化轉(zhuǎn)化器的輸出端處產(chǎn)生比發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更熱的催化轉(zhuǎn)化器排氣；利用壓縮機(jī)將壓縮空氣的氣流提供至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)口 ；在位于催化轉(zhuǎn)化器下游的混合腔中將壓縮空氣的一部分與催化轉(zhuǎn)化器排氣相混合，以產(chǎn)生催化轉(zhuǎn)化器排氣與壓縮空氣的氣體混合物；利用控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入混合腔中的壓縮空氣的氣流，以便維持氣體混合物低于最高溫度，并且以便在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間維持壓縮空氣的氣流穿過壓縮機(jī)，否則此時(shí)在壓縮機(jī)中將出現(xiàn)喘振；將氣體混合物供應(yīng)至渦輪，該渦輪響應(yīng)于氣體混合物的氣流而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；將來自渦輪的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能傳遞至壓縮機(jī)，當(dāng)穿過渦輪的氣體混合物的氣流足以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，壓縮機(jī)利用轉(zhuǎn)動(dòng)能來壓縮空氣源以產(chǎn)生壓縮空氣； 提取來自渦輪的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能中的至少一部分，并且當(dāng)不需要來自渦輪的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的該部分來運(yùn)行壓縮機(jī)時(shí)，將渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的該部分施加至推進(jìn)系；當(dāng)穿過渦輪的氣體混合物的氣流不足以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，將來自推進(jìn)系的推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能提供至壓縮機(jī)以防止渦輪遲滯。
本發(fā)明的實(shí)施方式因此可進(jìn)一步包括一種超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)； 催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器連接至靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣出口的排氣管道，從而來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣激活催化轉(zhuǎn)化器中的放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)將能量增加至熱排氣并且產(chǎn)生更熱的排氣；壓縮機(jī)，連接至空氣源，壓縮機(jī)提供壓力高于排氣的壓力水平的壓縮空氣；管道，該管道將壓縮空氣供應(yīng)至更熱的排氣，從而壓縮空氣的至少一部分與更熱的排氣混合以產(chǎn)生氣體混合物；閥，該閥調(diào)節(jié)通過管道的壓縮空氣的部分，以便維持氣體混合物低于預(yù)定最高溫度，并且以便在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間，維持來自空氣源的空氣流穿過壓縮機(jī)，否則此時(shí)壓縮機(jī)中將出現(xiàn)喘振；傳動(dòng)裝置，在穿過渦輪的排氣的氣流不足以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)達(dá)到期望的升壓水平時(shí)，傳動(dòng)裝置將來自推進(jìn)系的推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能提供至壓縮機(jī)以減少渦輪遲滯，并且傳動(dòng)裝置從渦輪提取過量的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能以維持壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速低于會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成損壞的預(yù)定最高轉(zhuǎn)速。


圖1為根據(jù)本發(fā)明所教導(dǎo)的超級(jí)渦輪增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的簡化單線系統(tǒng)圖。
圖2為圖1的實(shí)施方式的實(shí)施的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)造的高效率超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方式的簡化單線形式的視圖。通過以下描述，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是，這樣的超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100尤其適用于火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于客運(yùn)車輛和商用車輛中，因此這里討論的這些示例性實(shí)例利用這一環(huán)境來幫助理解本發(fā)明。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的系統(tǒng)100的實(shí)施方式也適用于其他操作環(huán)境，例如陸基發(fā)電發(fā)動(dòng)機(jī)和其他陸基發(fā)動(dòng)機(jī)，這些實(shí)例應(yīng)采取示例性的方式，而不是限制方式。
如從圖1可看到的，系統(tǒng)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)102，其使用超級(jí)渦輪增壓器104來提高發(fā)動(dòng)機(jī)102的性能。通常，超級(jí)渦輪增壓器包括通過渦輪軸相耦接的壓縮機(jī)和渦輪。也已經(jīng)使用其他將壓縮機(jī)和渦輪耦接在一起的方法。進(jìn)一步地，超級(jí)渦輪增壓器包括用于在車輛的動(dòng)力系或驅(qū)動(dòng)系(推進(jìn)系)與渦輪軸之間傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)裝置。例如，傳動(dòng)裝置可機(jī)械地耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸或耦接至車輛的傳動(dòng)裝置、或驅(qū)動(dòng)系或動(dòng)力系的其他部分。這些統(tǒng)稱為車輛的推進(jìn)系。傳動(dòng)裝置可以是使用齒輪裝置的機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、氣壓傳動(dòng)裝置、牽引驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置或電力傳動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能夠耦接至渦輪軸且用于驅(qū)動(dòng)渦輪軸或由渦輪軸驅(qū)動(dòng)并產(chǎn)生電能。由電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能能夠?yàn)殡姵爻潆姟?驅(qū)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、或幫助為混合動(dòng)力車中的車輛提供動(dòng)力。在這方面， 超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可按尺寸制造并用于電車系統(tǒng)中發(fā)電的目的，或可用于產(chǎn)生能量且通過機(jī)械能幫助車輛提供動(dòng)力，諸如在混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)中。
如圖1所示，超級(jí)渦輪增壓器104包括渦輪106、壓縮機(jī)108、及一傳動(dòng)裝置110， 該傳動(dòng)裝置耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)102的曲軸112或推進(jìn)系的其他部分。盡管不是所有實(shí)施方式都要求，但是圖1所示的實(shí)施方式還包括一中間冷卻器114，該中間冷卻器用于提高從壓縮機(jī) 108供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)102的空氣的密度，以便進(jìn)一步提高從發(fā)動(dòng)機(jī)102中可獲得的功率。
超級(jí)渦輪增壓器具有渦輪增壓器的某些優(yōu)點(diǎn)。渦輪增壓器使用由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪。該渦輪耦接至壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)壓縮供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的進(jìn)入空氣。渦輪增壓器中的渦輪由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)。因此，當(dāng)?shù)谝淮卧鏊贂r(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷升壓遲滯直到有足夠的熱排氣來加速旋轉(zhuǎn)渦輪，從而為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，壓縮機(jī)機(jī)械地耦接至渦輪，以產(chǎn)生充足的升壓。為使遲滯減到最小，典型地使用更小和/或更輕的渦輪增壓器。輕型渦輪增壓器的低慣性使其非?？焖俚丶铀傩D(zhuǎn)，由此最小化執(zhí)行中的遲滯。
不幸的是，在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行期間，當(dāng)產(chǎn)生大量排氣流和溫度時(shí)，這種更小和/或更輕的渦輪增壓器可能很容易超速。為防止發(fā)生這樣的超速，典型的渦輪增壓器包括安裝在渦輪上游排氣管中的廢氣門閥。該廢氣門閥是一個(gè)壓力操縱閥，當(dāng)壓縮機(jī)的輸出壓力超出預(yù)定界限時(shí)，壓力操縱閥將轉(zhuǎn)移渦輪周圍的一些排氣。該界限被設(shè)定為指示渦輪增壓器即將超速的壓力。不幸的是，這導(dǎo)致會(huì)浪費(fèi)從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中可獲得的能量中的一部分。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)渦輪增壓器犧牲低端性能來獲取高端動(dòng)力，所以開發(fā)出通常所說的超級(jí)渦輪增壓器這種裝置。在美國專利No. 7，490，594中描述一種這樣的超級(jí)渦輪增壓器，該專利標(biāo)題為“Super-Turbocharger (超級(jí)渦輪增壓器)，，，出版于2009年2月17日，并且轉(zhuǎn)讓給即時(shí)申請(qǐng)的受讓人。特別地，該申請(qǐng)所公開和教導(dǎo)的所有內(nèi)容通過引證結(jié)合于此。
如以上所引證申請(qǐng)中所討論的，在超級(jí)渦輪增壓器中，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，當(dāng)沒有充足的發(fā)動(dòng)機(jī)熱排氣可用來驅(qū)動(dòng)渦輪時(shí)， 該傳動(dòng)裝置耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)。由發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)至壓縮機(jī)的機(jī)械能減少了傳統(tǒng)渦輪增壓器所遭遇的渦輪遲滯問題，并且允許使用更大或更高效率的渦輪和壓縮機(jī)。
圖1中所示的超級(jí)渦輪增壓器104運(yùn)行以將來自壓縮機(jī)108的壓縮空氣供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)102，而在低端下不會(huì)遭遇傳統(tǒng)渦輪增壓器的渦輪遲滯問題，且在高端下不浪費(fèi)從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中可獲得的供應(yīng)至渦輪106的能量。通過包含傳動(dòng)裝置110而實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)，該傳動(dòng)裝置既能從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸112提取動(dòng)力，又能為其提供動(dòng)力，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)102的各種運(yùn)行模式期間，相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)108和負(fù)載渦輪106。
在啟動(dòng)期間，當(dāng)傳統(tǒng)渦輪增壓器由于缺乏來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱的足夠動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)渦輪而遭遇遲滯時(shí)，超級(jí)渦輪增壓器104提供增壓作用，由此通過傳動(dòng)裝置110從曲軸112獲取動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)108，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)102提供足夠的升壓。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定速度時(shí)， 且從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱中可獲得的動(dòng)力量足以驅(qū)動(dòng)渦輪106時(shí)，降低由傳動(dòng)裝置110從曲軸112 獲取的動(dòng)力量。此后，渦輪106繼續(xù)為壓縮機(jī)108提供動(dòng)力以壓縮進(jìn)入空氣而用于發(fā)動(dòng)機(jī)102。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度提高時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱中可獲得的動(dòng)力量提高到使渦輪106在傳統(tǒng)渦輪增壓器中將超速的點(diǎn)。然而，對(duì)于超級(jí)渦輪增壓器104，由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱為渦輪106 提供的過量能量由傳動(dòng)裝置110引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸112，同時(shí)將壓縮機(jī)108維持在合適的速度以便為發(fā)動(dòng)機(jī)102提供理想的升壓。從發(fā)動(dòng)機(jī)102的排氣熱中可獲得的輸出動(dòng)力越大， 由渦輪106產(chǎn)生的更多動(dòng)力由傳動(dòng)裝置110引導(dǎo)至曲軸112，同時(shí)維持從壓縮機(jī)108中可獲得的最佳升壓。渦輪106通過傳動(dòng)裝置110的負(fù)載防止渦輪106超速，且最大化從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中提取的動(dòng)力的效率。因此，不再需要傳統(tǒng)的廢氣門(waste gate)。
盡管在傳統(tǒng)的超級(jí)渦輪增壓應(yīng)用中用于驅(qū)動(dòng)渦輪106的可用動(dòng)力量受到可從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中獲得的動(dòng)力量的嚴(yán)格限制，如果能充分利用和/或提高供應(yīng)至渦輪葉片的熱能和質(zhì)量流，那么渦輪106能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的更多動(dòng)力。然而，渦輪106不能在高于特定溫度下運(yùn)行而不損壞，并且質(zhì)量流通常被限制于從發(fā)動(dòng)機(jī)102出來的排氣。
認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，系統(tǒng)100的實(shí)施方式通過將催化轉(zhuǎn)化器116重新定位至渦輪106 的上游以保護(hù)渦輪106免受高溫瞬變。在一個(gè)實(shí)施方式中，催化轉(zhuǎn)化器定位在靠近排氣歧管的渦輪上游，排氣歧管實(shí)現(xiàn)放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)持久的高速或負(fù)載運(yùn)行期間排氣溫度的提高。為了冷卻排氣，在到達(dá)渦輪之前，由壓縮機(jī)產(chǎn)生的部分壓縮空氣通過一可控閥直接送入渦輪的排氣上游且添加到離開催化轉(zhuǎn)化器的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中。冷卻器進(jìn)入空氣膨脹并且冷卻排氣，并且添加附加質(zhì)量至排氣流，這將增加附加動(dòng)力至超級(jí)渦輪增壓器的渦輪，如以下將更加詳細(xì)描述的。由于更多的冷卻器空氣提供至熱排氣，以便將到達(dá)渦輪的混合流的溫度維持在最佳溫度，從而也增加了輸送至渦輪葉片的能量和質(zhì)量流。同時(shí)，這顯著地提高了由渦輪提供的用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力。
為避免干擾催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)，將壓縮機(jī)反饋空氣添加到催化轉(zhuǎn)化器的下游。在此實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣穿過催化轉(zhuǎn)化器，并且放熱反應(yīng)提高了排氣溫度。接著，壓縮機(jī)反饋空氣被添加且膨脹，以便增加供應(yīng)至渦輪的總質(zhì)量流。本發(fā)明的實(shí)施方式控制被供應(yīng)用于冷卻排氣并驅(qū)動(dòng)渦輪的壓縮反饋空氣量，以確保將冷卻器壓縮機(jī)反饋空氣和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的組合物以最佳溫度輸送給渦輪以便渦輪葉片運(yùn)行。
由于圖1中所示催化轉(zhuǎn)化器116具有大的熱質(zhì)量，因此，其最初用作熱阻尼器，熱阻尼器防止高溫?zé)岱宓竭_(dá)渦輪106。然而，由于催化轉(zhuǎn)化器116中的反應(yīng)實(shí)際是放熱的，因此離開催化轉(zhuǎn)化器116的排氣的溫度最終將高于進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器116的排氣的溫度。只要進(jìn)入渦輪的排氣的溫度維持低于渦輪106的最大運(yùn)行溫度，就是沒有問題的。
然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)102的持續(xù)高速和高負(fù)載運(yùn)行期間，來自催化轉(zhuǎn)化器116的轉(zhuǎn)變排氣的離開溫度可能超過渦輪106的最大運(yùn)行溫度。如上所述，通過從壓縮機(jī)108經(jīng)由反饋閥118提供一部分壓縮空氣并與離開催化轉(zhuǎn)化器116的排氣混合，使得離開催化轉(zhuǎn)化器116 的排氣的溫度被降低。通過在這些管道中不將燃料用作冷卻劑(如傳統(tǒng)系統(tǒng)中完成的)， 實(shí)現(xiàn)了顯著提高的燃料經(jīng)濟(jì)性。此外，控制傳動(dòng)裝置的運(yùn)行以允許壓縮機(jī)108提供充足的壓縮空氣量，以便為發(fā)動(dòng)機(jī)102提供最優(yōu)升壓，并且壓縮反饋空氣經(jīng)由反饋閥118到達(dá)渦輪 106。由壓縮空氣的增加質(zhì)量流所導(dǎo)致的渦輪106產(chǎn)生的過量動(dòng)力經(jīng)由傳動(dòng)裝置110被引導(dǎo)至曲軸112，也進(jìn)一步提高燃料效率。
來自壓縮機(jī)108的壓縮空氣的輸出溫度通常在約200°C至300°C之間。傳統(tǒng)渦輪可以從大致950°C下的氣體中獲取動(dòng)力而不會(huì)變形或可能失敗，但不能更高。由于渦輪葉片的材料限制，在大致950°C下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)動(dòng)力。由于材料將排氣溫度限制為約950°C，在此溫度限制下，如950°C，提供更多空氣以增加穿過渦輪的質(zhì)量流，這提高了渦輪的性能。
盡管在200°C至300°C下，這樣的壓縮反饋空氣流在降低從催化轉(zhuǎn)化器116出來的排氣溫度方面是有益的，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)在渦輪106的熱限制范圍內(nèi)使溫度和質(zhì)量流最大化時(shí)，可以獲得來自渦輪106的最大動(dòng)力。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，控制反饋空氣量以使排氣和反饋空氣的組合物維持在或接近于渦輪的最高運(yùn)行溫度，以使輸送至渦輪的動(dòng)力量最大化或顯著提高。由于壓縮機(jī)108通常不需要所有這些過量動(dòng)力來為發(fā)動(dòng)機(jī)102提供最佳升壓以及經(jīng)由反饋閥118提供壓縮機(jī)反饋空氣，所以過量動(dòng)力可以由傳動(dòng)裝置110 傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)102的曲軸112，以便由此提高發(fā)動(dòng)機(jī)102的總體效率或功率。
如以上所討論的，在一個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)由反饋閥118的壓縮機(jī)反饋空氣的連接采用了一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器116作為發(fā)動(dòng)機(jī)102與渦輪106之間的熱緩沖器。因此，來自壓縮機(jī)的空氣供應(yīng)被提供至催化轉(zhuǎn)化器116的下游，以便不干擾催化轉(zhuǎn)化器116內(nèi)的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)。因此，在使用催化轉(zhuǎn)化器116的這些實(shí)施方式中，在催化轉(zhuǎn)化器116上游供應(yīng)壓縮機(jī)反饋空氣將導(dǎo)致過量的氧氣被供應(yīng)至催化轉(zhuǎn)化器116，由此防止催化轉(zhuǎn)化器116產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量反應(yīng)，這對(duì)于適當(dāng)運(yùn)行是需要的。
由于當(dāng)使得渦輪葉片上的壓縮機(jī)反饋空氣和排氣的氣體混合物的溫度最大化時(shí) (處于渦輪本身材料限制的范圍內(nèi))，實(shí)現(xiàn)渦輪106所產(chǎn)生功率的最佳效率，因此限制反饋閥118所允許的壓縮機(jī)反饋空氣量，從而使溫度不降低到顯著地低于最佳溫度。由于催化轉(zhuǎn)化器116通過放熱反應(yīng)產(chǎn)生更多熱能，且來自催化轉(zhuǎn)化器116的轉(zhuǎn)變排氣的溫度升高為高于渦輪106的最高運(yùn)行溫度，則可經(jīng)由反饋閥118供應(yīng)更多的壓縮機(jī)反饋空氣，上述反饋閥提高供應(yīng)至渦輪106的質(zhì)量流和能量。由于催化轉(zhuǎn)化器116產(chǎn)生的熱能量減少，反饋閥 118所供應(yīng)的壓縮機(jī)反饋空氣量也會(huì)減少，以避免提供超過需要的過多空氣，這使得將氣體混合物的溫度維持在最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)下。
在另一實(shí)施方式中，在低速、高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，該系統(tǒng)通過反饋閥118將冷卻器壓縮機(jī)空氣返回至渦輪前面的排氣內(nèi)，以避免使壓縮機(jī)喘振。當(dāng)由于發(fā)動(dòng)機(jī)以低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)且不需要更多進(jìn)入空氣流而導(dǎo)致壓縮機(jī)壓力升高但允許進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的質(zhì)量流低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)喘振。由穿過壓縮機(jī)葉片的低氣流而導(dǎo)致的壓縮機(jī)喘振(或氣動(dòng)失速)導(dǎo)致了壓縮機(jī)效率快速地降低。在正常渦輪增壓器的情況下，足夠的喘振能停止渦輪自轉(zhuǎn)。在超級(jí)渦輪增壓器的情況下，可以使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力推動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)入喘振。打開反饋閥 118，使部分壓縮空氣返回至發(fā)動(dòng)機(jī)周圍。返回流使壓縮機(jī)脫離喘振，并且使更高的升壓力到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)102，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)102產(chǎn)生比在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下通?？赡墚a(chǎn)生的動(dòng)力更大的動(dòng)力。將壓縮空氣注入渦輪前面的排氣內(nèi)，這保存了通過壓縮機(jī)的總質(zhì)量流，從而所有的氣流到達(dá)渦輪，這使得用于增壓至高升壓壓力級(jí)所需的來自發(fā)動(dòng)機(jī)功率最小化。
在另一實(shí)施方式中，可以包括一附加的冷啟動(dòng)控制閥120，該控制閥用于在富發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間操作。在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間，來自發(fā)動(dòng)機(jī)102的排氣典型地包括過量未燃燒的燃料。由于此富混合物不是化學(xué)計(jì)量的，因此催化轉(zhuǎn)化器116不能充分地降低排氣中的未燃燒碳?xì)浠衔?UHC)。在此期間，可以打開冷啟動(dòng)控制閥120以便提供壓縮機(jī)反饋空氣至催化轉(zhuǎn)化器116的輸入端，以便供應(yīng)將富混合物降低至化學(xué)計(jì)量級(jí)所必需的附加氧氣。這使催化轉(zhuǎn)化器116更快地且更高效地點(diǎn)燃，以便在冷啟動(dòng)期間減少排放。如果發(fā)動(dòng)機(jī)處于空轉(zhuǎn)，正常渦輪增壓器則沒有升壓壓力以使得能夠供應(yīng)反饋空氣。然而，傳動(dòng)裝置 110的傳動(dòng)比可調(diào)節(jié)成賦予壓縮機(jī)足夠的速度以產(chǎn)生空氣穿過閥120所需的壓力。在這方面，能夠利用控制信號(hào)IM來調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置110的傳動(dòng)比，從而在空轉(zhuǎn)期間，尤其是在冷啟動(dòng)期間，能夠?qū)⒆銐虻霓D(zhuǎn)動(dòng)速度從發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸112提供至壓縮機(jī)108，以壓縮足夠空氣流過冷啟動(dòng)閥120，并且利用足夠量的氧氣點(diǎn)燃催化轉(zhuǎn)化器116。
對(duì)附加氧氣的需求典型地限制于冷啟動(dòng)事件中，且通常只持續(xù)30至40秒。目前， 一些車輛具有單獨(dú)的空氣泵，以便在冷啟動(dòng)事件期間供應(yīng)氧氣，相對(duì)于這種空氣泵所需運(yùn)行的有限時(shí)間而言，這是相當(dāng)高的成本和重量。通過用簡單的冷啟動(dòng)空氣閥120取代單獨(dú)的空氣泵，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約相當(dāng)高的成本、降低重量和復(fù)雜度。由于超級(jí)渦輪增壓器104可通過傳動(dòng)裝置110控制壓縮機(jī)108的速度，冷啟動(dòng)空氣閥120可包括一簡單的開關(guān)閥。在控制信號(hào)1 的運(yùn)行下，通過傳動(dòng)裝置110來控制壓縮機(jī)108的速度，則能夠控制在冷啟動(dòng)事件期間所供應(yīng)的空氣量。
在極度高溫運(yùn)行期間，如果燃料用作發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的和/或催化轉(zhuǎn)化器116的冷卻劑， 盡管對(duì)燃料效率有負(fù)面影響，也可使用冷啟動(dòng)空氣閥120。在這些情況下，冷啟動(dòng)空氣閥 120將能夠供應(yīng)將富排氣降低至化學(xué)計(jì)量級(jí)所必需的附加氧氣，以使催化轉(zhuǎn)化器116適當(dāng)?shù)販p少排氣中的未燃燒碳?xì)浠衔锱欧拧＿@一點(diǎn)對(duì)環(huán)境比對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)有更重要的益處。
在該冷啟動(dòng)控制閥120為開關(guān)閥的實(shí)施方式中，系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)冷啟動(dòng)控制閥120 以改變所供應(yīng)的用于將排氣降低至化學(xué)計(jì)量級(jí)的壓縮空氣量。其他類型的可變流量控制閥也可用于實(shí)現(xiàn)這一相同功能。
圖1還公開了控制器140。控制器140控制反饋閥118和冷啟動(dòng)閥120的運(yùn)行。 控制器140運(yùn)行以優(yōu)化在不同狀態(tài)下穿過反饋閥118的空氣流的量。穿過反饋閥118的空氣量是為了獲取特殊期望狀態(tài)所必需的最小空氣流量，如上所述?？刂破?40在兩種特殊狀態(tài)下操作反饋閥118，這兩種特殊狀況是1)在發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載下，接近對(duì)于給定升壓要求的壓縮機(jī)喘振極限；和2、在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載狀態(tài)下，氣體混合物的溫度接近進(jìn)入渦輪106的溫度。
如圖1所示，控制器140接收來自溫度傳感器138的氣體混合物溫度信號(hào)130，該溫度傳感器檢測(cè)從壓縮機(jī)108供應(yīng)的冷卻空氣與催化轉(zhuǎn)化器116所產(chǎn)生的熱排氣相混合的氣體混合物的溫度。此外，控制器140檢測(cè)壓力傳感器136產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入壓力信號(hào) 132，該壓力傳感器設(shè)置在從壓縮機(jī)108供應(yīng)的壓縮空氣的管道內(nèi)。另外，從發(fā)動(dòng)機(jī)102或節(jié)流閥供應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)126和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1 被提供至控制器140。
至于在高速度、高負(fù)載狀態(tài)下，對(duì)提供至渦輪106的氣體混合物的溫度進(jìn)行控制而言，控制器140將氣體混合物的溫度限制在最大化渦輪106的運(yùn)行的溫度，而不會(huì)溫度過高損壞渦輪106的機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，大致925°C的溫度是運(yùn)行渦輪106的氣體混合物的最佳溫度。一旦送入渦輪106的氣體混合物的溫度開始超過900°C，反饋閥118被打開以允許來自壓縮機(jī)108的壓縮空氣在來自催化轉(zhuǎn)化器116的熱排氣進(jìn)入渦輪106之前將其冷卻。控制器140能夠被設(shè)計(jì)以大致925°C的溫度(最大值為950°C，最小值為900°C )為目標(biāo)。950°C的界限是在該溫度下可能發(fā)生對(duì)使用傳統(tǒng)材料制造的渦輪106的損壞。當(dāng)然， 取決于渦輪106所使用的特殊類型的部件和材料，控制器能夠被設(shè)計(jì)用于其他溫度。傳統(tǒng)的比例積分微分(PID)控制邏輯裝置可應(yīng)用于控制器140，以產(chǎn)生那些控制結(jié)果。
控制進(jìn)入渦輪106的氣體混合物的溫度的好處在于消除了在排氣中用于限制氣體混合物的渦輪入口溫度的燃料使用。使用冷卻器壓縮空氣流來冷卻來自催化轉(zhuǎn)化器116 的熱排氣需要大量空氣，其中包含大量用于實(shí)現(xiàn)氣體混合物的期望冷卻器溫度。用于冷卻來自催化轉(zhuǎn)化器116的熱排氣所需要的空氣量很大，這是因?yàn)椋瑏碜詨嚎s機(jī)108的冷卻器壓縮空氣不是好冷卻劑，尤其是當(dāng)與添加到排氣中的液態(tài)燃料相比時(shí)。來自催化轉(zhuǎn)化器116 輸出端的熱排氣促使來自壓縮機(jī)108的冷卻器壓縮空氣膨脹，以產(chǎn)生氣體混合物。由于需要來自壓縮機(jī)108的大量冷卻器壓縮空氣來降低來自催化轉(zhuǎn)化器116的熱排氣的溫度，大量氣體混合物的質(zhì)量流流過渦輪106，這顯著提高渦輪106的輸出。通過功率差來提高渦輪功率，上述功率差是通過質(zhì)量流微分減去壓縮流過反饋閥118的壓縮空氣所需的功而獲得。通過獲取來自溫度傳感器138的氣體混合物溫度信號(hào)130并通過反饋閥118控制壓縮空氣的添加，而不會(huì)超過最高溫度。
控制器140還控制反饋閥118以限制壓縮機(jī)108中的喘振。喘振極限是隨升壓壓力、穿過壓縮機(jī)的空氣流和壓縮機(jī)108設(shè)計(jì)而改變的界限。當(dāng)進(jìn)入空氣122的氣流小且進(jìn)入空氣122與壓縮空氣之間的壓力高時(shí)，通常應(yīng)用于渦輪增壓器中的壓縮機(jī)，如壓縮機(jī)108， 超過喘振極限。在傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓器中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度(轉(zhuǎn)速)1 低時(shí)，進(jìn)入空氣122 的氣流小。在低轉(zhuǎn)速下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)102未應(yīng)用大容量壓縮空氣時(shí)，進(jìn)入空氣122的質(zhì)量流很小，并出現(xiàn)喘振，這是因?yàn)樵跊]有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入空氣122氣流的情況下，旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)108不能將空氣推入高壓管道中。反饋閥118允許氣流穿過壓縮空氣管道109，且防止或減少壓縮機(jī)108中的喘振。一旦壓縮機(jī)108中出現(xiàn)喘振，就不能維持壓縮空氣管道109中的壓力。 因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)102的低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，壓縮空氣管道109中的壓縮空氣的壓力將下降為低于期望水平。通過打開反饋閥118，增加通過壓縮機(jī)108的進(jìn)入空氣122氣流， 尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，這允許在壓縮空氣管道109中實(shí)現(xiàn)升壓的期望水平。直到達(dá)到壓縮空氣管道109中的期望壓力，反饋閥118能夠簡單地被打開。然而，僅通過簡單檢測(cè)壓縮空氣管道109中的升壓壓力，將會(huì)在打開反饋閥118以避免壓縮機(jī) 108出現(xiàn)喘振狀態(tài)之前發(fā)生喘振。
然而，優(yōu)選地在喘振狀態(tài)發(fā)生之前，提前確定喘振極限并打開反饋閥118。對(duì)于給定轉(zhuǎn)速和期望升壓水平來說，可以確定喘振極限。在壓縮機(jī)108達(dá)到計(jì)算出的喘振極限之前，可以開始打開反饋閥118。提早打開閥可以使壓縮機(jī)快速地升到更高的升壓壓力，這是因?yàn)閴嚎s機(jī)接近壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)的更高效率點(diǎn)。接著，能夠?qū)崿F(xiàn)在低轉(zhuǎn)速下快速提高升壓壓力。通過在喘振發(fā)生之前打開閥，還可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)102的響應(yīng)能力，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)102處于低轉(zhuǎn)速時(shí)，通過以這種方式打開反饋閥118，使發(fā)動(dòng)機(jī)102更加快速地獲得更高的升壓壓力。壓縮機(jī)108也更高效，這使得傳動(dòng)裝置110以更少的功獲得增壓。喘振極限控制可以在基于標(biāo)準(zhǔn)模型的控制模擬碼中建模，如MATLAB。以這種方式建模將允許模擬控制器140和用于控制器140算法的自動(dòng)編碼。
基于模型的控制系統(tǒng)(諸如以上所述的)的獨(dú)特之處在于使用傳動(dòng)裝置110來控制渦輪106轉(zhuǎn)動(dòng)和壓縮機(jī)108產(chǎn)生升壓壓力，而沒有渦輪遲滯。換言之，傳動(dòng)裝置110能夠從曲軸112獲得轉(zhuǎn)動(dòng)能以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)108，從而在渦輪106產(chǎn)生足夠以期望水平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)108的機(jī)械能之前非常快速地在壓縮空氣管道109中獲得期望升壓。通過這種方式，可減少或消除在傳統(tǒng)渦輪增壓器中用于減少遲滯的控制?？刂破?40的基于模型的控制應(yīng)該被設(shè)計(jì)成將壓縮機(jī)108的最優(yōu)效率維持在壓縮機(jī)108的運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)。
控制器140的控制模型應(yīng)該在壓力運(yùn)行參數(shù)上仔細(xì)地建模，壓力運(yùn)行參數(shù)映射發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于給定目標(biāo)速度和負(fù)載所允許的質(zhì)量流，其中，目標(biāo)速度和負(fù)載可以相對(duì)于車輛的節(jié)流閥的位置進(jìn)行定義。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)126能夠從發(fā)動(dòng)機(jī)102獲得且被應(yīng)用于控制器140。同樣地，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1 能夠從發(fā)動(dòng)機(jī)102獲得且被應(yīng)用于控制器 140。此外，能夠從設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥(未顯示)上的傳感器獲得這些參數(shù)。反饋閥118 能夠響應(yīng)于由控制器140產(chǎn)生的控制信號(hào)142而運(yùn)行。壓力傳感器136產(chǎn)生應(yīng)用于控制器 140的壓縮空氣進(jìn)入壓力信號(hào)132，控制器響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)126、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1 及壓縮空氣進(jìn)入壓力信號(hào)132而計(jì)算控制信號(hào)142。
在發(fā)動(dòng)機(jī)102運(yùn)行狀態(tài)期間，其中壓縮機(jī)108沒有接近喘振極限并且沒有達(dá)到如溫度傳感器138檢測(cè)的氣體混合物的溫度，則反饋閥118關(guān)閉，以便該系統(tǒng)如傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓器系統(tǒng)一樣工作。這種情況出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)102的多數(shù)運(yùn)行參數(shù)中。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)102 的高負(fù)載和低轉(zhuǎn)速情況時(shí)，反饋閥118打開以防止喘振。同樣地，在發(fā)動(dòng)機(jī)102的高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載運(yùn)行情況下，在催化轉(zhuǎn)化器116輸出端的排氣中產(chǎn)生高溫，因此必須打開反饋閥118， 使應(yīng)用于渦輪106的氣體混合物的溫度降低至低于將對(duì)渦輪106造成損壞的溫度。
圖2為圖1中所示的高效超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施方式的詳細(xì)視圖。如圖 2中所示，發(fā)動(dòng)機(jī)102包括一經(jīng)過修改的超級(jí)渦輪增壓器，如上所述相對(duì)于圖1，該超級(jí)渦輪增壓器提供高于傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，同時(shí)在低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，提供最佳高效率，且在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載狀態(tài)下，提供最佳高效率。超級(jí)渦輪增壓器包括由軸機(jī)械地連接至壓縮機(jī)108的渦輪106。壓縮機(jī)108壓縮進(jìn)入空氣122且將被壓縮的進(jìn)入空氣供應(yīng)至管道204。管道204連接至反饋閥118和中間冷卻器114。如上所公開的，中間冷卻器 114用于冷卻壓縮空氣，在壓縮過程期間，壓縮空氣變熱。中間冷卻器114連接至壓縮空氣管道226，該壓縮空氣管道又連接至發(fā)動(dòng)機(jī)102的進(jìn)空歧管(未顯示)。壓力傳感器136連接至壓縮空氣管道204以檢測(cè)壓力且通過壓縮進(jìn)入空氣壓力信號(hào)132提供一應(yīng)用于控制器 140的壓力讀數(shù)。由控制器140產(chǎn)生的控制器反饋閥控制信號(hào)142來控制反饋閥118，如上所公開的。在某些運(yùn)行狀態(tài)下，反饋閥118打開以將來自壓縮空氣管道204的壓縮空氣供應(yīng)至混合腔206。
如圖2的實(shí)施方式中所示，混合腔206僅包括位于催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208中的一系列開口 202，壓縮空氣管道204圍繞催化轉(zhuǎn)化器輸出管道，從而從壓縮空氣管道204供應(yīng)的壓縮空氣通過開口 202與催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208中的排氣相混合。任何期望類型的混合腔可用于混合冷卻器壓縮空氣與排氣，從而降低排氣的溫度。溫度傳感器138設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208內(nèi)，用于測(cè)量催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208中排氣的溫度。溫度傳感器 138提供氣體混合物溫度信號(hào)130至控制器140，該控制器控制反饋閥118以確保催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208中排氣的溫度未超過將對(duì)渦輪106造成損壞的最高溫度。催化轉(zhuǎn)化器116 通過催化轉(zhuǎn)化器入口管道214連接至排氣歧管210。通過將催化轉(zhuǎn)化器116定位成接近排氣歧管210，用于激活催化轉(zhuǎn)化器116的來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣直接流入催化轉(zhuǎn)化器116。換言之，催化轉(zhuǎn)化器116靠近發(fā)動(dòng)機(jī)排氣出口的最近位置定位使得在排氣進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器1116之前，排氣基本上不冷卻，這提高了催化轉(zhuǎn)化器116的性能。當(dāng)排氣穿過催化轉(zhuǎn)化器116 時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器116添加附加熱至排氣。處于催化轉(zhuǎn)化器116輸出端的非常熱的排氣被供應(yīng)至催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208且在混合腔206中由來自壓縮空氣管道204的壓縮進(jìn)入空氣進(jìn)行冷卻。根據(jù)在催化轉(zhuǎn)化器116輸出端處產(chǎn)生的非常熱的排氣溫度，在高速、高負(fù)載狀態(tài)期間將不同量的壓縮進(jìn)入空氣添加到排氣中，上述排氣的溫度隨發(fā)動(dòng)機(jī)102的運(yùn)行狀態(tài)而改變。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速、發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載狀態(tài)期間，反饋閥118還用于允許進(jìn)入空氣流過壓縮機(jī)以避免喘振。喘振類似于壓縮機(jī)葉片的氣動(dòng)失速，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)期間，穿過壓縮機(jī)的低流量狀態(tài)將導(dǎo)致失速。當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，進(jìn)氣歧管(未顯示)中的壓力下降，這是因?yàn)閴嚎s機(jī) 108不能壓縮進(jìn)入空氣。通過由打開反饋閥118而允許空氣流過壓縮機(jī)108，能夠維持進(jìn)空歧管中的壓力，從而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)需要高扭矩時(shí)，由于進(jìn)空歧管高壓力而能夠獲得高扭矩。
如上所公開的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、高負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，催化轉(zhuǎn)化器116促使在排氣中產(chǎn)生大量的熱，這些排氣被供應(yīng)至催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208。通過為催化轉(zhuǎn)化器輸出管道208提供壓縮的冷卻器進(jìn)入空氣，冷卻在高速、高負(fù)載狀態(tài)下的熱排氣。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載和速度增加時(shí)，將產(chǎn)生更高的氣體，并且需要更多來自管道204的壓縮空氣。如果渦輪106 沒有提供足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，如在低速、高負(fù)載狀態(tài)下，則發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸112通過傳動(dòng)帶222、傳動(dòng)皮帶輪218、軸224、無級(jí)變速傳動(dòng)裝置216和傳動(dòng)裝置2 將轉(zhuǎn)動(dòng)能供應(yīng)至壓縮機(jī)108。此外，推進(jìn)系的任何部分可用于為壓縮機(jī)108供應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)能，并且圖2根據(jù)已公開的實(shí)施方式公開了一個(gè)實(shí)施例。
還如圖2中所示，冷啟動(dòng)閥120還連接至壓縮空氣管道204，該壓縮空氣管道又連接至冷啟動(dòng)管道212。冷啟動(dòng)管道212連接至位于催化轉(zhuǎn)化器116上游的催化轉(zhuǎn)化器入口管道214。冷啟動(dòng)閥的用途在于在啟動(dòng)狀態(tài)期間，為催化轉(zhuǎn)化器116的輸入端提供壓縮進(jìn)入空氣，如上所公開的。在啟動(dòng)狀態(tài)下，在催化轉(zhuǎn)化器116達(dá)到全運(yùn)行溫度之前，通過冷啟動(dòng)管道212提供的附加氧氣以開始催化過程。通過冷啟動(dòng)管道212提供的附加氧氣促進(jìn)催化過程的開始?？刂破?40響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)126、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)128、及氣體混合物溫度信號(hào)130經(jīng)由控制器冷啟動(dòng)閥控制信號(hào)144來控制冷啟動(dòng)閥120。
因此，高效、火花點(diǎn)火、超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)100以類似于超級(jí)渦輪增壓器的方式運(yùn)行，例外的是反饋閥118將來自壓縮機(jī)的部分壓縮空氣供應(yīng)至渦輪的輸入端，這是由于兩個(gè)原因。一個(gè)原因是在排氣進(jìn)入渦輪之前冷卻排氣，從而在高速、高負(fù)載狀態(tài)下，能夠利用排氣的全部能量且不需要廢氣門。另一個(gè)原因是，在低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載狀態(tài)下，提供穿過壓縮機(jī)的空氣流，以防止喘振。此外，在排氣到達(dá)渦輪之前，催化轉(zhuǎn)化器能夠連接在排氣流中， 從而由催化轉(zhuǎn)化器116產(chǎn)生的熱能夠用于驅(qū)動(dòng)渦輪106，且使與來自催化轉(zhuǎn)化器116的熱氣混合的壓縮進(jìn)入空氣膨脹，這顯著提高系統(tǒng)效率。此外，在啟動(dòng)狀態(tài)期間，通過為排氣提供氧氣，冷啟動(dòng)閥120能夠發(fā)起在催化轉(zhuǎn)化器116中的催化過程。
提供前文對(duì)本發(fā)明的描述是為了例證和說明的目的。本發(fā)明不旨在窮舉或限制所公開的精確形式，并且根據(jù)以上教導(dǎo)，可以對(duì)其進(jìn)行其他修改和變更。對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行選擇及描述，以便更好地解釋本發(fā)明的原理及實(shí)際應(yīng)用，由此使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠以與特定應(yīng)用設(shè)想適合的各種實(shí)施方式和各種修改來利用本發(fā)明。其用意在于，所附權(quán)利要求解釋為包括本發(fā)明的其他可選擇實(shí)施方式，除現(xiàn)有技術(shù)限定范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種具有高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括 發(fā)動(dòng)機(jī)；超級(jí)渦輪增壓器，該超級(jí)渦輪增壓器耦接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)，以便在推進(jìn)系與所述超級(jí)渦輪增壓器之間傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；閥，該閥調(diào)節(jié)來自所述超級(jí)渦輪增壓器的壓縮空氣的氣流，該壓縮空氣的氣流在來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)入所述超級(jí)渦輪增壓器之前與所述排氣相混合，從而所述壓縮空氣將所述排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度的溫度以防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器，所述催化轉(zhuǎn)化器在來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述排氣進(jìn)入所述超級(jí)渦輪增壓器之前接收所述排氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述超級(jí)渦輪增壓器進(jìn)一步包括機(jī)械傳動(dòng)裝置，該機(jī)械傳動(dòng)裝置將超級(jí)渦輪增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述超級(jí)渦輪增壓器傳遞至推進(jìn)系以提高所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的所述效率并且從所述超級(jí)渦輪增壓器提取過量能量以防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器，并且所述機(jī)械傳動(dòng)裝置將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述推進(jìn)系傳遞至所述超級(jí)渦輪增壓器以減少渦輪遲滯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述閥還維持一空氣流穿過所述超級(jí)渦輪增壓器，以減少所述超級(jí)渦輪增壓器中的喘振。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制器，該控制器接收所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)并且產(chǎn)生控制所述閥的運(yùn)行的控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括排氣管道，該排氣管道可操作地耦接至接收所述壓縮空氣的所述氣流的壓縮空氣管道。
7.一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，包括 將超級(jí)渦輪增壓器耦接至發(fā)動(dòng)機(jī)；在來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)入所述超級(jí)渦輪增壓器之前，將來自所述超級(jí)渦輪增壓器的壓縮空氣的氣流提供至所述排氣，從而所述壓縮空氣將所述排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度的溫度以防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器，并且所述壓縮空氣為進(jìn)入所述超級(jí)渦輪增壓器的所述排氣提供附加質(zhì)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述超級(jí)渦輪增壓器之間連接催化轉(zhuǎn)化器，從而來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述排氣在進(jìn)入所述超級(jí)渦輪增壓器之前流過所述催化轉(zhuǎn)化器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括將來自所述超級(jí)渦輪增壓器的超級(jí)渦輪增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能耦接至推進(jìn)系，以提高所述發(fā)動(dòng)機(jī)的效率并且防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括通過將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從推進(jìn)系傳遞至所述超級(jí)渦輪增壓器，減少所述超級(jí)渦輪增壓器中的渦輪遲滯。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間，維持一空氣流穿過所述超級(jí)渦輪增壓器以減少所述超級(jí)渦輪增壓器的喘振，否則此時(shí)將出現(xiàn)壓縮機(jī)喘振。
12.—種具有高效率的超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；超級(jí)渦輪增壓器，該超級(jí)渦輪增壓器包括渦輪，該渦輪由流過所述渦輪的氣體混合物產(chǎn)生渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；壓縮機(jī)，機(jī)械地耦接至所述渦輪，所述壓縮機(jī)壓縮空氣源并且將壓縮空氣供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管；傳動(dòng)裝置，機(jī)械地耦接至所述渦輪和所述壓縮機(jī)，所述傳動(dòng)裝置將所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述渦輪傳遞至推進(jìn)系以提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率并且防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器，并且所述傳動(dòng)裝置將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述推進(jìn)系傳遞至所述壓縮機(jī)以減少所述發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪遲滯；反饋閥，該反饋閥供應(yīng)與所述排氣相混合以形成所述氣體混合物的所述壓縮空氣的一部分，所述壓縮空氣的所述部分足以將所述排氣冷卻至低于預(yù)定最高溫度以防止損壞所述渦輪并且為所述排氣提供所述空氣的附加質(zhì)量，所述附加質(zhì)量為所述渦輪增加附加轉(zhuǎn)動(dòng)能。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間，所述閥附加地維持所述空氣的一氣流穿過所述壓縮機(jī)，否則此時(shí)將出現(xiàn)壓縮機(jī)喘振。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括布置成從所述發(fā)動(dòng)機(jī)接收所述排氣的催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)增加熱量至被供應(yīng)至所述渦輪以驅(qū)動(dòng)所述渦輪的所述排氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷啟動(dòng)控制閥，該冷啟動(dòng)控制閥將所述壓縮空氣中的一部分提供至所述催化轉(zhuǎn)化器的輸入端，以添加氧氣至所述排氣來輔助所述催化轉(zhuǎn)化器開始放熱反應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制器，該控制器響應(yīng)于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)來操作所述反饋閥和所述冷啟動(dòng)閥。
17.一種提高超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，包括從超級(jí)渦輪增壓器的壓縮機(jī)提供壓縮空氣；將所述壓縮空氣的一部分與來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣相混合以形成氣體混合物，該氣體混合物的溫度不超過預(yù)定最高溫度以防止損壞所述超級(jí)渦輪增壓器的渦輪；由所述氣體混合物驅(qū)動(dòng)所述渦輪；將過量渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述渦輪傳遞至推進(jìn)系，否則過量渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能將促使所述渦輪以會(huì)對(duì)所述壓縮機(jī)造成損壞的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述推進(jìn)系傳遞至所述壓縮機(jī)以減少渦輪遲滯。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作階段，通過將所述壓縮空氣的所述部分與所述排氣混合，維持所述空氣源的一充足氣流穿過所述壓縮機(jī)，否則此時(shí)將出現(xiàn)喘振。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括提供催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器接收所述排氣并且產(chǎn)生將增加熱量至所述排氣的放熱反應(yīng)；將所述排氣從所述催化轉(zhuǎn)化器的輸出端供應(yīng)至所述渦輪。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括在冷啟動(dòng)狀態(tài)期間，將所述壓縮空氣的一部分提供至所述催化轉(zhuǎn)化器的輸入端，以添加氧氣來輔助所述催化轉(zhuǎn)化器開始所述放熱反應(yīng)。
22.一種提高超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，包括提供發(fā)動(dòng)機(jī)；提供催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器連接至接近所述發(fā)動(dòng)機(jī)的從所述發(fā)動(dòng)機(jī)接收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的排氣出口，所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣激活所述催化轉(zhuǎn)化器中的放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)將附加能量增加至所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣并且在所述催化轉(zhuǎn)化器的輸出端處產(chǎn)生比所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更熱的催化轉(zhuǎn)化器排氣；利用壓縮機(jī)將壓縮空氣的氣流提供至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)口；在處于所述催化轉(zhuǎn)化器下游的混合腔中將所述壓縮空氣的一部分與所述催化轉(zhuǎn)化器排氣相混合，以產(chǎn)生所述催化轉(zhuǎn)化器排氣與所述壓縮空氣的氣體混合物；利用控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入所述混合腔中的所述壓縮空氣的所述氣流，以便維持所述氣體混合物低于最高溫度，并且以便在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間維持所述壓縮空氣的一氣流穿過所述壓縮機(jī)，否則此時(shí)在所述壓縮機(jī)中將出現(xiàn)喘振；將所述氣體混合物供應(yīng)至渦輪，該渦輪響應(yīng)于所述氣體混合物的氣流而產(chǎn)生渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；將所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述渦輪傳遞至所述壓縮機(jī)，當(dāng)通過所述渦輪的所述氣體混合物的所述氣流足以驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)時(shí)，所述壓縮機(jī)利用所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能來壓縮空氣源以產(chǎn)生所述壓縮空氣；當(dāng)不需要來自所述渦輪的所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的至少一部分來運(yùn)行所述壓縮機(jī)時(shí)，從所述渦輪提取所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的所述部分并且將所述渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的所述部分施加至推進(jìn)系；當(dāng)通過所述渦輪的所述氣體混合物的所述氣流不足以驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)時(shí)，將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述推進(jìn)系提供至所述壓縮機(jī)以防止渦輪遲滯。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述氣體混合物的所述最高溫度低于所述氣體混合物將對(duì)所述渦輪造成損壞的溫度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述氣體混合物的所述最高溫度低于大致 950 "C。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過不使用廢氣門排出所述氣體混合物的過量氣體來提高所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述效率。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，從所述渦輪提取過量渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能并且將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從所述推進(jìn)系提供至所述壓縮機(jī)的過程包括在所述推進(jìn)系與連接所述渦輪和所述壓縮機(jī)的軸之間使用耦接所述過量渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能與所述推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的傳動(dòng)裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間維持所述壓縮空氣的一氣流的過程包括當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)以低速運(yùn)行且需要高扭矩時(shí)，通過打開所述反饋閥來維持所述壓縮空氣的一氣流穿過所述壓縮機(jī)以減少喘振。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，在混合腔中將所述壓縮空氣與所述更熱的排氣相混合的過程包括在連接至壓縮空氣管道的排氣管道中提供至少一個(gè)開口，以便所述壓縮空氣流過所述至少一個(gè)開口并且在所述排氣管道中與所述更熱的排氣相混合。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，進(jìn)一步包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)期間，將所述壓縮空氣的一部分與處于所述催化轉(zhuǎn)化器上游的所述排氣相混合，以將氧氣提供至所述催化轉(zhuǎn)化器來輔助所述催化轉(zhuǎn)化器開始所述放熱反應(yīng)。
30.一種超級(jí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)；催化轉(zhuǎn)化器，連接至靠近所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣出口的排氣管道，從而來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣激活所述催化轉(zhuǎn)化器中的放熱反應(yīng)，該放熱反應(yīng)將能量增加至所述熱排氣并且產(chǎn)生更熱的排氣；壓縮機(jī)，連接至空氣源，所述壓縮機(jī)提供壓力高于所述排氣的壓力水平的壓縮空氣；管道，該管道將所述壓縮空氣供應(yīng)至所述更熱的排氣，從而所述壓縮空氣中的至少一部分與所述更熱的排氣相混合以產(chǎn)生氣體混合物；渦輪，該渦輪機(jī)械地耦接至所述壓縮機(jī)并且由所述氣體混合物產(chǎn)生渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能；閥，該閥調(diào)節(jié)通過所述管道的所述壓縮空氣的所述部分的氣流，以便維持所述氣體混合物低于預(yù)定最高溫度，并且以便在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行階段期間，維持來自所述空氣源的一空氣流穿過所述壓縮機(jī)，否則此時(shí)在所述壓縮機(jī)中將出現(xiàn)喘振；傳動(dòng)裝置，在通過所述渦輪的所述排氣的所述氣流不足以驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)達(dá)到期望的升壓水平時(shí)，所述傳動(dòng)裝置將推進(jìn)系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能從推進(jìn)系提供至所述壓縮機(jī)以減少渦輪遲滯，并且所述傳動(dòng)裝置從所述渦輪提取過量渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能以維持所述壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速低于會(huì)對(duì)所述壓縮機(jī)造成損壞的預(yù)定最高轉(zhuǎn)速。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制器，該控制器檢測(cè)所述氣體混合物的溫度水平、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、所述壓縮空氣的壓力水平以及發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，并且控制所述閥的運(yùn)行和所述傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷啟動(dòng)控制閥，該冷啟動(dòng)控制閥在冷啟動(dòng)期間將所述壓縮空氣中的另一部分提供至處于所述催化轉(zhuǎn)化器上游的所述排氣管道，以添加氧氣至所述排氣來輔助所述催化轉(zhuǎn)化器開始放熱反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高從超級(jí)渦輪增壓器中可獲得的功率以及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)使用催化轉(zhuǎn)化器為渦輪提供熱緩沖以防止其熱瞬變。由于催化轉(zhuǎn)化器是放熱的，由壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣的一部分經(jīng)由反饋閥返回至渦輪，這降低排氣溫度并增加提供至渦輪的質(zhì)量流。在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、高負(fù)載狀態(tài)期間，反饋閥能夠被用于減少壓縮機(jī)喘振。壓縮機(jī)反饋空氣的量受限于過量熱能的量，從而能夠維持發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和壓縮空氣的組合物的最佳渦輪運(yùn)行溫度。于是由渦輪產(chǎn)生的過量動(dòng)力被用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。
文檔編號(hào)F02B33/44GK102549248SQ200980160440
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者埃德·范戴尼, 福爾克爾·舒馬赫 申請(qǐng)人:范戴尼超級(jí)渦輪有限公司