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提高使用超级涡轮增压器的活塞式发动机的燃料效率专利检索

2024-07-02 08:04| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.一种具有高效率的发动机系统,包括:发动机;超级涡轮增压器,该超级涡轮增压器耦接至所述发动机,以便在推进系与所述超级涡轮增压器之间传递转动机械能;阀,该阀调节来自所述超级涡轮增压器的压缩空气的气流,该压缩空气的气流在来自所述发动机的排气进入所述超级涡轮增压器之前与所述排气相混合,从而所述压缩空气将所述排气冷却至低于预定最高温度的温度以防止损坏所述超级涡轮增压器。2.根据权利要求1所述的发动机系统,进一步包括:连接至所述发动机的催化转化器,所述催化转化器在来自所述发动机的所述排气进入所述超级涡轮增压器之前接收所述排气。3.根据权利要求2所述的发动机系统,其中,所述超级涡轮增压器进一步包括:机械传动装置,该机械传动装置将超级涡轮增压器转动机械能从所述超级涡轮增压器传递至推进系以提高所述发动机系统的所述效率并且从所述超级涡轮增压器提取过量能量以防止损坏所述超级涡轮增压器,并且所述机械传动装置将推进系转动机械能从所述推进系传递至所述超级涡轮增压器以减少涡轮迟滞。4.根据权利要求3所述的发动机系统,其中,所述阀还维持一空气流穿过所述超级涡轮增压器,以减少所述超级涡轮增压器中的喘振。5.根据权利要求4所述的发动机系统,进一步包括:控制器,该控制器接收所述发动机的运行参数并且产生控制所述阀的运行的控制信号。6.根据权利要求5所述的发动机系统,进一步包括:排气管道,该排气管道可操作地耦接至接收所述压缩空气的所述气流的压缩空气管道。7.一种提高发动机系统的效率的方法,包括:将超级涡轮增压器耦接至发动机;在来自所述发动机的排气进入所述超级涡轮增压器之前,将来自所述超级涡轮增压器的压缩空气的气流提供至所述排气,从而所述压缩空气将所述排气冷却至低于预定最高温度的温度以防止损坏所述超级涡轮增压器,并且所述压缩空气为进入所述超级涡轮增压器的所述排气提供附加质量。8.根据权利要求7所述的方法,进一步包括:在所述发动机与所述超级涡轮增压器之间连接催化转化器,从而来自所述发动机的所述排气在进入所述超级涡轮增压器之前流过所述催化转化器。9.根据权利要求7所述的方法,进一步包括:将来自所述超级涡轮增压器的超级涡轮增压器转动机械能耦接至推进系,以提高所述发动机的效率并且防止损坏所述超级涡轮增压器。10.根据权利要求9所述的方法,进一步包括:通过将推进系转动机械能从推进系传递至所述超级涡轮增压器,减少所述超级涡轮增压器中的涡轮迟滞。11.根据权利要求9所述的方法,进一步包括:在所述发动机的运行阶段期间,维持一空气流穿过所述超级涡轮增压器以减少所述超级涡轮增压器的喘振,否则此时将出现压缩机喘振。12.一种具有高效率的超级涡轮增压发动机系统,包括:发动机;超级涡轮增压器,该超级涡轮增压器包括:涡轮,该涡轮由流过所述涡轮的气体混合物产生涡轮转动机械能;压缩机,机械地耦接至所述涡轮,所述压缩机压缩空气源并且将压缩空气供应至所述发动机的进气歧管;传动装置,机械地耦接至所述涡轮和所述压缩机,所述传动装置将所述涡轮转动机械能从所述涡轮传递至推进系以提高发动机输出功率并且防止损坏所述超级涡轮增压器,并且所述传动装置将推进系转动机械能从所述推进系传递至所述压缩机以减少所述发动机的涡轮迟滞;反馈阀,该反馈阀供应与所述排气相混合以形成所述气体混合物的所述压缩空气的一部分,所述压缩空气的所述部分足以将所述排气冷却至低于预定最高温度以防止损坏所述涡轮并且为所述排气提供所述空气的附加质量,所述附加质量为所述涡轮增加附加转动能。13.根据权利要求12所述的发动机系统,其中,在所述发动机的运行阶段期间,所述阀附加地维持所述空气的一气流穿过所述压缩机,否则此时将出现压缩机喘振。14.根据权利要求13所述的发动机系统,进一步包括:布置成从所述发动机接收所述排气的催化转化器,该催化转化器产生放热反应,该放热反应增加热量至被供应至所述涡轮以驱动所述涡轮的所述排气。15.根据权利要求14所述的发动机系统,进一步包括:冷启动控制阀,该冷启动控制阀将所述压缩空气中的一部分提供至所述催化转化器的输入端,以添加氧气至所述排气来辅助所述催化转化器开始放热反应。16.根据权利要求15所述的发动机系统,进一步包括:控制器,该控制器响应于所述发动机的运行参数来操作所述反馈阀和所述冷启动阀。17.一种提高超级涡轮增压发动机系统的效率的方法,包括:从超级涡轮增压器的压缩机提供压缩空气;将所述压缩空气的一部分与来自所述发动机的排气相混合以形成气体混合物,该气体混合物的温度不超过预定最高温度以防止损坏所述超级涡轮增压器的涡轮;由所述气体混合物驱动所述涡轮;将过量涡轮转动机械能从所述涡轮传递至推进系,否则过量涡轮转动机械能将促使所述涡轮以会对所述压缩机造成损坏的速度转动。18.根据权利要求17所述的方法,进一步包括:将推进系转动机械能从所述推进系传递至所述压缩机以减少涡轮迟滞。19.根据权利要求18所述的方法,进一步包括:在发动机的操作阶段,通过将所述压缩空气的所述部分与所述排气混合,维持所述空气源的一充足气流穿过所述压缩机,否则此时将出现喘振。20.根据权利要求19所述的方法,进一步包括:提供催化转化器,该催化转化器接收所述排气并且产生将增加热量至所述排气的放热反应;将所述排气从所述催化转化器的输出端供应至所述涡轮。21.根据权利要求20所述的方法,进一步包括:在冷启动状态期间,将所述压缩空气的一部分提供至所述催化转化器的输入端,以添加氧气来辅助所述催化转化器开始所述放热反应。22.一种提高超级涡轮增压发动机系统的效率的方法,包括:提供发动机;提供催化转化器,该催化转化器连接至接近所述发动机的从所述发动机接收发动机排气的排气出口,所述发动机排气激活所述催化转化器中的放热反应,该放热反应将附加能量增加至所述发动机排气并且在所述催化转化器的输出端处产生比所述发动机排气更热的催化转化器排气;利用压缩机将压缩空气的气流提供至所述发动机的进口;在处于所述催化转化器下游的混合腔中将所述压缩空气的一部分与所述催化转化器排气相混合,以产生所述催化转化器排气与所述压缩空气的气体混合物;利用控制阀调节进入所述混合腔中的所述压缩空气的所述气流,以便维持所述气体混合物低于最高温度,并且以便在所述发动机的运行阶段期间维持所述压缩空气的一气流穿过所述压缩机,否则此时在所述压缩机中将出现喘振;将所述气体混合物供应至涡轮,该涡轮响应于所述气体混合物的气流而产生涡轮转动机械能;将所述涡轮转动机械能从所述涡轮传递至所述压缩机,当通过所述涡轮的所述气体混合物的所述气流足以驱动所述压缩机时,所述压缩机利用所述涡轮转动机械能来压缩空气源以产生所述压缩空气;当不需要来自所述涡轮的所述涡轮转动机械能的至少一部分来运行所述压缩机时,从所述涡轮提取所述涡轮转动机械能的所述部分并且将所述涡轮转动机械能的所述部分施加至推进系;当通过所述涡轮的所述气体混合物的所述气流不足以驱动所述压缩机时,将推进系转动机械能从所述推进系提供至所述压缩机以防止涡轮迟滞。23.根据权利要求22所述的方法,其中,所述气体混合物的所述最高温度低于所述气体混合物将对所述涡轮造成损坏的温度。24.根据权利要求23所述的方法,其中,所述气体混合物的所述最高温度低于大致950℃。25.根据权利要求23所述的方法,其中,通过不使用废气门排出所述气体混合物的过量气体来提高所述发动机的所述效率。26.根据权利要求25所述的方法,其中,从所述涡轮提取过量涡轮转动机械能并且将推进系转动机械能从所述推进系提供至所述压缩机的过程包括:在所述推进系与连接所述涡轮和所述压缩机的轴之间使用耦接所述过量涡轮转动机械能与所述推进系转动机械能的传动装置。27.根据权利要求26所述的方法,其中,在所述发动机的运行阶段期间维持所述压缩空气的一气流的过程包括:当所述发动机以低速运行且需要高扭矩时,通过打开所述反馈阀来维持所述压缩空气的一气流穿过所述压缩机以减少喘振。28.根据权利要求27所述的方法,其中,在混合腔中将所述压缩空气与所述更热的排气相混合的过程包括:在连接至压缩空气管道的排气管道中提供至少一个开口,以便所述压缩空气流过所述至少一个开口并且在所述排气管道中与所述更热的排气相混合。29.根据权利要求28所述的方法,进一步包括:在所述发动机的冷启动期间,将所述压缩空气的一部分与处于所述催化转化器上游的所述排气相混合,以将氧气提供至所述催化转化器来辅助所述催化转化器开始所述放热反应。30.一种超级涡轮增压发动机系统,包括:发动机;催化转化器,连接至靠近所述发动机的排气出口的排气管道,从而来自所述发动机的热排气激活所述催化转化器中的放热反应,该放热反应将能量增加至所述热排气并且产生更热的排气;压缩机,连接至空气源,所述压缩机提供压力高于所述排气的压力水平的压缩空气;管道,该管道将所述压缩空气供应至所述更热的排气,从而所述压缩空气中的至少一部分与所述更热的排气相混合以产生气体混合物;涡轮,该涡轮机械地耦接至所述压缩机并且由所述气体混合物产生涡轮转动机械能;阀,该阀调节通过所述管道的所述压缩空气的所述部分的气流,以便维持所述气体混合物低于预定最高温度,并且以便在所述发动机的运行阶段期间,维持来自所述空气源的一空气流穿过所述压缩机,否则此时在所述压缩机中将出现喘振;传动装置,在通过所述涡轮的所述排气的所述气流不足以驱动所述压缩机达到期望的升压水平时,所述传动装置将推进系转动机械能从推进系提供至所述压缩机以减少涡轮迟滞,并且所述传动装置从所述涡轮提取过量涡轮转动机械能以维持所述压缩机的转速低于会对所述压缩机造成损坏的预定最高转速。31.根据权利要求30所述的发动机系统,进一步包括:控制器,该控制器检测所述气体混合物的温度水平、发动机转速、所述压缩空气的压力水平以及发动机负载,并且控制所述阀的运行和所述传动装置的传动比。32.根据权利要求31所述的发动机系统,进一步包括:冷启动控制阀,该冷启动控制阀在冷启动期间将所述压缩空气中的另一部分提供至处于所述催化转化器上游的所述排气管道,以添加氧气至所述排气来辅助所述催化转化器开始放热反应。



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