專利名稱：具有高速牽引驅(qū)動(dòng)和連續(xù)可變變速箱的超級(jí)渦輪增壓器的制作方法
具有高速牽引驅(qū)動(dòng)和連續(xù)可變變速箱的超級(jí)渦輪增壓器相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本專利申請(qǐng)是2009年8月5日申請(qǐng)的美國申請(qǐng)No. 12/536，421的部分連續(xù)案，所述申請(qǐng)要求2008年8月5日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/086,401的權(quán)利，所述申請(qǐng)的全部教示和公開內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的渦輪增壓器由廢熱和廢氣驅(qū)動(dòng)，其被迫穿過排氣渦輪外殼至渦輪上。渦輪通過共同渦輪軸連接至壓縮器輪。當(dāng)排氣碰到渦輪時(shí)，兩個(gè)輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)。壓縮器輪的旋轉(zhuǎn)通過壓縮器外殼吸入空氣，其迫使壓縮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和燃料效率。用于變速/可變負(fù)載應(yīng)用的渦輪增壓器的尺寸通常適合扭矩峰值速度下的最大效率以便產(chǎn)生足夠升壓來達(dá)到峰值扭矩。然而，在較低速度下，渦輪增壓器產(chǎn)生不充分的升壓 用于適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)響應(yīng)。為了克服這些問題并且提供增加效率的系統(tǒng)，可以使用超級(jí)渦輪增壓器，所述超級(jí)渦輪增壓器結(jié)合超級(jí)增壓器和渦輪增壓器的特征。超級(jí)渦輪增壓器并入主要有益于低速高扭矩的超級(jí)增壓器和通常僅有益于高速高馬力的渦輪增壓器的益處。超級(jí)渦輪增壓器結(jié)合渦輪增壓器與可以將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩放置于渦輪軸上用于超級(jí)增壓和消除渦輪遲滯的變速箱。一旦排出能量開始提供比驅(qū)動(dòng)壓縮器更多的工作，那么超級(jí)渦輪增壓器通過施加額外功率至活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(通常通過機(jī)軸)而重新獲得過多能量。因此，超級(jí)渦輪增壓器完全從一個(gè)系統(tǒng)提供低速高扭矩和高速高馬力的增值的兩個(gè)益處。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)渦輪增壓器，其包括渦輪，其由通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣焓產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能；壓縮器，其壓縮吸入空氣并且響應(yīng)由所述渦輪產(chǎn)生的所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能和從所述發(fā)動(dòng)機(jī)傳送的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能將壓縮空氣供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)；軸，其具有連接至所述渦輪和所述壓縮器的端部，以及具有軸牽引表面的中心部；牽引驅(qū)動(dòng)，其布置在所述軸的所述中心部周圍，所述牽引驅(qū)動(dòng)包括多個(gè)行星滾筒，其具有多個(gè)行星滾筒牽引表面，所述行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面界接使得所述多個(gè)行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面之間存在多個(gè)第一牽引界面；環(huán)形滾筒，其由所述多個(gè)行星滾筒通過多個(gè)第二牽引界面來旋轉(zhuǎn)；連續(xù)可變變速箱，其機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)和所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其將渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述發(fā)動(dòng)機(jī)并且在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作速度下將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述超級(jí)渦輪增壓器。本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一種在超級(jí)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的方法，其包括由通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣焓在渦輪中產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能；壓縮吸入空氣來響應(yīng)由所述渦輪產(chǎn)生的所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能和由所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能將壓縮空氣供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)；提供軸，其具有連接至所述渦輪和所述壓縮器的端部，以及具有軸牽引表面的中心部；將牽引驅(qū)動(dòng)機(jī)械地耦合至所述軸的所述軸牽引表面；放置多個(gè)行星滾筒的多個(gè)行星滾筒牽引表面使其接觸所述軸牽引表面使得在所述多個(gè)行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面之間建立多個(gè)第一牽引界面；放置環(huán)形滾筒使其接觸所述多個(gè)行星滾筒使得在所述多個(gè)行星滾筒與所述環(huán)形滾筒之間建立多個(gè)第二牽引界面；將連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)和所述發(fā)動(dòng)機(jī)而將所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述發(fā)動(dòng)機(jī)并且在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作速度下將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述超級(jí)渦輪增壓器。本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口 ；在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸；用來自所述高壓排氣口的高壓排氣的至少第一部分驅(qū)動(dòng)高壓超級(jí)渦輪增壓器；將來自所述高壓排氣口的所述高壓排氣的至少第二部分提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器；將來自所述低壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述高壓壓縮器的空氣輸入端；在預(yù)定壓力下，將來自所述高壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得所述高壓排氣的所述第二部分貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。
本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口 ；在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸；用來自所述高壓排氣口的高壓排氣驅(qū)動(dòng)高壓超級(jí)渦輪增壓器；用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器；將來自所述低壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述高壓壓縮器的空氣輸入端；在預(yù)定壓力下，將來自所述高壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；將來自所述高壓超級(jí)渦輪增壓器的輸出端的所述高壓排氣引導(dǎo)至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得來自所述高壓超級(jí)渦輪增壓器的所述輸出端的所述高壓排氣貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。本發(fā)明的實(shí)施方案還可以包括一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口 ；在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸；將來自所述高壓排氣口的高壓排氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器；在預(yù)定壓力下，將來自所述高壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管；當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得所述高壓排氣的所述第二部分貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。附圖簡述圖I是超級(jí)渦輪增壓器的實(shí)施方案的側(cè)視圖。圖2是圖I的超級(jí)渦輪增壓器的實(shí)施方案的透視等大圖。圖3A是圖I和圖2中圖示的超級(jí)渦輪增壓器的實(shí)施方案的側(cè)視透視圖。圖3B是超級(jí)渦輪增壓器的另一實(shí)施方案的側(cè)視剖面圖。圖3C是圖I、圖2和圖3A中圖示的超級(jí)渦輪增壓器的實(shí)施方案的修改方案的側(cè)視透視圖。圖4至圖9是使用多徑行星滾筒牽引驅(qū)動(dòng)的實(shí)施方案的超級(jí)渦輪增壓器的各種圖。


圖10是聞速牽引驅(qū)動(dòng)的另一實(shí)施方案的圖不。圖11和圖12是牽引連續(xù)可變變速箱的實(shí)施方案的圖示。圖13是另一實(shí)施方案的側(cè)視剖面圖。圖14A是超級(jí)渦輪增壓的氣體再循環(huán)裝置的實(shí)施方案的示意圖。圖14B是超級(jí)渦輪增壓的氣體再循環(huán)裝置的另一實(shí)施方案的示意圖。圖14C是超級(jí)渦輪增壓的氣體再循環(huán)裝置的另一實(shí)施方案的示意圖。圖14D是圖14A至圖14C的實(shí)施方案的閥升程、流速和汽缸壓力 與活塞位置的曲線圖。圖14E是圖14A至圖14C的實(shí)施方案的汽缸壓力與汽缸容積的PV曲線圖。圖15是模擬BSFC改進(jìn)方案的圖示。
具體實(shí)施例方式圖I是使用高速牽引驅(qū)動(dòng)114和連續(xù)可變變速箱116的超級(jí)渦輪增壓器100的實(shí)施方案的示意圖。如圖I中所示，超級(jí)渦輪增壓器100耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)101。所述超級(jí)渦輪增壓器包括渦輪102，所述渦輪102通過排氣導(dǎo)管104耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)101。渦輪102從排氣導(dǎo)管104接收熱排氣并且在排氣口 112中排出排氣之前產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。催化型柴油顆粒過濾器(未示出)可以連接在排氣導(dǎo)管104與渦輪102之間?；蛘撸龃呋筒裼皖w粒過濾器(未示出)可以連接至排氣口 112。由渦輪102產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過渦輪/壓縮器軸(諸如圖4的軸414)被傳送至壓縮器106，來旋轉(zhuǎn)布置在壓縮器106中的壓縮器風(fēng)扇，其壓縮進(jìn)氣口 110并且將壓縮空氣傳輸至導(dǎo)管108，導(dǎo)管108耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)101的入口歧管(未示出)。如在以上參考申請(qǐng)中所公開，不同于渦輪增壓器，超級(jí)渦輪增壓器耦合至推進(jìn)系來將能量傳送至所述推進(jìn)系或從所述推進(jìn)系傳送能量。如本文所稱的推進(jìn)系可包括發(fā)動(dòng)機(jī)101、布置有發(fā)動(dòng)機(jī)101的車輛的變速器、布置有發(fā)動(dòng)機(jī)101的車輛的驅(qū)動(dòng)系或由發(fā)動(dòng)機(jī)101產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的其它應(yīng)用。換句話說，旋轉(zhuǎn)機(jī)械能可以通過至少一個(gè)中間機(jī)械裝置(諸如車輛的變速器或驅(qū)動(dòng)系)耦合或從超級(jí)渦輪增壓器傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)，且反之亦然。在圖I的實(shí)施方案中，超級(jí)渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過軸118、滑輪120和傳送帶124直接耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)101的機(jī)軸122。同樣如圖I中所示，高速牽引驅(qū)動(dòng)114機(jī)械地耦合至連續(xù)可變變速箱116。在操作中，圖I的高速牽引驅(qū)動(dòng)114是機(jī)械地耦合至渦輪/壓縮器軸固定比率、高速牽引驅(qū)動(dòng)，使用牽引界面將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至渦輪/壓縮器軸或從渦輪/壓縮器軸傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。高速牽引驅(qū)動(dòng)114具有固定比率，其可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)101而不同。對(duì)于小型發(fā)動(dòng)機(jī)而言，需要高速牽引驅(qū)動(dòng)114的大固定比率。對(duì)于更小的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，超級(jí)渦輪增壓器的壓縮器和渦輪必須更小來保持小型發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸并且匹配壓縮器和渦輪的流動(dòng)需求。為了使更小的渦輪和更小的壓縮器適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，其必須以較高rmp旋轉(zhuǎn)。舉例而言，更小的發(fā)動(dòng)機(jī)可能需要壓縮器和渦輪以300，OOOrpm旋轉(zhuǎn)。對(duì)于極小的發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如半公升發(fā)動(dòng)機(jī))而言，超級(jí)渦輪增壓器可能需要以900，OOOrpm旋轉(zhuǎn)。更小的發(fā)動(dòng)機(jī)需要以更高的rpm水平操作的壓縮器的一個(gè)原因是避免喘振。此外，為了以有效的方式操作，壓縮器的頂端速度必須正好達(dá)不到音速。由于所述頂端不如更小的壓縮器中的長，所以在相同rpm下更小的壓縮器的頂端不如較大壓縮器的頂端移動(dòng)得快。當(dāng)壓縮器的尺寸減小，有效操作所需的旋轉(zhuǎn)速度指數(shù)型上升。由于齒輪被限于約100，OOOrpm，所以標(biāo)準(zhǔn)的齒輪系統(tǒng)無法用來達(dá)到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)超級(jí)渦輪增壓器所需的較高速度下消耗的功率。因此，各種實(shí)施方案使用高速牽引驅(qū)動(dòng)114來增加功率并且從渦輪軸接收功率。因此，來自高速牽引驅(qū)動(dòng)114的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能被降低至可以取決于渦輪/壓縮器的旋轉(zhuǎn)速度而改變的rpm水平，但在處于連續(xù)可變變速箱(CVT) 116的操作范圍內(nèi)的rpm水平。舉例而言，高速牽引驅(qū)動(dòng)114可以具有在Orpm與7，OOOrpm之間改變的輸出，而從渦輪/壓縮器軸的輸入可以從Orpm改變至300，OOOrpm,或更大。連續(xù)可變變速箱116將高速牽引驅(qū)動(dòng)114的rpm水平調(diào)整至機(jī)軸122和滑輪120的rpm水平來將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能施加至發(fā)動(dòng)機(jī)101,或以適當(dāng)?shù)膔pm水平從發(fā)動(dòng)機(jī)101提取旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。換句話說，連續(xù)可變變速箱116包括用于在發(fā)動(dòng)機(jī)101與高速牽引驅(qū)動(dòng)114之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的界面，在根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和渦輪/壓縮器旋轉(zhuǎn)速度改變的適當(dāng)?shù)膔pm水平下。連續(xù)可變變速箱116可包括任何所需種類的連續(xù)可變變速箱，其可以所需旋轉(zhuǎn)速度操作并且具有匹配機(jī)軸122或直接或間接耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)101的其它機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度的比率。舉例而言，除了本文公開的實(shí)施方 案之外，可以使用兩個(gè)滾筒CVT以及牽引滾珠驅(qū)動(dòng)和推動(dòng)鋼帶CVT。 適于用作圖I中公開的連續(xù)可變變速箱116的連續(xù)可變變速箱的實(shí)施例是圖11和圖12中公開的連續(xù)可變變速箱?？梢杂米鲌DI的連續(xù)可變變速箱116的連續(xù)可變變速箱的其它實(shí)施例包括2009年6月2日發(fā)布的Miller等人的美國專利No. 7，540,881。Miller專利是用行星滾珠軸承的牽引驅(qū)動(dòng)、連續(xù)可變變速箱的實(shí)施例。Miller的牽引驅(qū)動(dòng)限于約10，OOOrpm使得MiIIer連續(xù)可變變速箱無法用作為高速牽弓I驅(qū)動(dòng)，諸如高速牽弓I驅(qū)動(dòng)114。然而，Miller專利確實(shí)公開一種使用牽引驅(qū)動(dòng)并且適于用作可以用作為圖I至圖3中所示的連續(xù)可變變速箱116的連續(xù)可變變速箱的實(shí)施例。2006年6月6日發(fā)布的WilliamR. Kelley, Jr.的并且受讓與Borg Warner的專利No. 7, 055, 507中公開適合的連續(xù)可變變速箱的另一實(shí)施例。1991年7月23日發(fā)布的Smith的美國專利No. 5，033，269中公開連續(xù)可變變速箱的另一實(shí)施例。此外，美國專利No. 7,491，149也公開一種將適于用作連續(xù)可變變速箱116的連續(xù)可變變速箱。2009年2月17日公布的Greenwood等人的并且受讓與Torotrak有限公司的美國專利No. 7，491，149公開可以用作為連續(xù)可變變速箱116的使用牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱的實(shí)施例。所有這些專利所公開和教示的內(nèi)容以引用的方式特別并入。1995年8月9日以公布No. 0517675B1公布的歐洲申請(qǐng)No. 92830258. 7也闡釋適于用作連續(xù)可變牽引驅(qū)動(dòng)116的另一連續(xù)可變變速箱3。各種種類的高速牽引驅(qū)動(dòng)可以用作為高速牽引驅(qū)動(dòng)114。舉例而言，圖4至圖9中公開的高速行星牽引驅(qū)動(dòng)406和圖10的高速行星驅(qū)動(dòng)可以用作為高速牽引驅(qū)動(dòng)114。1946年4月9日公布的Birgkigt的美國專利No. 2，397，941和1998年3月24日公布的Hiereth等人的美國專利No. 5，729，978中公開使用齒輪的高速驅(qū)動(dòng)的實(shí)施例。這些專利所公開和教示的內(nèi)容以引用的方式特別并入本文中。這些參考資料使用標(biāo)準(zhǔn)齒輪并且不使用牽引驅(qū)動(dòng)。因此，即使使用被高度拋光、特別設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中的齒輪限于約100，OOOrpm或更小的旋轉(zhuǎn)速度。2005年11月I日公布的Kolstrup的并且受讓與Rulounds Roadtracks Rotrex A/S 的美國專利 No. 6，960，147 公開一種能夠產(chǎn)生 13:1 的齒輪比率的行星齒輪。Kolstrup的行星齒輪是可以用于圖I的高速牽引驅(qū)動(dòng)114的適當(dāng)位置的高速驅(qū)動(dòng)的實(shí)施例。美國專利No. 6，960，147所公開和教示的內(nèi)容也以引用的方式特別并入本文中。圖2是超級(jí)渦輪增壓器100的示意性側(cè)視透視圖。如圖2中所示，渦輪102具有接收施加至渦輪風(fēng)扇130的排氣的排氣導(dǎo)管104。壓縮器106具有將壓縮空氣供應(yīng)至入口歧管的壓縮空氣導(dǎo)管108。壓縮器外殼128封圍壓縮器風(fēng)扇126并且耦合至壓縮空氣導(dǎo)管108。如上文所公開，高速牽引驅(qū)動(dòng)114是耦合至連續(xù)可變變速箱116的固定比率牽引驅(qū)動(dòng)。連續(xù)可變變速箱116驅(qū)動(dòng)軸118和滑輪120。圖3A是圖I和圖2中圖示的超級(jí)渦輪增壓器100的實(shí)施方案的側(cè)視透視圖。再貝U，如圖3A中所示，渦輪102包括渦輪風(fēng)扇130，而壓縮器106包括壓縮器風(fēng)扇126。連接渦輪風(fēng)扇130與壓縮器風(fēng)扇126的軸(未示出)耦合至高速牽引驅(qū)動(dòng)114。旋轉(zhuǎn)機(jī)械能從高速牽引驅(qū)動(dòng)114傳送至傳動(dòng)齒輪132，傳動(dòng)齒輪132將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至CVT齒輪134和連續(xù)可變變速箱(CVT) 116。連續(xù)可變變速箱116耦合至軸118和滑輪120。圖3B是耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)304的超級(jí)渦輪增壓器300的另一實(shí)施例的示意性剖面圖。 如圖3B中所示，渦輪302和壓縮器306通過軸320機(jī)械地耦合。高速牽引驅(qū)動(dòng)308將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至傳動(dòng)齒輪322或從傳動(dòng)齒輪322接收旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。圖3B中圖示高速牽引驅(qū)動(dòng)308的特殊實(shí)施例。傳動(dòng)齒輪322在牽引驅(qū)動(dòng)308與連續(xù)可變變速箱110之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。圖3B中還圖示連續(xù)可變變速箱310的特殊實(shí)施例。軸312、滑輪314和傳送帶316在機(jī)軸318與連續(xù)可變變速箱310之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。圖3C是圖I、圖2和圖3A中圖示的超級(jí)渦輪增壓器100的實(shí)施方案的修改方案的側(cè)視示意性剖面圖。如圖3C中所示，渦輪102和壓縮器106通過軸(未示出)耦合在一起。高速牽引驅(qū)動(dòng)114耦合至所述軸。旋轉(zhuǎn)機(jī)械能從高速牽引驅(qū)動(dòng)114傳送至傳動(dòng)齒輪132，傳動(dòng)齒輪132將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至變速箱齒輪134。高速牽引驅(qū)動(dòng)114、傳動(dòng)齒輪132和變速箱齒輪134可以全部容置在相同外殼中。變速箱齒輪134連接至變速箱140，變速箱140可以包括手動(dòng)齒輪箱、CVT、直軸、自動(dòng)齒輪箱或液壓變速箱。接著，變速箱140連接至軸118，軸118連接至滑輪120。滑輪120耦合至推進(jìn)系。在替代實(shí)施方案中，滑輪120耦合至電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)142。圖4是使用耦合至連續(xù)可變變速箱408的高速牽引驅(qū)動(dòng)416的超級(jí)渦輪增壓器400的另一實(shí)施方案的示意性透視圖。如圖4中所示，渦輪404用壓縮器/渦輪軸414機(jī)械地耦合至壓縮器402。以下文更詳細(xì)公開的方式在壓縮器/渦輪軸414與多徑牽引驅(qū)動(dòng)416之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。傳動(dòng)齒輪418在多徑牽引驅(qū)動(dòng)416與連續(xù)可變變速箱408的CVT齒輪420之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。軸410和滑輪412耦合至連續(xù)可變變速箱408并且在連續(xù)可變變速箱408與推進(jìn)系之間傳送動(dòng)力。圖5是耦合至傳動(dòng)齒輪418的多徑牽引驅(qū)動(dòng)416的側(cè)視剖面示意圖，傳動(dòng)齒輪418接著耦合至CVT齒輪420。如下文更詳細(xì)地公開，壓縮器/渦輪軸414在中心部上具有被拋光、硬化表面，所述表面用作為多徑牽引驅(qū)動(dòng)416中的恒星驅(qū)動(dòng)。圖6是圖4中圖示的超級(jí)渦輪增壓器400的實(shí)施方案的分解圖600。如圖6中所示，渦輪外殼602容置渦輪風(fēng)扇604。熱側(cè)蓋板606安裝在渦輪風(fēng)扇604和主外殼支撐件608附近。環(huán)形密封件610密封熱側(cè)蓋板606處的排氣。環(huán)形滾筒軸承612安裝在環(huán)形滾筒614中。壓縮器/渦輪軸414延伸穿過主外殼支撐件608。熱側(cè)蓋板606與渦輪風(fēng)扇604連接。行星載體滾珠軸承618安裝在行星載體620上。多徑環(huán)形滾筒622旋轉(zhuǎn)地連接至行星載體620。供油管624用來供應(yīng)牽引流體至牽引表面。行星載體626安裝至行星載體620并且使用行星載體滾珠軸承628。接著，固定環(huán)630安裝在行星載體626外部。籠架632安裝在固定環(huán)630與冷側(cè)蓋板636之間。壓縮器風(fēng)扇638耦合至壓縮器/渦輪軸414。壓縮器外殼640封圍壓縮器風(fēng)扇638。主外殼支撐件608還支撐連續(xù)可變變速箱和傳動(dòng)齒輪418。各種軸承646用來安裝傳動(dòng)齒輪418和主外殼支撐件608。連續(xù)可變變速箱包括CVT蓋642和CVT承重板644。CVT齒輪420用軸承650安裝在主外殼支撐件608內(nèi)部。與CVT承重板644相對(duì)，CVT承重板652安裝在CVT齒輪420的相對(duì)側(cè)上。CVT蓋654罩蓋CVT裝置的各個(gè)部分。軸410耦合至連續(xù)可變變速箱?；?12安裝在軸410上并且在軸410與推進(jìn)系之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。圖7是多徑牽引驅(qū)動(dòng)416的分開的主要組件、以及渦輪風(fēng)扇604和壓縮器風(fēng)扇638的透視圖。如圖7中所示，壓縮器/渦輪軸414連接至渦輪風(fēng)扇604和壓縮器風(fēng)扇638，并且穿過多徑牽引驅(qū)動(dòng)416的中心。多徑牽引驅(qū)動(dòng)416包括多徑行星滾筒664、666 (圖9)、668。這些多徑行星滾筒旋轉(zhuǎn)地耦合至行星載體626 (圖9)。滾珠656、658、660、662置于 固定環(huán)630上用于滾珠斜坡的傾斜表面上。如下文更詳細(xì)地公開，環(huán)形滾筒614由多徑行 星滾筒664、666、668的內(nèi)徑驅(qū)動(dòng)。圖8是多徑牽引驅(qū)動(dòng)416的側(cè)視剖面圖。如圖8中所示，壓縮器/渦輪軸414被硬化和拋光來形成用作為恒星滾筒674的牽引表面，恒星滾筒674具有與多徑行星滾筒664界接的牽引界面676。多徑行星滾筒664沿著多徑行星滾筒軸672旋轉(zhuǎn)。多徑行星滾筒664在行星滾筒664與固定環(huán)630的界面690處接觸固定環(huán)630。多徑行星滾筒664在界面691處接觸環(huán)形滾筒614，與界面691不同，界面691距多徑行星滾筒軸672有不同的徑向距離。圖8還圖不行星載體626和與滾珠656相交的滾珠斜坡630,以及與滾珠660相交的滾珠斜坡631。滾珠656、658、660、662楔入在外殼(未不出)與固定環(huán)664上的滾珠斜坡(諸如滾珠斜坡630)之間。當(dāng)扭矩施加至環(huán)形滾筒614時(shí)，這造成固定環(huán)664在環(huán)形滾筒614的旋轉(zhuǎn)方向上略微移動(dòng)。這造成滾珠向上移動(dòng)各個(gè)滾珠斜坡，諸如滾珠斜坡630、631，這接著造成固定環(huán)630壓抵于多徑行星滾筒664、666、668。由于行星滾筒664與固定環(huán)630的界面691傾斜，而且多徑行星滾筒664與環(huán)形滾筒690的界面傾斜，所以多徑行星滾筒664上產(chǎn)生向內(nèi)的力，這在牽引界面676上產(chǎn)生力來增大多徑行星滾筒664與恒星滾筒674之間的牽引界面676處的牽引。此外，在多徑行星滾筒664與環(huán)形滾筒614的界面691處產(chǎn)生力，這增大界面691處的牽引。同樣如圖8中所示，壓縮器風(fēng)扇630和渦輪風(fēng)扇604都耦合至壓縮器/渦輪軸414。同樣如圖8中所示，環(huán)形滾筒614耦合至傳動(dòng)齒輪418。圖9是多徑牽引驅(qū)動(dòng)416的側(cè)視剖面圖。如圖9中所示，恒星滾筒674在順時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)，如通過旋轉(zhuǎn)方向686所不。多徑行星滾筒664、666、668具有外徑滾筒表面,諸如多徑行星滾筒664的外徑滾筒表面688。這些外徑滾筒表面接觸恒星滾筒674，這造成多徑行星滾筒664、666、668在逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn),諸如多徑行星滾筒666的旋轉(zhuǎn)方向684。多徑行星滾筒664、666、668還具有內(nèi)徑滾筒表面,諸如多徑行星滾筒664的內(nèi)徑滾筒表面680。每個(gè)多徑行星滾筒的內(nèi)徑滾筒表面接觸環(huán)形滾筒614的滾筒表面687。因此，行星滾筒664與環(huán)形滾筒614的滾筒表面687的界面678構(gòu)成在施加牽引流體時(shí)傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的牽引界面。多徑行星滾筒664、666、668的每一個(gè)與恒星滾筒674之間的界面還構(gòu)成在牽引流體的施加之后傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的牽引界面。如上文關(guān)于圖8和圖9所指出，固定環(huán)630產(chǎn)生力，所述力推動(dòng)多徑行星滾筒664、666、668朝向恒星滾筒674來產(chǎn)生牽引。多徑行星滾筒664、666、668的每一個(gè)用行星滾筒軸(諸如多徑行星滾筒664的多徑行星滾筒軸672)旋轉(zhuǎn)地附接至行星載體626。這些軸具有略微的運(yùn)轉(zhuǎn)量使得多徑行星滾筒664、666、668可以略微移動(dòng)并且在恒星滾筒674與多徑行星滾筒664、666、668的外徑滾筒表面(諸如多徑行星滾筒664的外徑滾筒表面688)之間產(chǎn)生力。多徑行星滾筒664朝向恒星滾筒674的移動(dòng)也增大多徑行星滾筒664、666、668與環(huán)形滾筒614的界面處的牽引，這是由于多徑行星滾筒664、666、668與環(huán)形滾筒614的界面(諸如界面678)傾斜。多徑行星滾筒664、666、668與環(huán)形滾筒614的滾筒表面687的接觸造成行星載體626在順時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn),諸如圖9中所示的旋轉(zhuǎn)方向682。因此,環(huán)形滾筒614在逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)(諸如旋轉(zhuǎn)方向687)并且在順時(shí)針方向上驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪418。圖10是高速牽引驅(qū)動(dòng)1000的另一實(shí)施方案的示意性橫截面圖。如圖10中所示，軸1002 (其是連接超級(jí)渦輪增壓器中的渦輪與壓縮器的軸)可以作為高速牽引驅(qū)動(dòng)1000 中的恒星滾筒。行星滾筒1004在牽引界面1036處接觸軸1002。行星滾筒1004使用軸承1008、1010、1012、1014在軸1006上旋轉(zhuǎn)。同樣如圖10中所示，齒輪1016布置并且連接至載體1018的外表面。載體1018通過容許載體1018和齒輪1016旋轉(zhuǎn)的軸承1032、1034耦合至外殼(未示出)。固定環(huán)1020、1022分別包括滾珠斜坡1028、1030。滾珠斜坡1028、1030類似于圖7和圖8中所示的滾珠斜坡630。當(dāng)齒輪1016移動(dòng)時(shí)，滾珠1024、1026分別在滾珠斜坡1028、1030中移動(dòng)，并且迫使固定環(huán)1020、1022向內(nèi)朝向彼此。當(dāng)滾珠1024、1026迫使固定斜坡1020、1022向內(nèi)朝向彼此時(shí)，在牽引表面1038、1040處的固定環(huán)1020、1022與行星滾筒1004的表面之間產(chǎn)生力。如圖10中所示，由固定環(huán)1020、1022產(chǎn)生的力還迫使行星滾筒1004向下，因此在牽引表面1036處的軸1002與行星滾筒1004之間產(chǎn)生力。因此，在牽引表面1036和牽引表面1038、1040處實(shí)現(xiàn)更大的牽引。牽引流體施加至這些表面，因?yàn)闋恳黧w由于在牽引表面1036、1038、1040處產(chǎn)生摩擦而被加熱，所以牽引流體變得粘性并且增大牽引表面處的摩擦。圖10中所示的高速牽引驅(qū)動(dòng)1000能夠以超過100，OOOrpm的高速旋轉(zhuǎn),所述速度無法通過齒輪系統(tǒng)達(dá)到。舉例而言，高速牽引驅(qū)動(dòng)1000可能以大于300，OOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)。然而，高速牽引驅(qū)動(dòng)1000因尺寸的物理限制而限于約10:1的齒輪比率。高速牽引驅(qū)動(dòng)1000可以使用三個(gè)行星滾筒，諸如圍繞軸1002徑向布置的行星滾筒1006。如圖9中所示，行星滾筒的尺寸相對(duì)于恒星滾筒而受限。如果圖9中的行星滾筒的直徑增大，那么行星滾筒將彼此鄰接。因此，如圖10中所示，僅約10:1的齒輪比率可以用行星牽引驅(qū)動(dòng)達(dá)到，而如圖7至圖9中所示，連接至行星載體的多徑行星驅(qū)動(dòng)可以具有高達(dá)47:1或更大的比率。因此，如果必須以300，OOOrpm有效旋轉(zhuǎn)的更小發(fā)動(dòng)機(jī)需要壓縮器，那么如圖7至圖9中所示，47:1比率的牽引驅(qū)動(dòng)可以將300，OOOrpm的最大旋轉(zhuǎn)減速至約6，400rpm。接著，標(biāo)準(zhǔn)齒輪或牽引的連續(xù)可變變速箱可以用來在高速牽引驅(qū)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)系之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。如上文所公開，圖10中所示的高速牽引驅(qū)動(dòng)1000可以具有10:1般大的比率。假設(shè)小型發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)渦輪增壓器的軸1002的旋轉(zhuǎn)速度是300，OOOrpm，那么所述軸的300，OOOrpm旋轉(zhuǎn)速度在齒輪1016處可以被降低至30，OOOrpm。可以使用各個(gè)種類的連續(xù)可變變速箱116，其使用標(biāo)準(zhǔn)齒輪技術(shù)操作高達(dá)30，OOOrpm0牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱(諸如圖11和圖12中所示的牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱116)也可以用作為圖I中所示的連續(xù)可變變速箱116。此外，高達(dá)100:1的比率可以用圖4至圖9中所示的多徑牽引驅(qū)動(dòng)416來實(shí)現(xiàn)。因此，可能需要以900，OOOrpm操作的壓縮器的5公升的小型發(fā)動(dòng)機(jī)可以被降低至9，OOOrpm，這是可以由各種連續(xù)可變變速箱116容易地用來在推進(jìn)系與渦輪/壓縮器軸之間率禹合旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)速度。圖11和圖12圖示可以用作為圖I的連續(xù)可變變速箱116的連續(xù)可變的牽引驅(qū)動(dòng)變速箱的實(shí)施例。圖11和圖12中所示的牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱通過在座圈表面上在橫向方向上平移座圈1116、1118來操作，所述座圈表面具有造成滾珠軸承的接觸位置移動(dòng)的曲率半徑，所述移動(dòng)接著造成滾珠以不同旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)來以不同速度驅(qū)動(dòng)座圈1122。換 句話說，座圈表面上的所述軸承的每一個(gè)的接觸位置由于座圈1116、1118的橫向平移而改變，這改變了所述軸承在接觸位置處的旋轉(zhuǎn)速度，如下文更詳細(xì)地解釋。如圖11中所示，輸入軸1102耦合至傳動(dòng)齒輪132 (圖3A)。舉例而言，齒條1104可以鍵接至圖3A中所示的CVT齒輪134。因此，輸入軸1102的齒條輸入齒輪1104可以通過高速牽引驅(qū)動(dòng)114耦合至超級(jí)渦輪增壓器，如圖3A中所示。以此方式，推進(jìn)系的輸入扭矩用以驅(qū)動(dòng)輸入軸1102的齒條輸入齒輪1104。齒條輸入齒輪1104上的輸入扭矩使輸入軸1102和其關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)(包括輸入座圈1114)在旋轉(zhuǎn)方向1112上旋轉(zhuǎn)。輸入座圈1116也響應(yīng)由齒條1166從輸入軸1102授予給輸入座圈1116的扭矩而圍繞旋轉(zhuǎn)軸1106旋轉(zhuǎn)。輸入軸1102、輸入座圈1114和輸入座圈1116的旋轉(zhuǎn)授予多個(gè)滾珠軸承1132上的旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)楣潭ㄗ?120阻止?jié)L珠軸承在與固定座圈1120的接觸點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)。輸入座圈1114和輸入座圈1116以相同角速度旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^齒條1116耦合在一起。輸入座圈1114和輸入座圈1116造成滾珠軸承1132在大致垂直的定向上旋轉(zhuǎn)，這是由于滾珠軸承1132接觸固定座圈1120。滾珠軸承1132抵著固定座圈1120的接觸也造成滾珠軸承1132圍繞座圈1114、1116、1118、1120的周邊旋進(jìn)。在圖11所示的實(shí)施方案中，可以存在在座圈1114、1116、1118、1120的表面上旋轉(zhuǎn)的多達(dá)20個(gè)的滾珠軸承1132。滾珠軸承1132由于由輸入座圈1114和輸入座圈1116驅(qū)動(dòng)而引起的旋轉(zhuǎn)在輸出座圈1118上建立滾珠軸承1132的切線接觸。取決于輸出座圈1118上的滾珠軸承1132的接觸位置，輸入座圈1114、1116相對(duì)于輸出座圈1118的旋轉(zhuǎn)速度的比率可以改變。輸出座圈1118耦合至輸出齒輪1122。輸出齒輪1122接合輸出齒輪1124，輸出齒輪1124接著連接至輸出軸1126。圖11中所示的牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱1100改變輸入軸1102與輸出軸126之間的比率的方式通過改變與滾珠軸承1132接觸的四個(gè)座圈1114、1116、1118、1120之間的接觸點(diǎn)的相對(duì)位置而實(shí)現(xiàn)。座圈1114、1116、1118、1120與滾珠軸承1132的接觸表面改變的方式是通過改變平移夾1152的位置。如圖11中所示，平移夾1152響應(yīng)電動(dòng)致動(dòng)器1162而水平移動(dòng)。電動(dòng)致動(dòng)器1162具有接合伸縮式變速器1158并且使伸縮式變速器1158旋轉(zhuǎn)的軸。伸縮式變速器1158在內(nèi)部和外部上具有不同的螺紋種類。不同螺紋種類的螺距的差異造成平移夾1152響應(yīng)電動(dòng)致動(dòng)器1162的軸的旋轉(zhuǎn)而水平移動(dòng)，這授予伸縮式變速器1158中的旋轉(zhuǎn)。與軸承夾1164接觸的平移夾1152的橫向平移造成輸入座圈1116和輸出座圈1118的橫向平移。在圖11中所示的實(shí)施方案中，輸入座圈1116和輸出座圈1118的橫向平移可以改變約十分之一英寸。輸入座圈1116和輸出座圈1118的平移改變滾珠軸承1132與輸出座圈1118之間的接觸角度，這因?yàn)楣潭ㄗ?120與輸入座圈1114和輸入座圈1116之間的接觸角度的改變而改變滾珠軸承1132在所述座圈中的移動(dòng)比率或速度。所述座圈之間的角度的改變的組合容許滾珠軸承1132與輸出座圈1118之間的接觸速率或接觸點(diǎn)改變，這造成輸入軸1102的旋轉(zhuǎn)速度的0%至高達(dá)輸入軸1102的旋轉(zhuǎn)速度的30%之間的速度變化。呈輸入軸1102的旋轉(zhuǎn)速度的0%至30%的輸出座圈1118的速度變化提供可以在輸出軸1126處達(dá)到的大范圍的可調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度。 為了確保滾珠軸承1132在座圈1114、1116、1118、1120之間的適當(dāng)夾持，提供彈簧1154、1156。彈簧1154在輸入座圈1114與固定座圈1120之間產(chǎn)生夾持力。彈簧1156在輸入座圈1116與輸出座圈1118之間產(chǎn)生夾持力。抵著滾珠軸承1132的這些夾持力保持在平移夾1152的整個(gè)平移距離內(nèi)。伸縮式變速器1158在內(nèi)表面上具有連接至固定螺紋裝置1160的螺紋。固定螺紋裝置1160固定至外殼1172并且提供相對(duì)于外殼1172的固定位置，使得平移夾1152能夠因伸縮式變速器1158的兩側(cè)上的不同螺紋而在水平方向上平移。同樣如圖11中所示，牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱1100的旋轉(zhuǎn)組件都在相同方向 (即旋轉(zhuǎn)方向1112)上旋轉(zhuǎn)并且輸出齒輪1122的旋轉(zhuǎn)1128。夾持螺母1168將彈簧1156固持在適當(dāng)位置并且預(yù)先加載彈簧1156而在固定座圈1120與輸入座圈1114之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膶?duì)角壓力。如圖11中所示，當(dāng)平移夾1152水平平移時(shí)，存在輸入軸1102的略微平移，根據(jù)接觸滾珠軸承1132的座圈1114至1120的角度。齒條輸入齒輪1104容許在方向1108、1110上的平移移動(dòng)，根據(jù)滾珠軸承1132接觸座圈1114至1120的點(diǎn)和所述座圈相對(duì)于滾珠軸承1132的特定接觸角度。外殼1170緊緊地栓接至外殼1172來容納彈簧1154，這在輸入座圈1114與固定座圈1120之間產(chǎn)生適當(dāng)量的夾持力。如圖11中所示，滾珠軸承1132具有在四個(gè)座圈1114、1116、1118、1120中的旋轉(zhuǎn)行進(jìn)1131。如圖11中所示，軸1102的旋轉(zhuǎn)方向1112造成齒輪1122在旋轉(zhuǎn)方向1128上的旋轉(zhuǎn)。圖12是座圈1114至1120和滾珠1132的特寫圖，其圖示牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱1100的操作。如圖12中所示，座圈1114在接觸位置1134處強(qiáng)有力地接觸滾珠1132。座圈1116在接觸位置1136處強(qiáng)有力地接觸滾珠1132。座圈1118在接觸位置1138處強(qiáng)有力地接觸滾珠1132。座圈1120在接觸位置1140處強(qiáng)有力地接觸滾珠1132。接觸位置1134、1136、1138、1140的每一個(gè)位于滾珠1132的表面上的共同大圓上。所述大圓位于容納滾珠1132的中心和軸1102的軸1106的平面中。滾珠1132繞著穿過滾珠1132的中心的旋轉(zhuǎn)軸1142旋轉(zhuǎn)并且對(duì)開容納接觸位置1134、1136、1138、1140的所述大圓。滾珠1132的旋轉(zhuǎn)軸1142與垂直軸1144成角度1146傾斜。布置在圍繞牽引驅(qū)動(dòng)1100的圓周的座圈中的滾珠的每一個(gè)的傾斜角1146相同。傾斜角1146在距離比率與圓周速度比率之間建立數(shù)學(xué)關(guān)系。距離比率是第一距離1148與第二距離1150之間的比率，第一距離1148是從旋轉(zhuǎn)軸1142到接觸位置1134的垂直距離，第二距離1150是從旋轉(zhuǎn)軸1142到接觸位置1136的垂直距離。這個(gè)距離比率等于所述圓周速度比率。所述圓周速度比率是第一圓周速度與第二圓周速度之間的比率，其中所述第一圓周速度是滾珠1132在座圈1114處的圓周速度與滾珠1132的共同軌道圓周速度以及所述座圈中的其它滾珠之間的差異，而所述第二圓周速度是滾珠1132在座圈1116上的圓周速度與滾珠1132的共同軌道圓周速度之間的差異，以及布置在所述座圈中的其它滾珠。座圈1114至1120的每一個(gè)的曲率半徑不一定是恒定的曲率半徑，而可以改變。此外，所述四個(gè)座圈的每一個(gè)的曲率半徑不一定相等。
當(dāng)座圈1116、1118在橫向方向(諸如橫向平移方向1108)上同時(shí)平移時(shí)，軸1102的旋轉(zhuǎn)的速度比率和旋轉(zhuǎn)方向1112相對(duì)于齒輪1122的旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)方向1128改變，座圈1116、1118在橫向方向1108上的平移造成第一距離1148增大而且第二距離1150減小。因此，距離比率以及圓周速度比率改變，這改變齒輪1122相對(duì)于軸1102的旋轉(zhuǎn)速度。如上文所指出，連續(xù)可變變速箱輸出端與連接至渦輪壓縮器軸的牽引驅(qū)動(dòng)減速機(jī)構(gòu)齒輪接觸。如上文所指出，可以使用至少兩種或三種不同種類的牽引驅(qū)動(dòng)減速系統(tǒng)。典型的種類是圖6至圖9和圖10中公開的用于高速減速的行星式牽引驅(qū)動(dòng)。如果渦輪軸與行星滾筒之間需要大的速度差，那么圖10的實(shí)施方案可以僅使用兩個(gè)滾筒而不是三個(gè)，以便獲得所需的齒輪比率改變。在三個(gè)滾筒的情況下，存在約10:1的減速限制，而且可能需要大約20:1的變速箱來獲得高速250，OOOrpm操作，低于10:1的變速箱所需要的25，OOOrpm。因此，在圖10中，
在三個(gè)行星驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的適當(dāng)位置可以使用兩個(gè)滾筒行星牽引驅(qū)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)最小型最高速系統(tǒng)所需的減速。兩個(gè)滾筒還提供較小慣性，因?yàn)槊恳粋€(gè)滾筒給想所述系統(tǒng)增加一定量的慣性。為了最小慣性，兩個(gè)滾筒應(yīng)足夠。牽引滾筒的寬度略寬于三個(gè)滾筒實(shí)施方案。抵著軸滾動(dòng)的多徑行星滾筒由彈性材料制成，例如彈簧鋼或其他材料，所述材料容許滾筒在外圓筒內(nèi)的少許變形。彈簧加載的滾筒的應(yīng)用可以提供軸上的必需壓力但不會(huì)限制軸尋找其理想旋轉(zhuǎn)中心的能力。當(dāng)渦輪增壓器以極高速操作時(shí)，其具有造成軸必須找到其自身的旋轉(zhuǎn)中心的平衡約束。所述平衡將由中心軸的移動(dòng)來補(bǔ)償。這個(gè)移動(dòng)可由彈簧加載的滾筒來補(bǔ)償。所述彈簧加載的滾筒還可以通過制成為沒有容許其以非常小的慣性抵著軸操作的薄鋼帶而制成為極輕的重量。帶厚度必須足夠厚而在牽引表面上賦予足夠的壓力來提供牽引所需的法向力。凸輪隨動(dòng)件可以布置在滾筒內(nèi)，所述凸輪隨動(dòng)件將定位每個(gè)滾筒并且使所述位置固定在系統(tǒng)內(nèi)。滾筒必須以非常直的直線排列在外圓筒與渦輪/壓縮器軸之間操作，但減小慣性的關(guān)鍵在于重量輕?？梢允褂靡粋€(gè)或兩個(gè)凸輪隨動(dòng)件來將鋼帶固持在適當(dāng)位置，適當(dāng)所述鋼帶呈直線排列停留在所述系統(tǒng)中。環(huán)形滾筒614在外表面上連接至齒輪使得所述環(huán)形滾筒可以將動(dòng)力傳輸入或傳輸出多徑牽引驅(qū)動(dòng)416。環(huán)形滾筒614可以許多方式制成。環(huán)形滾筒614可以簡單地為鋼或能夠?qū)⑴ぞ貍鬏斎牖騻鬏敵龆鄰綘恳?qū)動(dòng)416的其他合適材料的固體件。環(huán)形滾筒614可以由容許環(huán)形滾筒614為輕量級(jí)的許多材料制成，但環(huán)形滾筒614必須由可以用作為滾筒表面687上的牽引驅(qū)動(dòng)表面的材料制成。適當(dāng)?shù)臐L筒表面687容許行星滾筒664、666、668通過牽引傳輸扭矩。渦輪/壓縮器軸414也必須保持呈非常精確的直線排列。渦輪/壓縮器軸414在外殼內(nèi)的直線排列容許壓縮器的葉片的頂端與壓縮器外殼之間保持有間隙。較緊的間隙增大壓縮器效率。更精確的位置降低渦輪壓縮器風(fēng)扇638與壓縮器外殼640之間的接觸機(jī)會(huì)。需要一種控制由抵著壓縮器輪壓縮氣體引起的推力負(fù)載的方法來確保存在最小間隙。這可以使用供油的推力軸承(未示出)或是滾珠軸承的推力軸承或滾筒軸承種類的軸承來完成。在渦輪增壓器中，為可靠性的目的，軸承通常是在內(nèi)側(cè)和外側(cè)都具有油間隙的套管軸承，以便容許渦輪軸在其諧和旋轉(zhuǎn)時(shí)將其自身置于中心。高容積制造的渦輪增壓器的平衡需求是通過使用雙間隙軸承來降低。因?yàn)樾枰^緊的間隙和渦輪增壓器的軸的更精確的直線排列，所以已經(jīng)使用這些軸承種類。滾珠軸承用來固持壓縮器和渦輪并且用于保持從側(cè)向運(yùn)動(dòng)透視圖所見的與外殼更好的對(duì)齊。這可以由一個(gè)或兩個(gè)滾珠軸承來完成。由油加壓的外部區(qū)域內(nèi)的軸承的直線排列容許所述軸承浮動(dòng)并且容許所述軸承找到中心。這確實(shí)影響外殼、渦輪與壓縮器外邊緣之間的間隙，但容許保持小的推力間隙。渦輪軸軸承提供第三限制點(diǎn)來保持滾筒的直線排列。在所述滾筒中間的凸輪隨動(dòng)件可以使所述滾筒相互保持120度。每個(gè)滾筒可以使用兩個(gè)小凸輪隨動(dòng)件來消除當(dāng)動(dòng)力改變方向時(shí)引起的后沖。也可以使用較大的渦輪。渦輪輪的直徑可以制成為大于常規(guī)直徑。甚至可以使渦輪外徑大于壓縮器輪，而不會(huì)達(dá)到頂端接近音速之處的臨界速度，這是因?yàn)榕艢饷芏鹊陀谌肟诳諝舛乙虼艘羲佥^高。這容許排氣在渦輪/壓縮器軸上產(chǎn)生更多扭矩而無較高反壓力。具有較高扭矩造成所述渦輪重新獲得比壓縮入口空氣所需的能量更多的能量。這產(chǎn)生比可以重新獲得并且傳輸至發(fā)動(dòng)機(jī)的能量更多的能量。壓縮所不需要的來自相同排氣流的更多能量杯傳送至機(jī)軸并且產(chǎn)生較低的燃料消耗。
此外，可以使用控制排氣撞入渦輪輪的進(jìn)入角度的導(dǎo)葉片來改進(jìn)渦輪效率。這使得峰值效率更高，但縮短了實(shí)現(xiàn)效率所取決的速度范圍。狹窄的速度范圍不利于常規(guī)渦輪增壓器，而且對(duì)于管理者可以提供必需的速度控制的超級(jí)渦輪增壓器而言不是問題。與跨過壓縮器的壓力相比，跨過渦輪的較高的反壓力還可以產(chǎn)生不平衡的超級(jí)渦輪增壓器。對(duì)于常規(guī)渦輪增壓器而言，這個(gè)壓力差是相反的。具有較高的反壓力造成所述渦輪重新獲得比壓縮入口空氣所需的能量更多的能量。這產(chǎn)生比可以重新獲得并且傳輸至發(fā)動(dòng)機(jī)的能量更多的能量。柴油機(jī)的高壓EGR回路需要較高的反壓力。高的反壓力通常需要閥或限制，因此高的反壓力通常損失能量，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)渦輪增壓器無法不平衡而不超速。增大反壓力不利于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)槠湓龃笃字胁东@的排氣量，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)更可能具有爆炸問題。根據(jù)另一實(shí)施方案，第二渦輪輪可以定位在渦輪/壓縮器軸上來增大由所述渦輪重新獲得的能量并且改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的燃料效率。同樣，第二壓縮器輪可以定位在相同軸上來增大超級(jí)渦輪增壓器的升壓電勢(shì)并且容許級(jí)之間的中間冷卻。這使入口溫度較冷而用于給定升壓并且因此降低NOx。此外，可以提供渦輪葉片冷卻貫通翼片頂端來降低高溫應(yīng)用中的溫度。這可以由所述渦輪的外邊緣的中空翼片頂端來完成。這個(gè)特殊的頂端設(shè)計(jì)增加了渦輪效率并且提供用于冷卻空氣穿過所述葉片的路徑。渦輪翼片冷卻還可以由從壓縮器側(cè)跨過外殼供給至渦輪輪的背側(cè)的壓縮空氣來提供。此外，可以使用熱管來冷卻所述渦輪輪和葉片。此外，動(dòng)力路徑上可以使用扭矩軟化裝置?？梢砸允沟迷谶M(jìn)入外殼之前移除來自發(fā)動(dòng)機(jī)或推進(jìn)系的扭矩推動(dòng)而不損失所述能量的方式來使機(jī)軸能量或來自推進(jìn)系的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能穿過撓曲軸或推動(dòng)軟化裝置(彈簧加載或撓曲)。通過不用牽引驅(qū)動(dòng)上的扭矩峰值影響變速箱，降低峰值扭矩需求。通過消除這些扭矩峰值，牽引驅(qū)動(dòng)更可靠，這是因?yàn)闋恳枨笫芟抻谙到y(tǒng)上的最大扭矩。通過最小化牽引驅(qū)動(dòng)上的這些扭矩峰值，可以最小化所述牽引驅(qū)動(dòng)的尺寸和表面接觸面積。最小的表面接觸面積最大化所述系統(tǒng)的效率，并且仍可以實(shí)現(xiàn)傳輸連續(xù)動(dòng)力所需的扭矩?；蛘卟⑶腋鶕?jù)另一實(shí)施方案，可以使用在軸、傳送帶或吃了驅(qū)動(dòng)的適當(dāng)位置具有固定位移液壓泵的可變速牽引驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。這使得所述系統(tǒng)更易于封裝，這對(duì)于具有多個(gè)渦輪增壓器的非常大的發(fā)動(dòng)機(jī)而言尤其有用。在圖13中圖示的另一實(shí)施方案中，第二超級(jí)渦輪增壓器使用一個(gè)變速箱作為獲得較高壓力比率的方式，并且作為通過使用第二中間冷卻器獲得較冷的入口溫度的方式。這因兩個(gè)超級(jí)渦輪增壓器之間的固定速度比率而可能。第一超級(jí)渦輪增壓器1302具有進(jìn)氣導(dǎo)管1308并且壓縮從壓縮空氣導(dǎo)管1310供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣。排氣導(dǎo)管1314接收來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣來運(yùn)行第一超級(jí)渦輪增壓器1302的渦輪。排氣排出排氣出口導(dǎo)管1312。第一超級(jí)渦輪增壓器1302用傳動(dòng)齒輪1306耦合至第二超級(jí)渦輪增壓器1304。圖14A圖示使用兩個(gè)超級(jí)渦輪增壓器(諸如低壓超級(jí)渦輪增壓器1402和高壓超級(jí)渦輪增壓器1404)的執(zhí)行方案的另一實(shí)施方案的示意圖。標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)渦輪增壓器不善于在排氣閥第一次打開時(shí)重新獲得由汽缸產(chǎn)生的高壓脈沖。如圖14A中所示，為了改進(jìn)這個(gè)推動(dòng)壓力重新獲得，四個(gè)閥的發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓排氣閥口 1406、1408與低壓排氣閥口 1410、1412分離。高壓排氣口 1406、1408通過高壓排氣歧管1430導(dǎo)引至高壓渦輪1434，而低壓排氣口通過低壓排氣歧管1428導(dǎo)引至低壓渦輪1420。通過改變高壓排氣口 1406、1408中的閥時(shí)序，使得高壓排氣口 1406、1408上的閥首先打開并且開口朝向高壓渦輪1434，更好地重新獲得脈沖能量。高壓排氣口 1406、1408上的閥快速關(guān)閉，并且接著低壓排氣口 1410、1412 上的閥在排氣沖程的整段時(shí)期內(nèi)打開。低壓排氣口 1410、1412上的閥開口朝向低壓渦輪1420。這個(gè)過程減少了使汽缸排氣時(shí)活塞所需的工作。這個(gè)過程改進(jìn)待機(jī)燃料效率，或至少消除待機(jī)時(shí)的附加損失。高壓渦輪1434的出口還連接至低壓渦輪1420。催化型柴油顆粒過濾器(未示出)也可以布置在較低壓渦輪之前。同樣如圖14A中所示，EGR導(dǎo)管1438連接至高壓排氣歧管1430。EGR導(dǎo)管1438容許來自高壓排氣歧管1430的排氣的一部分通過冷卻器1440和EGR閥1442被導(dǎo)引回至入口歧管1444。通過EGR導(dǎo)管1438導(dǎo)引的來自高壓排氣歧管1430的排氣被導(dǎo)引至入口歧管1444用于排氣再循環(huán)的目的。流過排氣再循環(huán)導(dǎo)管1438的排氣協(xié)助降低燃燒腔室中的燃燒溫度，尤其是在冷卻器1440中冷卻之后。所述排氣含有濕氣和其他液體，其協(xié)助降低燃燒腔室的溫度來因此減少從發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放。再循環(huán)排氣的量由EGR閥1442控制。EGR閥1442可以(諸如通過使用節(jié)流閥)固定或可以取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的受監(jiān)測(cè)的NOx排放而改變。同樣如圖14A中所示，高壓空氣通過高壓壓縮器歧管1446從高壓壓縮器1432漏至入口歧管1444。因此，入口歧管1444保持由高壓壓縮器1432的輸出端所指示的預(yù)定高壓水平。為了使再循環(huán)氣體流過EGR導(dǎo)管1438，高壓歧管1430中的壓力必須高于入口歧管1444中的壓力，如由高壓壓縮器1432的輸出壓力所指示。如此，高壓排氣口 1406、1408中的閥在活塞的向下沖程期間足夠早地打開，這時(shí)剩余壓力仍存在于活塞中以在高壓排氣歧管1430中產(chǎn)生足夠的壓力來驅(qū)動(dòng)從高壓排氣歧管1430穿過EGR導(dǎo)管1438的排氣。如下文所公開，高壓排氣口 1406、1408中的閥在向下驅(qū)動(dòng)活塞的過程中存在少量能量損失的點(diǎn)打開。高壓閥的打開點(diǎn)早于底部死點(diǎn)，但超過機(jī)軸上活塞的最大扭矩點(diǎn)，這點(diǎn)上桿大致呈90°。這點(diǎn)發(fā)生在大約100°。扭矩量與桿的角的余弦值成比例，使得當(dāng)高壓閥打開時(shí)活塞越低，驅(qū)動(dòng)活塞時(shí)損失的能量就越少。然而，汽缸腔室中殘留足夠量的剩余壓力，這可在到達(dá)底部死點(diǎn)之前由高壓閥從汽缸腔室中排出，其可用以驅(qū)動(dòng)EGR導(dǎo)管1438中的排氣使其進(jìn)入高壓渦輪1434。通過使用高壓排氣口 1406、1408的高壓閥預(yù)先排氣所述汽缸，汽缸中的大量剩余壓力在打開低壓排氣口 1410、1412之前被排出。當(dāng)打開時(shí)，低壓排氣口 1410、1412能夠從汽缸排出大多數(shù)壓力。如此，汽缸中的剩余壓力用以導(dǎo)引排氣穿過EGR導(dǎo)管1438來降低NOx排放并且驅(qū)動(dòng)高壓渦輪1434，這為發(fā)動(dòng)機(jī)增加了額外動(dòng)力和效率。同樣如圖14A中所示，來自低壓排氣歧管的排氣用以驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器1402的低壓渦輪1420。由高壓渦輪1434排放的排氣與來自低壓排氣口 1410、1412的低壓排氣結(jié)合來驅(qū)動(dòng)低壓渦輪1420。來自低壓渦輪1420的排氣由排氣口 1436排出。低壓渦輪1420耦合至低壓壓縮器1418，低壓壓縮器1418壓縮預(yù)定量的入口空氣1422。導(dǎo)管1424將壓縮空氣從低壓壓縮器1418導(dǎo)引至高壓壓縮器1432的輸入端，高壓壓縮器1432用來進(jìn)一步壓縮1424中的加壓空氣來產(chǎn)生更高壓的壓縮空氣，所述更高壓的壓縮空氣由高壓壓縮器歧管1446導(dǎo)引至入口歧管1444。圖14B圖示14A中所示的實(shí)施方案的變更方案。如圖14B中所示，高壓排氣口1406、1408結(jié)合至耦合至高壓渦輪1434的高壓排氣歧管中。換句話說，來自高壓排氣歧管 1430的全部高壓排氣被施加至高壓渦輪1434來驅(qū)動(dòng)高壓渦輪1434，這接著驅(qū)動(dòng)高壓壓縮器1432。高壓壓縮器1432從低壓超級(jí)渦輪增壓器1402的壓縮入口空氣1422的低壓壓縮器1418接收導(dǎo)管1424中的壓縮空氣。高壓壓縮器1432的輸出通過高壓壓縮器歧管1446被供給至輸入歧管1444。低壓壓縮器1418由低壓渦輪1420驅(qū)動(dòng)，低壓渦輪1420由低壓排氣歧管1428中的低壓排氣驅(qū)動(dòng)，所述低壓排氣由低壓排氣口 1410、1412所排放。來自低壓渦輪1420的排氣通過排氣口 1436排出。驅(qū)動(dòng)高壓渦輪1434的來自高壓排氣歧管1430的高壓氣體耦合至排氣再循環(huán)(EGR)導(dǎo)管1426并且傳輸回至入口歧管1444。驅(qū)動(dòng)高壓渦輪1434的來自高壓排氣歧管1430的高壓氣體的壓力大體上不會(huì)降低并且具有足夠高的壓力來將來自EGR導(dǎo)管1426的排氣壓入入口歧管1444中。圖14B提供NOx氣體的最大減少，這是由于來自高壓排氣歧管1430的本質(zhì)上全部排氣都再循環(huán)至入口歧管1444。同樣如圖14B中所示，可以使用廢氣閥門1448來將高壓排氣從高壓排氣歧管1430旁通至EGR導(dǎo)管1426。有時(shí)高壓排氣可能太熱及/或可能提供處于會(huì)過度驅(qū)動(dòng)高壓渦輪1434的壓力下的排氣。在這種情況下，廢氣閥門1448可以打開來將高壓排氣的一部分從高壓排氣歧管1430直接供給至EGR導(dǎo)管1426。此外，可以增加EGR閥1450，其將EGR導(dǎo)管1426連接至低壓排氣歧管1428。如果足夠排氣量通過EGR導(dǎo)管1426供給，那么那些氣體的一部分可以通過EGR閥1450從EGR導(dǎo)管1426導(dǎo)引至低壓排氣歧管1428。接著，來自EGR導(dǎo)管1426的過多氣體可以用來運(yùn)作低壓渦輪1420來通過增加入口歧管壓力1444而給發(fā)動(dòng)機(jī)增加額外動(dòng)力。EGR閥1450的使用提供可以重新獲得再循環(huán)氣體來給發(fā)動(dòng)機(jī)增加額外動(dòng)力并且提高發(fā)動(dòng)機(jī)的操作效率的額外方式。圖14C圖示圖14A和圖14B的實(shí)施方案的另一修改方案。如圖14C中所示，入口空氣1422由低壓壓縮器1418壓縮。來自低壓壓縮器1418的壓縮空氣由導(dǎo)管1424供給入口歧管1444。同樣如圖14C中所示，不使用第二高壓渦輪并且全部再循環(huán)氣體從高壓排氣口 1406、1408通過EGR導(dǎo)管1426再循環(huán)至入口歧管1444。來自低壓排氣口 1410、1412的排氣結(jié)合至導(dǎo)管1428中來操作低壓渦輪1420。接著，在排氣口 1436處排出所述排氣。因此，來自高壓排氣口 1406、1408的全部向下吹的氣體被供給回至入口歧管1444來產(chǎn)生NOx氣體的較大減少。或者，EGR閥1450可以用來將EGR導(dǎo)管1426中的排氣的一部分導(dǎo)引至低壓排氣歧管1428，這給低壓渦輪1420增加了另外的動(dòng)力并且減少了 EGR導(dǎo)管1426中的再循環(huán)氣體量。EGR閥1450可以被調(diào)整來調(diào)整從EGR導(dǎo)管1426供給至低壓排氣歧管1428的排氣量。如果足夠排氣量在EGR導(dǎo)管1426中再循環(huán)來減少發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx輸出，那么這個(gè)過程可以有益。圖14D是頂部死點(diǎn)之后的閥升程、汽缸壓力和流速與活塞位置的曲線圖。如圖14D中所示，在活塞的整個(gè)沖程過程中，汽缸壓力1450在頂部死點(diǎn)之后穩(wěn)定降低。高壓閥1456的升程產(chǎn)生高壓流1452。高壓閥1456的升程發(fā)生約100°旋轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生從高壓排氣口1406、1408 (圖14A、圖14B和圖14C)排出的高壓流1452的較大向下喘振。曲線1454圖示低壓閥的升程。低壓閥升程在低壓排氣口 1410、1412中產(chǎn)生低壓流1458。因此，汽缸中的汽缸壓力1450進(jìn)一步降低。圖14E是活塞在汽缸中向下移動(dòng)并且接著向上移動(dòng)時(shí)汽缸壓力與汽缸容積的PV曲線圖。近零表示頂部死點(diǎn)，而I表示汽缸旋轉(zhuǎn)的底部死點(diǎn)。圖14E中示出兩條曲線。曲線1464表示不使用賴?yán)h(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸壓力與容積的曲線。曲線1462是圖示賴?yán)h(huán)裝置的汽缸壓力與汽缸容積的曲線，諸如圖14A至圖14C中所示。如圖14A至圖14C中所示，在點(diǎn)1466處，高壓閥在賴?yán)h(huán)裝置上打開，并且壓力降低。點(diǎn)1466、1470之間的區(qū) 域1468表示通過打開所述高壓閥而損失的能量。然而，如圖14E中所指出，在點(diǎn)1472處，賴?yán)h(huán)裝置中的壓力下降低于非賴?yán)h(huán)裝置中的壓力并且在到點(diǎn)1474的全程中保持低于所述非賴?yán)h(huán)裝置的壓力。在1472與點(diǎn)1474之間，汽缸中存在較小壓力，這造成當(dāng)汽缸從點(diǎn)1472移動(dòng)至點(diǎn)1474時(shí)汽缸上的較小的反壓力。點(diǎn)1472與1476之間由1478指示的賴?yán)h(huán)曲線1462與常規(guī)曲線1464之間的大量區(qū)域指示通過在較低壓力下汽缸中活塞的移動(dòng)而節(jié)約的能量。在替代實(shí)施方案中，超級(jí)渦輪增壓器可以用作為用于后處理的抽氣泵，以及用于發(fā)動(dòng)機(jī)并且消除僅用于燃燒爐的分離泵之需。在另一實(shí)施方案中，提供管理者(未示出)來防止過度加速，保持壓縮器免于喘振情況并且控制渦輪和壓縮器的最大效率。超級(jí)渦輪增壓器與常規(guī)渦輪增壓器相比是獨(dú)一無二的，這是因?yàn)闇u輪效率的峰值和壓縮器效率的峰值可以在相同速度下。為了給定升壓需求而控制這個(gè)峰值效率速度可以被模制并且編程在電子管理者中。致動(dòng)器可以提供管理，但電動(dòng)變速箱不需要致動(dòng)器。在另一實(shí)施方案中，用于超級(jí)渦輪增壓器的加油系統(tǒng)拉動(dòng)外殼內(nèi)的真空，并且因此減少高速組件的空氣動(dòng)力損失。在另一替代實(shí)施方案中，雙離合器超級(jí)渦輪增壓器包括自動(dòng)變速的手動(dòng)變速箱。這種變速箱非常平穩(wěn)地變速，這是因?yàn)槠湓趦啥松隙季哂须x合器。圖3C圖示可以有許多不同種類的變速箱。在另一實(shí)施方案中，使用用于變速箱和從渦輪軸的減速的牽引驅(qū)動(dòng)。使用滾珠軸承，牽引流體也作為潤滑劑。在超級(jí)增壓期間，系統(tǒng)改進(jìn)負(fù)載接收、減少煤煙排放、提供低端扭矩的高達(dá)30%的增加和峰值動(dòng)力的高達(dá)10%的增加。在渦輪組合期間，系統(tǒng)提供改進(jìn)的高達(dá)10%的燃料節(jié)約率并且控制反壓力。為了發(fā)動(dòng)機(jī)縮小化，系統(tǒng)提供容許發(fā)動(dòng)機(jī)小30%至50%的30%的更多低端扭矩、具有較低的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量以及17%或更多的改進(jìn)的車輛燃料節(jié)約率。圖15圖示用于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬BSFC改進(jìn)方案。催化劑、DPF或甚至燃燒爐加DPF也可以定位在超級(jí)渦輪增壓器的渦輪前方來將排氣加熱至比發(fā)動(dòng)機(jī)的熱度更高的溫度。更高的溫度使空氣膨脹，甚至進(jìn)一步使跨過渦輪的流率更高。這個(gè)熱量增加的大約22%可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭邕^超級(jí)渦輪增壓器的機(jī)械功，呈現(xiàn)80%的渦輪效率。供給至渦輪的較大量的排氣會(huì)減慢渦輪響應(yīng)并且甚至產(chǎn)生更大的渦輪遲滯，但超級(jí)渦輪增壓器用驅(qū)動(dòng)壓力響應(yīng)的牽引驅(qū)動(dòng)114和連續(xù)可變變速箱116克服這個(gè)問題。2009年7月24日申請(qǐng)的Van Dyne等人的題為《使用超級(jí)渦輪增壓器改進(jìn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率》(“Improving Fuel Efficiency for a Piston Engine Using aSuper-Turbocharger”)的國際專利申請(qǐng)No. PCT/US 2009/051742中公開使用催化式凈化器的類似技術(shù)，所述申請(qǐng)所公開和教示的內(nèi)容以引用的方式特別并入本文中。圖16是形成高效率、超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1600的一個(gè)實(shí)施方案的圖示的簡化單線圖。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以下描述了解，這種超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1600特別適用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和客車和商用車中所使用的一些火花點(diǎn)燃的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且因此本文討論的示例性實(shí)施例使用這一環(huán)境來有助于本發(fā)明的理解。然而，應(yīng)意識(shí)到系統(tǒng)1600的實(shí)施方案適用于其他操作環(huán)境，舉例而言，諸如陸基發(fā)電機(jī)和其它陸基發(fā)動(dòng)機(jī)，采用這些實(shí)施例應(yīng)為了說明而不是為了限制。如圖16中所示，超級(jí)渦輪增壓器1604包括渦輪1606、壓縮器1608和變速箱1610， 變速箱1610耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)1602的機(jī)軸1612或推進(jìn)系的其它部分。雖然所有實(shí)施方案中不需要，但圖16所示的實(shí)施方案還包括中間冷卻器1614來提高從壓縮器108供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)1602的空氣的密度來進(jìn)一步提高從發(fā)動(dòng)機(jī)1602可得的動(dòng)力。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。這個(gè)渦輪耦合至壓縮器，所述壓縮器壓縮供給至發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中的入口空氣。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)。如此，當(dāng)?shù)谝淮渭铀僦敝链嬖谧銐驘崤艢鈦硇D(zhuǎn)渦輪而為機(jī)械地耦合至渦輪的壓縮器供以動(dòng)力來產(chǎn)生足夠升壓時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)受升壓遲滯。為了最小化遲滯，通常使用較小及/或較輕的渦輪增壓器。輕量級(jí)的渦輪增壓器的較小慣性容許其非?？焖俚匦D(zhuǎn)，從而最小化性能上的遲滯。不幸地，這種較小及/或輕量級(jí)的渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)高速操作期間當(dāng)產(chǎn)生大量排氣流和溫度時(shí)可能超速。為了防止發(fā)生這種超速，典型的渦輪增壓器包括安裝在渦輪上游的排氣管中的廢氣閥門。所述廢氣閥門是當(dāng)壓縮器的輸出壓力超過預(yù)定極限值時(shí)轉(zhuǎn)移渦輪周圍的一些排氣的壓力操作閥。這個(gè)極限值設(shè)定在指示所述渦輪增壓器將要超速的壓力。不幸地，這導(dǎo)致浪費(fèi)了從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣可得的能量的一部分。應(yīng)意識(shí)到傳統(tǒng)的渦輪增壓器犧牲低端性能用于高端動(dòng)力，已開發(fā)已知為超級(jí)渦輪增壓器的裝置。2009年2月17日發(fā)布的題為《超級(jí)渦輪增壓器》(“Super-Turbocharger”)的美國專利No. 7，490，594中描述這種超級(jí)渦輪增壓器，這個(gè)專利所公開和教示的內(nèi)容以弓I用的方式特別并入本文中。如上文引用的申請(qǐng)中所討論，在超級(jí)渦輪增壓器中，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速操作期間當(dāng)不夠熱的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣無法用來驅(qū)動(dòng)渦輪時(shí)，壓縮器由耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸通過變速箱來驅(qū)動(dòng)。由所述發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)至所述壓縮器的機(jī)械能降低傳統(tǒng)渦輪增壓器所遭受的渦輪遲滯問題，并且容許使用較大或更效率的渦輪和壓縮器。圖16中所示的超級(jí)渦輪增壓器1604操作以從壓縮器1608供應(yīng)壓縮空氣至發(fā)動(dòng)機(jī)1602而不遭受傳統(tǒng)渦輪增壓器低端的渦輪遲滯問題并且不浪費(fèi)在高端從供應(yīng)至渦輪1606的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱量可得的能量。這些優(yōu)點(diǎn)因包括超級(jí)渦輪增壓器變速箱1610而提供，在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的各種操作模式期間，超級(jí)渦輪增壓器變速箱1610可以從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸1612提取動(dòng)力并且供應(yīng)動(dòng)力至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸1612來分別驅(qū)動(dòng)壓縮器1608和加載渦輪1606。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)的足夠的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)渦輪而遭受遲滯時(shí)，超級(jí)渦輪增壓器1604提供超級(jí)增壓行為，由此通過超級(jí)渦輪增壓器變速箱1610從機(jī)軸1612獲得動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)壓縮器1608而為發(fā)動(dòng)機(jī)1602提供足夠的升壓。當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到速度而且從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱量可得的動(dòng)力量足以驅(qū)動(dòng)渦輪1606時(shí)，通過變速箱1610從機(jī)軸1612獲得的動(dòng)力量減少。此后，渦輪1606繼續(xù)供應(yīng)動(dòng)力至壓縮器1608使其壓縮入口空氣而給發(fā)動(dòng)機(jī)1602所使用。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱量可得的動(dòng)力量增加至其中傳統(tǒng)渦輪增壓器中的渦輪1606會(huì)超速的點(diǎn)。然而，使用超級(jí)渦輪增壓器1604，由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱量提供至渦輪1606的過多的能量通過變速箱1610被導(dǎo)引至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸1612，同時(shí)使壓縮器1608保持在適當(dāng)速度來為發(fā)動(dòng)機(jī)1602供應(yīng)理想的升壓。從發(fā)動(dòng)機(jī)1602的排氣熱量可得的輸出動(dòng)力越大，通過變速箱1610被導(dǎo)引至機(jī)軸1612的由渦輪1606產(chǎn)生的動(dòng)力越多，同時(shí)保持從壓縮器1608可得的最佳升壓。渦輪1606通過變速箱1610的這個(gè)加載防止渦輪1606超速 并且最大化從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣提取的動(dòng)力的效率。如此，不需要傳統(tǒng)的廢氣閘門。雖然在傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓的應(yīng)用中可用以驅(qū)動(dòng)渦輪1606的動(dòng)力量嚴(yán)格受限于從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣可得的動(dòng)力量，但如果可以完全使用及/或可以增加供應(yīng)至渦輪葉片的熱能和質(zhì)量流，那么渦輪1606能夠產(chǎn)生明顯更多的動(dòng)力。然而，渦輪1606無法在特定溫度上操作而無損壞，而且質(zhì)量流傳統(tǒng)上受限于從發(fā)動(dòng)機(jī)1602出來的排氣。意識(shí)到這點(diǎn)，系統(tǒng)1600的實(shí)施方案通過在渦輪1606上游放置催化型柴油顆粒過濾器1616來保護(hù)渦輪1606免于高溫瞬變。在一個(gè)實(shí)施方案中，催化型柴油顆粒過濾器放置在渦輪上游接近排氣歧管，這實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)的持久高速或負(fù)載操作期間排氣溫度的增加的放熱反應(yīng)。使用催化型數(shù)字顆粒過濾器，可以從在催化型柴油顆粒過濾器1616上燃燒的煤煙、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸贾匦芦@得能量來為位于催化型數(shù)字顆粒過濾器1616下游的超級(jí)渦輪增壓器增加動(dòng)力?？梢詮木哂袔缀?00%煤煙收集率的非常有限的流通容量的傳統(tǒng)柴油顆粒過濾器或通過使用流通催化型數(shù)字顆粒過濾器來重新獲得能量。流通催化型數(shù)字顆粒過濾器是一種僅收集大約一半煤煙并且使另一半穿過的柴油顆粒過濾器。兩種數(shù)字顆粒過濾器都是催化型以便在適度低的溫度下燃燒具有排放物。數(shù)字顆粒過濾器的催化是通過為顆粒過濾器元件提供鉬涂層來確保煤煙、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸荚诘蜏叵氯紵鴮?shí)現(xiàn)。此外，可以使用柴油顆粒過濾器和燃燒器來使超級(jí)渦輪增壓器上游的數(shù)字顆粒過濾器的煤煙燒盡。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通常不具有足夠煤煙來需要柴油顆粒過濾器。然而，一些汽油直接注入發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生足夠煤煙和其它顆粒，因此使用顆粒過濾器可能有益，并且可以用本文所公開的方式來展開使用催化型柴油顆粒過濾器。為了在到達(dá)渦輪之前冷卻排氣，由壓縮器產(chǎn)生的壓縮空氣的一部分通過控制閥1618被直接供給至渦輪上游的排氣中，并且被添加至離開催化型柴油顆粒過濾器1616的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣。如下文更詳細(xì)地描述，較冷的入口空氣膨脹并且冷卻所述排氣并且為排氣流增加額外質(zhì)量，這為渦輪1606增加了額外動(dòng)力。當(dāng)更冷的空氣被提供至熱排氣來使到達(dá)渦輪1606的組合流的溫度保持處于最佳溫度時(shí)，輸送至所述渦輪葉片的能量和質(zhì)量流也增力口。這顯著增加了由所述渦輪供以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸的動(dòng)力。
為了不干擾超級(jí)渦輪增壓器1616中的化學(xué)反應(yīng)，壓縮器反饋空氣被添加至催化型柴油顆粒過濾器1616下游。在這一實(shí)施方案中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣穿過催化型柴油顆粒過濾器1616而且所述排氣的溫度因放熱反應(yīng)而升高。接著，所述壓縮器反饋空氣被添加并且膨脹使得供應(yīng)至所述渦輪的總質(zhì)量流增加。本發(fā)明的實(shí)施方案控制被供以冷卻排氣并且驅(qū)動(dòng)所述渦輪的壓縮反饋空氣量來確保較冷壓縮反饋空氣與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的組合以用于渦輪葉片操作的最佳溫度被輸送至所述渦輪。由于圖16中所示的催化型柴油顆粒過濾器1616具有比來自發(fā)動(dòng)機(jī)1602的排氣大的熱質(zhì)量，所以催化型柴油顆粒過濾器1616起初操作為熱節(jié)氣閥，其防止高溫?zé)岱宓竭_(dá)渦輪1606。然而，由于催化型柴油顆粒過濾器1616中的反應(yīng)本質(zhì)上是放熱的，所以離開催化型柴油顆粒過濾器1616的排氣溫度高于進(jìn)入催化型柴油顆粒過濾器1616的排氣溫度。只要進(jìn)入渦輪的排氣溫度保持低于渦輪1606的最大操作溫度，就不存在問題。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的持久高速和高負(fù)載操作期間，來自催化型柴油顆粒 過濾器1616的轉(zhuǎn)變排氣的排出溫度可以超過渦輪1606的最大操作溫度。如上文所述，排出催化型柴油顆粒過濾器1616的排氣溫度因通過反饋閥1618供應(yīng)來自壓縮器1608的壓縮空氣的一部分而降低，并且與排出催化型柴油顆粒過濾器1616的排氣混合。顯著改進(jìn)的燃料節(jié)約率通過在這類情況下不使用燃料作為冷卻劑而實(shí)現(xiàn)，如在傳統(tǒng)系統(tǒng)中所做。此外，變速箱的操作受控制來容許壓縮器1608供應(yīng)足夠的壓縮空氣量而為發(fā)動(dòng)機(jī)1602提供最佳升壓并且通過反饋閥1618提供壓縮反饋空氣至渦輪1606。因通過所述渦輪的壓縮空氣的增加的質(zhì)量流所引起的由渦輪1606產(chǎn)生的過多動(dòng)力通過變速箱1610被導(dǎo)引至機(jī)軸1612，仍然進(jìn)一步提高燃料效率。來自壓縮器1608的壓縮空氣的輸出溫度通常介于約200° C至300° C之間。傳統(tǒng)渦輪可以最佳操作來從大約950° C的氣體提取動(dòng)力，但不會(huì)更高而不扭曲或可能故障。因?yàn)闇u輪葉片的材料限制，在約950° C下達(dá)到最佳動(dòng)力。由于材料將排氣溫度限制至約950° C，所以在溫度極限值(例如950° C)下供應(yīng)更多空氣來增加跨過渦輪的質(zhì)量流提高了所述渦輪的性能。雖然在200° C至300° C的壓縮反饋空氣流有助于降低從催化型柴油顆粒過濾器1616出來的排氣溫度，但應(yīng)意識(shí)到當(dāng)溫度和質(zhì)量流被最大化而處于渦輪1606的熱極限值內(nèi)時(shí)可以供應(yīng)來自渦輪1606的最大動(dòng)力。如此，在一個(gè)實(shí)施方案中，反饋空氣量受控制使得排氣與反饋空氣的組合保持在渦輪的最高操作溫度下或接近所述最高操作溫度，因此最大化或顯著提高輸送至渦輪的動(dòng)力量。由于壓縮器1608通常不需要全部這些過多動(dòng)力來為1602供應(yīng)最佳升壓以及通過反饋閥1616供應(yīng)壓縮器反饋空氣，所以所述過多動(dòng)力可以通過變速箱1610被傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)1602的機(jī)軸1612，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)1602的總效率或動(dòng)力。如上文所討論，在一個(gè)實(shí)施方案中，壓縮器反饋空氣通過反饋閥1618的連接使用催化型柴油顆粒過濾器1616作為發(fā)動(dòng)機(jī)1602與渦輪1606之間的熱緩沖器。如此，來自所述壓縮器的空氣供應(yīng)被提供在催化型柴油顆粒過濾器1616的下游以便不中斷催化型柴油顆粒過濾器1616中的化學(xué)反應(yīng)。即，在使用催化型柴油顆粒過濾器1616的實(shí)施方案中，在催化型柴油顆粒過濾器1616上游供應(yīng)壓縮器反饋空氣會(huì)導(dǎo)致過多氧氣被供應(yīng)至催化型柴油顆粒過濾器1616，由此防止催化型柴油顆粒過濾器1616產(chǎn)生適當(dāng)操作所需的化學(xué)反應(yīng)。
由于當(dāng)壓縮器反饋空氣與渦輪葉片上的排氣的氣體混合物的溫度最大化(在渦輪自身的材料極限值內(nèi))時(shí)達(dá)到由渦輪1606產(chǎn)生的動(dòng)力的最佳效率，所以通過反饋閥1618進(jìn)入的壓縮器反饋空氣量受限制，以便不降低溫度使其顯著低于這個(gè)最佳溫度。因?yàn)榇呋筒裼皖w粒過濾器1616通過放熱反應(yīng)產(chǎn)生更多熱能而且來自催化型柴油顆粒過濾器1616的轉(zhuǎn)變排氣的溫度升高至渦輪1606的最大操作溫度以上的溫度，所以可通過反饋閥1618供應(yīng)更多壓縮器反饋空氣，所述壓縮器反饋空氣增加質(zhì)量流和供應(yīng)至渦輪1606的能量。因?yàn)橛纱呋筒裼皖w粒過濾器1616產(chǎn)生的熱能的量減少，所以由反饋閥1618供應(yīng)的壓縮器反饋空氣的量也會(huì)減少，以便避免供應(yīng)比所需更多的空氣，這導(dǎo)致在最佳操作條件下保持氣體混合物的溫度。在另一實(shí)施方案中，系統(tǒng)使用反饋閥1618用于將較冷壓縮器空氣供給回至低速高負(fù)載操作狀態(tài)下的渦輪前部的排氣中，以避免壓縮器的喘振。由于發(fā)動(dòng)機(jī)以慢rpm轉(zhuǎn)動(dòng)并且不需要太多入口空氣流，所以當(dāng)壓縮器壓力變高但發(fā)動(dòng)機(jī)中容許的質(zhì)量流為低時(shí)，發(fā)生壓縮器喘振。由跨過壓縮器葉片的低空氣流引起的壓縮器喘振(空氣動(dòng)力停轉(zhuǎn))造成壓縮器的效率非常迅速地下降。在常規(guī)渦輪增壓器的情況中，足夠的喘振會(huì)使渦輪停止旋轉(zhuǎn)。在超級(jí)渦輪增壓器的情況中，可使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸的動(dòng)力來推動(dòng)壓縮器使其喘振。打開反 饋閥1618容許壓縮空氣的一部分反饋在發(fā)動(dòng)機(jī)周圍。這個(gè)反饋流使壓縮器免于喘振并且容許更高的升壓到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)1602，由此容許發(fā)動(dòng)機(jī)1602產(chǎn)生比通常在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下可能產(chǎn)生的動(dòng)力更多的動(dòng)力。將壓縮空氣注入渦輪前部的排氣中保存通過壓縮器的總質(zhì)量流，因此全部流到達(dá)渦輪，這最小化了發(fā)動(dòng)機(jī)超級(jí)增壓至高升壓水平所需的動(dòng)力。在另一實(shí)施方案中，可以包括額外的冷啟動(dòng)控制閥1620用于在富發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間的操作。在這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間，來自發(fā)動(dòng)機(jī)1602的排氣通常包括過多未燃燃料。由于這個(gè)富混合物并非化學(xué)計(jì)量，所以催化型柴油顆粒過濾器1616不能充分減少排氣中的未燃碳?xì)浠衔?UHC)。在此期間，冷啟動(dòng)控制閥1620可以打開來提供壓縮器反饋空氣至催化型柴油顆粒過濾器1616的輸入端而供應(yīng)所需的額外氧氣來使富混合物下降至化學(xué)計(jì)量水平。這容許催化型柴油顆粒過濾器1616的重量更快地減輕并且更有效地降低冷啟動(dòng)活動(dòng)期間的排放。如果發(fā)動(dòng)機(jī)待機(jī)，那么常規(guī)渦輪增壓器不會(huì)有升壓來能夠供應(yīng)反饋空氣。然而，變速箱1610的變速比率可以被調(diào)整來給予壓縮器足夠的速度來產(chǎn)生空氣流過閥1620所需的壓力。如此，控制信號(hào)1624可以用來調(diào)整變速箱1610的比率使得在待機(jī)期間，尤其在冷啟動(dòng)期間可以由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸1612為壓縮器1608提供足夠的旋轉(zhuǎn)速度來壓縮足夠的空氣使其流過冷啟動(dòng)閥1620并且用足夠的氧氣量點(diǎn)燃催化型柴油顆粒過濾器1616。在冷啟動(dòng)活動(dòng)中額外氧氣的需求通常受限，并且通常僅持續(xù)30秒至40秒。許多車輛通常包括分離抽氣泵而在冷啟動(dòng)活動(dòng)期間供應(yīng)氧氣，與這種抽氣泵操作所需的受限時(shí)間量相比，需要大量成本和重量。通過用簡單的冷啟動(dòng)控制閥1620代替分離抽氣泵，實(shí)現(xiàn)了大量的成本節(jié)約、重量節(jié)約和復(fù)雜性節(jié)約。因?yàn)槌?jí)渦輪增壓器1604可以通過變速箱1610控制壓縮器1608的速度，所以冷啟動(dòng)控制閥1620可以包括簡單的開/關(guān)閥。接著，可以通過變速箱1610在控制信號(hào)1624的操作下控制壓縮器1608的速度來控制在冷啟動(dòng)活動(dòng)期間供應(yīng)的空氣量。如果燃料用作為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)及/或用于催化型柴油顆粒過濾器1616的冷卻劑而不管對(duì)燃料效率的負(fù)面影響，那么冷啟動(dòng)控制閥1620還可以在極高溫度操作期間使用。在這種情況下，冷啟動(dòng)控制閥1620將能夠供應(yīng)所需額外氧氣來使富排氣下降回至化學(xué)計(jì)量水平而容許催化型柴油顆粒過濾器1616適當(dāng)?shù)販p少排氣中未燃碳?xì)浠衔锱欧?。這為先前系統(tǒng)上的環(huán)境提供巨大好處。在其中冷啟動(dòng)控制閥1620時(shí)開/關(guān)閥的實(shí)施方案中，系統(tǒng)可以調(diào)制冷啟動(dòng)控制閥1620來改變供應(yīng)的壓縮空氣量，以便使排氣下降至化學(xué)計(jì)量水平。其它種類的可變流動(dòng)控制閥也可以用來完成相同功能。圖16還公開控制器1640?？刂破?640控制反饋閥1618和冷啟動(dòng)閥1620的操作?？刂破?640操作以最佳化不同狀況下流過反饋閥1618的空氣量。如上文描述，流過反饋閥1618的空氣量是獲得特殊所需狀況所需要的最小空氣流量。存在兩種其中控制器1640操作反饋閥1618的特殊狀態(tài)，所述狀況是I)對(duì)于給定升壓需求的壓縮器的喘振極限近似于發(fā)動(dòng)機(jī)的低rpm、高負(fù)載；和2)氣體混合物的溫度近似于進(jìn)入高rpm高負(fù)載狀況下的渦輪1606。 如圖16中所示，控制器1640從溫度傳感器1638接收氣體混合物溫度信號(hào)1630，溫度傳感器1638檢測(cè)從壓縮器1608供應(yīng)的冷卻空氣與由催化型柴油顆粒過濾器1616產(chǎn)生的熱排氣混合的氣體混合物的溫度。此外，控制器1640檢測(cè)由壓力傳感器1636產(chǎn)生的壓縮空氣入口壓力信號(hào)1632，壓力傳感器1636布置在從壓縮器1608供應(yīng)的壓縮空氣的導(dǎo)管中。此外，從發(fā)動(dòng)機(jī)1602或節(jié)流閥供應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)1626和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1628被供給至控制器1640。關(guān)于在高速、高負(fù)載狀況下控制供應(yīng)至渦輪1606的氣體混合物的溫度，控制器1640將氣體混合物的溫度限制至最大化渦輪1606的操作的溫度，而不會(huì)高得損壞渦輪1606的機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，大約925° C的溫度是氣體混合物操作渦輪1606的最佳溫度。一旦供給至渦輪1606的氣體混合物的溫度開始超過900° C，那么反饋閥1618打開以容許來自從壓縮器1608的壓縮空氣在穿入渦輪1606之前冷卻來自催化型柴油顆粒過濾器1616的熱排氣。控制器1640可以被設(shè)計(jì)以大約925° C的溫度為目標(biāo)，上界限為950° C而且下界限為900° C。950° C的極限值是使用傳統(tǒng)材料可能發(fā)生對(duì)渦輪1606的損壞的溫度。當(dāng)然，取決于渦輪1606中使用的組件和材料的特殊種類，所述控制器可以被設(shè)計(jì)用于其它溫度?？刂破?640中可以使用傳統(tǒng)比例積分微分(PID)控制邏輯裝置來產(chǎn)生這些受控結(jié)果。控制進(jìn)入渦輪1606的氣體混合物的溫度的好處在于消除在排氣中使用燃料來限制氣體混合物的渦輪入口溫度。使用較冷壓縮空氣流來冷卻來自催化型柴油顆粒過濾器1616的熱排氣需要大量空氣，這包含大質(zhì)量來達(dá)到氣體混合物的所需較冷溫度。冷卻來自催化型柴油顆粒過濾器1616的熱排氣所需的空氣量很大，這是因?yàn)閬碜詨嚎s器1608的較冷壓縮空氣并非良好的冷卻劑，尤其是與注入排氣的液體燃料相比時(shí)。來自催化型柴油顆粒過濾器1616的輸出端的熱排氣造成來自壓縮器1608的較冷壓縮氣體膨脹以產(chǎn)生氣體混合物。由于來自壓縮器1608的大質(zhì)量的較冷壓縮空氣需要降低來自催化型柴油顆粒過濾器1616的熱排氣的溫度，所以大質(zhì)量的氣體混合物流流過渦輪1606，這大大提高了渦輪1606的輸出。渦輪動(dòng)力因由質(zhì)量流減去壓縮流過反饋閥1618的壓縮空氣所需的功的微分產(chǎn)生的動(dòng)力差而提高。通過從溫度傳感器1638獲得氣體混合物溫度信號(hào)1630并且通過反饋閥1618控制壓縮空氣的添加，便不會(huì)超過最大溫度。
控制器1640還控制反饋閥1618來限制壓縮器1608中的喘振。喘振極限是隨著升壓、通過壓縮器的空氣流和壓縮器1608的設(shè)計(jì)改變而改變的界限。當(dāng)入口空氣1622流為低并且入口空氣1622與壓縮空氣之間的壓力比為高時(shí)，渦輪增壓器中通常使用的壓縮器(例如壓縮器1608)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(rpm) 1626為低時(shí)，入口空氣1622流為低。在低rpm下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1602不大量使用壓縮空氣時(shí)，入口空氣1622的質(zhì)量流為低而且因?yàn)樾D(zhuǎn)壓縮器1608無法在無合理的入口空氣1622流的情況下將空氣推至高壓導(dǎo)管中而發(fā)生喘振。反饋閥1618容許穿過壓縮空氣導(dǎo)管1609的流并且防止或減少壓縮器1608中的喘振。一旦壓縮器1608中發(fā)生喘振，那么無法保持壓縮空氣導(dǎo)管1609中的壓力。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的低rpm、高負(fù)載操作狀態(tài)下，壓縮空氣導(dǎo)管1609中的壓縮空氣的壓力可下降低于所需水平。通過打開反饋閥1618，增加穿過壓縮器1608的入口空氣1622流，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的低rpm、高負(fù)載操作狀態(tài)下，這容許在壓縮空氣導(dǎo)管1609中達(dá)到所需升壓水平。反饋閥1618可以被簡單地打開直至壓縮空氣導(dǎo)管1609中達(dá)到所需壓力。然而，通過簡單地檢測(cè)壓縮空氣導(dǎo)管1609中的升壓，在打開反饋閥1618使壓縮器1608免于喘振狀態(tài)之前將發(fā)生喘振。然而，優(yōu)選的是在發(fā)生喘振狀態(tài)之前測(cè)定喘振極限并且預(yù)先打開反饋閥1618。對(duì) 于給定rpm和所需升壓水平，可以測(cè)定喘振極限。反饋閥1618可以在壓縮器1608達(dá)到計(jì)算喘振極限之前開始打開。早先打開所述閥容許壓縮器更快地向上繞轉(zhuǎn)至更高的升壓，這是因?yàn)樗鰤嚎s器更接近于壓縮器操作參數(shù)的較高效率點(diǎn)。接著可實(shí)現(xiàn)低rpm下上升的快速升壓。通過在發(fā)生喘振之前打開所述閥，還可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。以一種使得改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1602的響應(yīng)的方式打開反饋閥1618時(shí)通過容許當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1602處于較低rpm時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)1602更快速地達(dá)到更高升壓來實(shí)現(xiàn)。壓縮器1608也更有效，這造成變速箱1610用較少的功實(shí)現(xiàn)超級(jí)增壓。喘振極限控制可以被模制在基于控制模擬代碼的標(biāo)準(zhǔn)模式中，例如MATLAB。以這種方式模制將容許控制器1640的模擬和控制器1640的運(yùn)算法則的自動(dòng)編碼。如上文描述的基于控制系統(tǒng)的模式是唯一的，因?yàn)槭褂米兯傧?610來控制渦輪1606的旋轉(zhuǎn)和壓縮器1608產(chǎn)生升壓而無渦輪遲滯。換句話說，變速箱1610可以從機(jī)軸1612提取旋轉(zhuǎn)能來驅(qū)動(dòng)壓縮器1608而非?？焖俨⑶以跍u輪1606產(chǎn)生足夠機(jī)械能來以這個(gè)所需水平驅(qū)動(dòng)壓縮器108之前在壓縮空氣導(dǎo)管1609中達(dá)到所需升壓。以此方式，減少或消除傳統(tǒng)渦輪增壓器中減少遲滯的控制件?；诳刂破?640的控制的模式應(yīng)被設(shè)計(jì)來使壓縮器1608的最佳效率保持在壓縮器108的操作參數(shù)內(nèi)?？刂破?640的控制模式還應(yīng)仔細(xì)地模制壓力操作參數(shù)，其繪制為對(duì)比其中目標(biāo)速度和負(fù)載可相對(duì)于車輛節(jié)流閥的位置所界定的給定目標(biāo)速度和負(fù)載的發(fā)動(dòng)機(jī)所容許的質(zhì)量流。如圖16中所示，發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)1626可以從發(fā)動(dòng)機(jī)1602獲得并且施加至控制器1640。類似地，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1628可以從發(fā)動(dòng)機(jī)1602獲得并且施加至控制器1640?；蛘?，這些參數(shù)可以從位于發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥(未示出)上的傳感器獲得。接著，反饋閥1618可以響應(yīng)由控制器1640產(chǎn)生的控制信號(hào)1642而操作。壓力傳感器1636產(chǎn)生施加至控制器1640的壓縮空氣入口壓力信號(hào)1632，控制器1640響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)1626、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1628和壓縮空氣入口壓力信號(hào)1632來計(jì)算控制信號(hào)1642。在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的操作狀態(tài)期間，其中壓縮器1608不接近喘振極限并且如由溫度傳感器1638所檢測(cè)并未達(dá)到氣體混合物的溫度，反饋閥1618關(guān)閉時(shí)的系統(tǒng)作為傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓的系統(tǒng)來工作。這發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的大部分操作參數(shù)上。當(dāng)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)1602的高負(fù)載和低rpm狀態(tài)時(shí),反饋閥1618打開來防止喘振。類似地,在發(fā)動(dòng)機(jī)1602的高rpm、高負(fù)載操作狀態(tài)下，在催化型柴油顆粒過濾器1616的輸出端的排氣中產(chǎn)生高溫，因此反饋閥1618必須打開來使施加至渦輪1606的燃料混合物的溫度降低至低于會(huì)對(duì)渦輪1606造成損壞的溫度。圖17是圖16中所示的高效超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1600的實(shí)施方案的詳圖。如圖17中所示，發(fā)動(dòng)機(jī)1602包括如上文關(guān)于圖16所描述已被修改的超級(jí)渦輪增壓器來提供比傳統(tǒng)超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)更高的總效率，以及提供低rpm、高負(fù)載操作狀態(tài)中的高、最佳效率和高rpm、高負(fù)載狀態(tài)下的高、最佳效率。超級(jí)渦輪增壓器包括由軸機(jī)械地連接至壓縮器1608的渦輪1606。壓縮器1608壓縮入口空氣1622并且將壓縮入口空氣供應(yīng)至導(dǎo)管1704。導(dǎo)管1704連接至反饋閥1618和中間冷卻器1614。如上文所公開，中間冷卻器1614用來冷卻在壓縮過程期間變熱的壓縮空氣。中間冷卻器1614連接至壓縮空氣導(dǎo)管1726，壓縮空氣導(dǎo)管1726接著連接至發(fā)動(dòng)機(jī)1602的入口歧管(未示出)。壓力傳感器1636連接至 壓縮空氣導(dǎo)管1704來檢測(cè)壓力并且通過施加至控制器1640的壓縮空氣壓力信號(hào)1632供應(yīng)壓力讀數(shù)。如上文所公開，反饋閥1618受控于由控制器1640產(chǎn)生的控制器反饋閥控制信號(hào)1642。在某些操作狀態(tài)下，反饋閥1618打開來將壓縮空氣從壓縮空氣導(dǎo)管1704供應(yīng)至混合腔室1706。如圖17的實(shí)施方案中所示，混合腔室1706簡單地包括由壓縮空氣導(dǎo)管1704包圍的催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管1708中的一系列開口 1702，使得從壓縮空氣導(dǎo)管1704供應(yīng)的壓縮空氣穿過開口 1702來與催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管1708中的排氣混合?？梢允褂萌魏嗡璺N類的混合腔室來混合較冷壓縮空氣與排氣而降低所述排氣的溫度。溫度傳感器1638位于催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管1708中。溫度傳感器1638供應(yīng)氣體混合物溫度信號(hào)1630至控制器1640，控制器1640控制反饋閥1618來確保催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管208中的排氣的溫度不超過會(huì)對(duì)渦輪1606造成損壞的最大溫度。催化型柴油顆粒過濾器1616通過催化型柴油顆粒過濾器入口導(dǎo)管1714連接至排氣歧管1710。通過將催化型柴油顆粒過濾器1616定位為接近排氣歧管1710，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣直接流至催化型柴油顆粒過濾器1616中，這有助于啟動(dòng)催化型柴油顆粒過濾器1616。換句話說，催化型柴油顆粒過濾器1616接近發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的出口的最近位置不容許所述排氣在進(jìn)入催化型柴油顆粒過濾器1616之前實(shí)質(zhì)上冷卻，這提高了催化型柴油顆粒過濾器1616的性能。當(dāng)所述排氣穿過催化型柴油顆粒過濾器1616時(shí)，催化型柴油顆粒過濾器1616為所述排氣增加額外熱量。催化型柴油顆粒過濾器1616的輸出端的這些非常熱的排氣被供應(yīng)至催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管208并且在混合腔室1706中用來自壓縮空氣導(dǎo)管1704的壓縮入口空氣冷卻。取決于在催化型柴油顆粒過濾器1616的輸出端產(chǎn)生的非常熱的排氣的溫度，其根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1602的操作狀態(tài)而改變，在高速、高負(fù)載狀態(tài)期間不同量的壓縮入口空氣將被添加至所述排氣中。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1618也用以容許入口空氣流過壓縮器來避免喘振。喘振類似于壓縮器葉片的空氣動(dòng)力停轉(zhuǎn)，這由于在發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)期間穿過壓縮器的低流狀態(tài)而發(fā)生。但發(fā)生喘振時(shí)，入口歧管(未示出)中的壓力下降，這是因?yàn)閴嚎s器1608無法壓縮入口空氣。通過由于打開反饋閥1618而容許空氣流過壓縮器1608，可以保持入口歧管中的壓力，使得當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下需要高扭矩時(shí)，所述高扭矩可以由于高入口歧管壓力而得以實(shí)現(xiàn)。如上文所公開，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、高負(fù)載狀態(tài)下操作時(shí)，催化型柴油顆粒過濾器1616造成被供應(yīng)至催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管1708的排氣中產(chǎn)生大量熱量。通過供應(yīng)壓縮、較冷的入口空氣至催化型柴油顆粒過濾器輸出導(dǎo)管1708，高速、高負(fù)載狀態(tài)下的熱排氣被冷卻。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載和速度提高時(shí)，產(chǎn)生更熱的氣體并且需要來自導(dǎo)管1704的更多壓縮空氣。如果渦輪1606不提供足夠旋轉(zhuǎn)能來驅(qū)動(dòng)壓縮器，諸如在低速、高負(fù)載狀態(tài)下，那么發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸1612可以通過驅(qū)動(dòng)帶1722、驅(qū)動(dòng)滑輪1718、軸1724、連續(xù)可變變速箱1716和變速箱1728供應(yīng)旋轉(zhuǎn)能至壓縮器1608。再者，可以使用推進(jìn)系的任何部分來供應(yīng)旋轉(zhuǎn)能至壓縮器1608，并且圖17公開根據(jù)一個(gè)公開實(shí)施方案的一個(gè)執(zhí)行方案。同樣如圖17中所示，冷啟動(dòng)閥1620也連接至壓縮空氣導(dǎo)管1704，接著壓縮空氣導(dǎo)管1704連接至冷啟動(dòng)導(dǎo)管1712。冷啟動(dòng)導(dǎo)管1712連接至在催化型柴油顆粒過濾器1616上游的催化型柴油顆粒過濾器入口導(dǎo)管1714。如上文所公開，冷啟動(dòng)閥的目的是在啟動(dòng)狀 態(tài)下提供壓縮入口空氣至催化型柴油顆粒過濾器1616的輸入端。在啟動(dòng)狀態(tài)下，在催化型柴油顆粒過濾器1616達(dá)到全操作溫度之前，通過冷啟動(dòng)導(dǎo)管1712提供額外氧氣來開始催化過程。通過冷啟動(dòng)導(dǎo)管1712提供的所述額外氧氣有助于催化過程的開始。控制器1640響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)1626、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載信號(hào)1628和氣體混合物溫度信號(hào)1630通過控制器冷啟動(dòng)閥控制信號(hào)1644來控制冷啟動(dòng)閥1620。因此，高效、超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)1600以類似于超級(jí)渦輪增壓器的方式操作，除了反饋閥1618由于兩個(gè)原因?qū)嚎s空氣的一部分從壓縮器供應(yīng)至渦輪的輸入端之外。一個(gè)原因是在排氣進(jìn)入渦輪之前冷卻所述排氣使得在高速、高負(fù)載狀態(tài)下可以使用所述排氣的全部能量并且不需要廢氣閘門。另一個(gè)原因是提供穿過壓縮器的空氣流來防止低rpm、高負(fù)載狀態(tài)下的喘振。此外，在排氣到達(dá)渦輪之前，催化型柴油顆粒過濾器可以連接在排氣流中，使得由催化型柴油顆粒過濾器1616產(chǎn)生的熱量可以用來驅(qū)動(dòng)渦輪1606，并且使與來自催化型柴油顆粒過濾器1616的熱氣體混合的壓縮入口空氣膨脹，這大大提高了系統(tǒng)的效率。此外，冷啟動(dòng)閥1620可以用來通過在啟動(dòng)狀態(tài)期間提供氧氣至排氣而開始催化型柴油顆粒過濾器1616中的催化過程。因此，公開一種使用具有固定比率的高速牽引驅(qū)動(dòng)的唯一的超級(jí)渦輪增壓器，所述固定比率將渦輪/壓縮器軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械速度降低至可由在推進(jìn)系與渦輪/壓縮器軸之間耦合能量的連續(xù)可變變速箱使用的rpm水平。所述超級(jí)渦輪增壓器設(shè)計(jì)的唯一性在于變速箱布置在系統(tǒng)內(nèi)。所述連續(xù)可變變速箱布置在超級(jí)渦輪增壓器外殼的下部分內(nèi)。連續(xù)可變變速箱1116提供在超級(jí)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能所需的無級(jí)可變速度t匕。任一齒輪連續(xù)可變變速箱可以用作為連續(xù)可變變速箱1116或可以使用牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱。因此，牽引驅(qū)動(dòng)可以用于高速牽引驅(qū)動(dòng)114和連續(xù)可變變速箱1116兩者。已為說明和描述的目的呈現(xiàn)本發(fā)明的前述描述。并非意欲詳盡或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開的準(zhǔn)確形式，而且根據(jù)上述教示可以有其他修改和變更。實(shí)施方案是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和其實(shí)踐應(yīng)用而選擇和描述，由此能夠讓本領(lǐng)域其他技術(shù)人員以適于預(yù)期的特殊用途的各種實(shí)施方案和各種修改方案最好地使用本發(fā)明。隨附權(quán)利要求意欲被解釋為除了受限于先前技術(shù)的范圍，還包括本發(fā)明的其它替代實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)渦輪增壓器，其包括 渦輪，其由通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣焓產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能； 壓縮器，其壓縮吸入空氣并且響應(yīng)由所述渦輪產(chǎn)生的所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能和從所述發(fā)動(dòng)機(jī)傳送的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能將壓縮空氣供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)； 軸，其具有連接至所述渦輪和所述壓縮器的端部，以及具有軸牽引表面的中心部； 牽引驅(qū)動(dòng)，其布置在所述軸的所述中心部周圍，所述牽引驅(qū)動(dòng)包括 多個(gè)行星滾筒，其具有多個(gè)行星滾筒牽引表面，所述行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面界接使得所述多個(gè)行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面之間存在多個(gè)第一牽引界面； 環(huán)形滾筒，其由所述多個(gè)行星滾筒通過多個(gè)第二牽引界面來旋轉(zhuǎn)； 連續(xù)可變變速箱，其機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)和所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其將渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述發(fā)動(dòng)機(jī)并且在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作速度下將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述超級(jí)渦輪增壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述連續(xù)可變變速箱包括牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述連續(xù)可變變速箱包括行星滾珠軸承牽弓I驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述牽引驅(qū)動(dòng)包括具有至少兩個(gè)行星滾筒的行星牽引驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述行星牽引驅(qū)動(dòng)具有至少三個(gè)行星滾筒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述行星牽引驅(qū)動(dòng)具有其上安裝有所述行星滾筒的行星載體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述行星牽引驅(qū)動(dòng)具有多徑行星滾筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述環(huán)形滾筒具有環(huán)形滾筒牽引表面，所述環(huán)形滾筒牽引表面與所述多個(gè)行星滾筒牽引表面界接以建立所述多個(gè)第二牽引界面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級(jí)渦輪增壓器，其中所述環(huán)形滾筒具有與直徑小于所述多個(gè)行星滾筒牽引表面的多個(gè)額外的行星滾筒牽引表面界接來建立所述多個(gè)第二牽引界面的環(huán)形滾筒牽引表面。
10.一種在超級(jí)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的方法，其包括 由通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣焓在渦輪中產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能； 使用壓縮器壓縮吸入空氣來響應(yīng)由所述渦輪產(chǎn)生的所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能和由所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能將壓縮空氣供應(yīng)至所述發(fā)動(dòng)機(jī)； 提供軸，其具有連接至所述渦輪和所述壓縮器的端部，以及具有軸牽引表面的中心部; 將牽引驅(qū)動(dòng)機(jī)械地耦合至所述軸的所述軸牽引表面； 放置多個(gè)行星滾筒的多個(gè)行星滾筒牽引表面使其接觸所述軸牽引表面使得在所述多個(gè)行星滾筒牽引表面與所述軸牽引表面之間建立多個(gè)第一牽引界面； 放置環(huán)形滾筒使其接觸所述多個(gè)行星滾筒使得在所述多個(gè)行星滾筒與所述環(huán)形滾筒之間建立多個(gè)第二牽引界面； 將連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)和所述發(fā)動(dòng)機(jī)而在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作速度下將所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述發(fā)動(dòng)機(jī)并且在所述壓縮器和所述渦輪的操作速度下將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳送至所述軸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述超級(jí)渦輪增壓器與所述發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的所述過程包括通過至少一個(gè)機(jī)械裝置傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過至少一個(gè)機(jī)械裝置傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的所述過程包括通過車輛的變速箱來傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過至少一個(gè)機(jī)械裝置傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的所述過程包括傳送旋轉(zhuǎn)機(jī)械能至車輛的推進(jìn)系。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中放置所述環(huán)形滾筒使其接觸所述多個(gè)行星滾筒的所述過程包括 放置所述環(huán)形滾筒的環(huán)形滾筒牽引表面使其接觸所述多個(gè)行星滾筒牽引表面來建立所述多個(gè)第二牽引界面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中放置所述環(huán)形滾筒使其接觸所述多個(gè)行星滾筒的所述過程包括 放置所述環(huán)形滾筒的環(huán)形滾筒牽引表面使其接觸直徑小于所述多個(gè)行星滾筒牽引表面的多個(gè)額外的行星滾筒牽引表面來建立所述多個(gè)第二牽引界面。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)的所述過程包括 將牽弓I驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽弓I驅(qū)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將牽引驅(qū)動(dòng)的連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽引驅(qū)動(dòng)的所述過程包括 將行星滾珠軸承的連續(xù)可變變速箱機(jī)械地耦合至所述牽弓I驅(qū)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將牽引驅(qū)動(dòng)機(jī)械地耦合至所述軸牽引表面的所述過程包括 機(jī)械地耦合具有至少三個(gè)多徑行星滾筒的行星牽引驅(qū)動(dòng)。
19.一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口； 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸； 用來自所述高壓排氣口的高壓排氣的至少第一部分驅(qū)動(dòng)高壓超級(jí)渦輪增壓器； 將來自所述高壓排氣口的所述高壓排氣的至少第二部分提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器； 將來自所述低壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述高壓壓縮器的空氣輸入端； 在預(yù)定壓力下，將來自所述高壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得所述高壓排氣的所述第二部分貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其還包括 使用閥控制所述高壓排氣的所述第二部分相對(duì)于所述高壓排氣的所述第一部分的所述量，所述閥布置在將所述高壓排氣的所述第二部分提供至所述入口歧管的導(dǎo)管中。
21.一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口； 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸； 用來自所述高壓排氣口的高壓排氣驅(qū)動(dòng)高壓超級(jí)渦輪增壓器； 用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器； 將來自所述低壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述高壓壓縮器的空氣輸入端；在預(yù)定壓力下，將來自所述高壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 將來自所述高壓超級(jí)渦輪增壓器的輸出端的所述高壓排氣引導(dǎo)至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得來自所述高壓超級(jí)渦輪增壓器的所述輸出端的所述高壓排氣貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其還包括 將來自所述高壓超級(jí)渦輪增壓器的所述輸出端的所述高壓排氣的一部分提供至所述低壓排氣來協(xié)助驅(qū)動(dòng)所述低壓超級(jí)渦輪增壓器。
23.一種利于超級(jí)渦輪增壓的內(nèi)燃機(jī)中的排氣再循環(huán)的方法，其包括 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第一預(yù)定尺寸的高壓排氣口； 在所述內(nèi)燃機(jī)中提供第二預(yù)定尺寸的低壓排氣口，所述第二預(yù)定尺寸實(shí)質(zhì)上大于所述第一預(yù)定尺寸； 將來自所述高壓排氣口的高壓排氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 用來自所述低壓排氣口的低壓排氣驅(qū)動(dòng)低壓超級(jí)渦輪增壓器； 在預(yù)定壓力下，將來自所述低壓壓縮器的輸出端的壓縮空氣提供至所述內(nèi)燃機(jī)的入口歧管； 當(dāng)所述高壓排氣口中的壓力大于所述預(yù)定壓力時(shí)打開所述高壓排氣口使得所述高壓排氣的所述第二部分貫通所述內(nèi)燃機(jī)再循環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其還包括 將所述高壓排氣的一部分提供至所述低壓排氣來協(xié)助驅(qū)動(dòng)所述低壓超級(jí)渦輪增壓器。
25.—種改進(jìn)超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的效率的方法，其包括 提供發(fā)動(dòng)機(jī)； 提供催化型柴油顆粒過濾器，其連接至接近所述發(fā)動(dòng)機(jī)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)接收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的排氣口，所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣激活所述催化型柴油顆粒過濾器中的放熱反應(yīng)，所述放熱反應(yīng)為所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣增加額外的能量并且在所述催化型柴油顆粒過濾器的輸出端產(chǎn)生比所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更熱的催化型排氣； 使用壓縮器提供壓縮空氣流至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的入口； 在處于所述催化型柴油顆粒過濾器下游的混合腔室中將所述壓縮空氣的一部分與所述催化型排氣混合來產(chǎn)生所述催化型排氣與所述壓縮空氣的氣體混合物； 使用控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入所述混合腔室的所述壓縮空氣的所述流來使所述氣體混合物保持低于最大溫度，并且在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相位期間當(dāng)所述壓縮器中否則會(huì)發(fā)生喘振時(shí)使所述壓縮空氣流保持穿過所述壓縮器； 響應(yīng)所述氣體混合物流將所述氣體混合物供應(yīng)至產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的渦輪； 將所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能從所述渦輪傳輸至所述壓縮器，當(dāng)穿過所述渦輪的所述氣體混合物的所述流足以驅(qū)動(dòng)所述壓縮器時(shí)，所述壓縮器使用所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能壓縮空氣源來產(chǎn)生所述壓縮空氣； 從所述渦輪提取所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的至少一部分并且在不需要來自所述渦輪的所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的所述部分來使所述壓縮器運(yùn)行時(shí)將所述渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的所述部分施加至推進(jìn)系； 當(dāng)穿過所述渦輪的所述氣體混合物的所述流不足以驅(qū)動(dòng)所述壓縮器時(shí)，將來自所述推進(jìn)系的推進(jìn)系旋轉(zhuǎn)機(jī)械能提供至所述壓縮器來防止渦輪遲滯。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述氣體混合物的所述最大溫度低于所述氣體混合物否則會(huì)對(duì)所述渦輪造成損壞的溫度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述氣體混合物的所述最大溫度低于約950°C。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)的所述效率通過不使用廢氣閥門來排出所述氣體混合物的過多氣體來得以改進(jìn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中從所述渦輪提取過多渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能并且將來自所述推進(jìn)系的推進(jìn)系旋轉(zhuǎn)機(jī)械能提供至所述壓縮器的所述過程包括 使用在所述推進(jìn)系與連接所述渦輪與所述壓縮器的軸之間耦合所述過多渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能與所述推進(jìn)系旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的變速箱。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相位期間維持所述壓縮空氣流的所述過程包括 當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)低速操作并且需要高扭矩時(shí)，通過打開所述反饋閥來減少喘振使所述壓縮空氣流保持穿過所述壓縮器。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中在混合腔室中混合所述壓縮空氣與所述催化型排氣的所述過程包括 在連接至壓縮空氣導(dǎo)管的排氣導(dǎo)管中提供至少一個(gè)開口使得所述壓縮空氣流過所述至少一個(gè)開口并且與所述排氣導(dǎo)管中的所述更熱的排氣混合。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其還包括 在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)期間混合所述壓縮空氣的一部分與處于所述催化型柴油顆粒過濾器上游的所述排氣來提供氧氣至所述催化型柴油顆粒過濾器，這有助于所述催化式凈化器開始所述放熱反應(yīng)。
33.一種超級(jí)渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其包括 發(fā)動(dòng)機(jī)；催化型柴油顆粒過濾器，其連接至接近所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口的排氣導(dǎo)管使得來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣激活所述催化型柴油顆粒過濾器中的放熱反應(yīng)，所述放熱反應(yīng)為所述熱排氣增加能量并且產(chǎn)生催化型排氣； 壓縮器，其連接至提供壓縮空氣的空氣源，所述壓縮空氣具有大于所述排氣的壓力水平的壓力； 導(dǎo)管，其將所述壓縮空氣供應(yīng)至所述催化型排氣使得所述壓縮空氣的至少一部分與所述催化型排氣混合來產(chǎn)生氣體混合物； 渦輪，其機(jī)械地耦合至所述壓縮器并且由所述氣體混合物產(chǎn)生渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械能； 閥，其調(diào)節(jié)穿過所述導(dǎo)管的所述壓縮空氣的所述部分流來使所述氣體混合物保持低于預(yù)定最大溫度，并且在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作相位期間當(dāng)所述壓縮器中否則會(huì)發(fā)生喘振時(shí)使來自所述空氣源的空氣流保持穿過所述壓縮器； 變速箱，當(dāng)穿過所述渦輪的所述排氣的所述流不足以視需要驅(qū)動(dòng)所述壓縮器時(shí)，將來自推進(jìn)系的推進(jìn)系旋轉(zhuǎn)機(jī)械能提供至所述壓縮器來減少渦輪遲滯...
全文摘要
本發(fā)明提供一種超級(jí)渦輪增壓器，其使用耦合至連續(xù)可變變速箱的高速、固定比率的牽引驅(qū)動(dòng)來容許高速操作。高速牽引驅(qū)動(dòng)用來提供從高速渦輪軸的速度減慢。第二牽引驅(qū)動(dòng)通過連續(xù)可變變速箱提供無級(jí)可變的速度比。還公開了超級(jí)渦輪增壓器中的氣體再循環(huán)。
文檔編號(hào)F02B33/44GK102822471SQ201080065828
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者E·萬迪尼, B·T·布林克斯, M·B·萊利, J·W·布朗 申請(qǐng)人:萬迪尼蘇珀特寶公司