[发明专利]具有高速牵引驱动和连续可变变速箱的超级涡轮增压器

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是2009年8月5日申请的美国申请No.12/536,421的部分连续案，所述申请要求2008年8月5日申请的美国临时专利申请No.61/086,401的权利，所述申请的全部教示和公开内容以引用的方式并入本文中。

发明背景

传统的涡轮增压器由废热和废气驱动，其被迫穿过排气涡轮外壳至涡轮上。涡轮通过共同涡轮轴连接至压缩器轮。当排气碰到涡轮时，两个轮同时旋转。压缩器轮的旋转通过压缩器外壳吸入空气，其迫使压缩空气进入发动机汽缸来实现改进的发动机性能和燃料效率。用于变速/可变负载应用的涡轮增压器的尺寸通常适合扭矩峰值速度下的最大效率以便产生足够升压来达到峰值扭矩。然而，在较低速度下，涡轮增压器产生不充分的升压用于适当的发动机瞬时响应。

为了克服这些问题并且提供增加效率的系统，可以使用超级涡轮增压器，所述超级涡轮增压器结合超级增压器和涡轮增压器的特征。超级涡轮增压器并入主要有益于低速高扭矩的超级增压器和通常仅有益于高速高马力的涡轮增压器的益处。超级涡轮增压器结合涡轮增压器与可以将发动机扭矩放置于涡轮轴上用于超级增压和消除涡轮迟滞的变速箱。一旦排出能量开始提供比驱动压缩器更多的工作，那么超级涡轮增压器通过施加额外功率至活塞发动机（通常通过机轴）而重新获得过多能量。因此，超级涡轮增压器完全从一个系统提供低速高扭矩和高速高马力的增值的两个益处。

发明概要

因此，本发明的实施方案可以包括耦合至发动机的超级涡轮增压器，其包括：涡轮，其由通过所述发动机产生的排气焓产生涡轮旋转机械能；压缩器，其压缩吸入空气并且响应由所述涡轮产生的所述涡轮旋转机械能和从所述发动机传送的发动机旋转机械能将压缩空气供应至所述发动机；轴，其具有连接至所述涡轮和所述压缩器的端部，以及具有轴牵引表面的中心部；牵引驱动，其布置在所述轴的所述中心部周围，所述牵引驱动包括：多个行星滚筒，其具有多个行星滚筒牵引表面，所述行星滚筒牵引表面与所述轴牵引表面界接使得所述多个行星滚筒牵引表面与所述轴牵引表面之间存在多个第一牵引界面；环形滚筒，其由所述多个行星滚筒通过多个第二牵引界面来旋转；连续可变变速箱，其机械地耦合至所述牵引驱动和所述发动机，其将涡轮旋转机械能传送至所述发动机并且在所述发动机的操作速度下将发动机旋转机械能传送至所述超级涡轮增压器。

本发明的实施方案还可以包括一种在超级涡轮增压器与发动机之间传送旋转机械能的方法，其包括：由通过所述发动机产生的排气焓在涡轮中产生涡轮旋转机械能；压缩吸入空气来响应由所述涡轮产生的所述涡轮旋转机械能和由所述发动机产生的发动机旋转机械能将压缩空气供应至所述发动机；提供轴，其具有连接至所述涡轮和所述压缩器的端部，以及具有轴牵引表面的中心部；将牵引驱动机械地耦合至所述轴的所述轴牵引表面；放置多个行星滚筒的多个行星滚筒牵引表面使其接触所述轴牵引表面使得在所述多个行星滚筒牵引表面与所述轴牵引表面之间建立多个第一牵引界面；放置环形滚筒使其接触所述多个行星滚筒使得在所述多个行星滚筒与所述环形滚筒之间建立多个第二牵引界面；将连续可变变速箱机械地耦合至所述牵引驱动和所述发动机而将所述涡轮旋转机械能传送至所述发动机并且在所述发动机的操作速度下将发动机旋转机械能传送至所述超级涡轮增压器。

本发明的实施方案还可以包括一种利于超级涡轮增压的内燃机中的排气再循环的方法，其包括：在所述内燃机中提供第一预定尺寸的高压排气口；在所述内燃机中提供第二预定尺寸的低压排气口，所述第二预定尺寸实质上大于所述第一预定尺寸；用来自所述高压排气口的高压排气的至少第一部分驱动高压超级涡轮增压器；将来自所述高压排气口的所述高压排气的至少第二部分提供至所述内燃机的入口歧管；用来自所述低压排气口的低压排气驱动低压超级涡轮增压器；将来自所述低压压缩器的输出端的压缩空气提供至所述高压压缩器的空气输入端；在预定压力下，将来自所述高压压缩器的输出端的压缩空气提供至所述内燃机的入口歧管；当所述高压排气口中的压力大于所述预定压力时打开所述高压排气口使得所述高压排气的所述第二部分贯通所述内燃机再循环。