推力推進系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種用于提供推力的推進系統(tǒng)或發(fā)動機。在另一形式中，本發(fā)明總體上涉及一種用于提供高容量空氣壓縮機的系統(tǒng)。更具體地，在一種非限制性形式中，本發(fā)明涉及一種噴射推進系統(tǒng)或發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器在用于向諸如往復(fù)活塞式發(fā)動機之類的內(nèi)燃機供給相對高壓空氣的領(lǐng)域中是已知的。通常，渦輪增壓器包括用于接收由發(fā)動機排出的廢氣的渦輪。該渦輪通常由連接至壓縮機的可旋轉(zhuǎn)軸支承，該壓縮機包括在壓縮機殼體內(nèi)的葉輪。該渦輪由來自發(fā)動機的廢氣驅(qū)動并且又驅(qū)動壓縮機的葉輪，該葉輪將環(huán)境空氣吸到壓縮機殼體中以用于進行壓縮并且排放至發(fā)動機的進氣歧管。
[0003]渦輪增壓發(fā)動機在與常規(guī)的自然吸氣發(fā)動機相比時具有很大優(yōu)勢，因為高密集的空氣可以被遞送至發(fā)動機。該增大的空氣密度或質(zhì)量允許發(fā)動機以大致高水平的性能和功率輸出來操作并且經(jīng)常具有更大的效率。需要將渦輪增壓器的操作控制成使得空氣僅根據(jù)需要以不超過預(yù)定設(shè)計限制的壓力水平供給至發(fā)動機。通常提供用于使廢氣繞過渦輪的通道并且該通道包括用于打開及關(guān)閉該旁路通道的廢氣閥。渦輪增壓器通常用作內(nèi)燃機的配件并且定位成內(nèi)嵌于廢氣歧管上。渦輪增壓器的目的是從內(nèi)燃機的廢氣提取壓力和動能以向離心式壓縮機提供動力。壓縮機壓縮相對較大量的環(huán)境空氣。所壓縮的空氣在與燃料混合之后隨后被遞送至發(fā)動機進氣裝置。
[0004]遞送至發(fā)動機的增大質(zhì)量的空氣(與非渦輪增壓器發(fā)動機的空氣質(zhì)量相比)允許增大燃料量以在正確的燃料/空氣混合的情況下燃燒。這導(dǎo)致由發(fā)動機產(chǎn)生的增大的動力?？諝鈴沫h(huán)境空氣被吸到壓縮機中。該空氣隨后被壓縮并且通常遞送到發(fā)動機中，從而與燃料或柴油混合以產(chǎn)生供料(charge)。該燃料/空氣供料隨后燃燒并且壓力能通過活塞的使用從膨脹的空氣中提取出并且轉(zhuǎn)化成機械能。極熱且膨脹的空氣被輸送至渦輪增壓器的渦輪殼體。熱能/壓力能從廢氣流中提取出以使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，從而又驅(qū)動壓縮機。廢氣被排放至大氣。
[0005]現(xiàn)在參照US 4，774，812對示例已知的渦輪增壓發(fā)動機進行更詳細地描述。參照圖1，渦輪增壓發(fā)動機I具有限定在活塞2上方的燃燒室3。進氣口 6和排氣口 7分別由通向燃燒室3的進氣閥4和排氣閥5打開及關(guān)閉。進氣通道8連接至進氣口 6，并且排氣通道9連接至排氣口 7。發(fā)動機I設(shè)置有渦輪增壓器11，該渦輪增壓器11包括設(shè)置在進氣通道8中并且由設(shè)置在廢氣通道9中的渦輪Ila驅(qū)動的葉輪lib?？諝膺^濾器14設(shè)置在進氣通道8的上游端，并且空氣流量計15在空氣過濾器14的下游設(shè)置在進氣通道8中。旁路通道18將進氣通道8的在葉輪Ilb上游的一部分與進氣通道8的在葉輪Ilb下游的一部分通過繞過葉輪Ilb而連接，即，旁路通道18將葉輪Ilb的進氣側(cè)通道12的一部分與葉輪Ilb的排氣側(cè)通道13的一部分直接連接。排氣側(cè)通道13通過節(jié)氣門16和緩沖槽17通向進氣口 6。引入葉輪Ilb中的空氣的量和引入旁路通道18中的空氣的量由閥裝置19控制。閥裝置19包括設(shè)置在旁路通道18中的旁路閥20和設(shè)置在葉輪Ilb的排氣側(cè)通道13中的流量控制閥21。旁路閥20為止回閥并且流量控制閥21由致動器22來驅(qū)動。流量控制閥21的打開在來自冷卻劑溫度傳感器24的控制溫度信號、來自發(fā)動機速度傳感器25的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號以及來自壓力傳感器26的進氣壓力信號輸入到發(fā)動機控制單元23的情況下根據(jù)發(fā)動機I的操作條件來控制，進氣壓力信號表示節(jié)氣門16的下游的進氣通道8中的壓力。燃料噴射閥27在進氣口 6附近設(shè)置在進氣通道8中。排氣通道9設(shè)置有旁路通道，該旁路通道繞過渦輪增壓器11的渦輪Ila并且由廢氣閥28選擇性地打開，并且催化轉(zhuǎn)化器29設(shè)置在渦輪Ila的下游。發(fā)動機控制單元23從發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進氣壓力獲得表示廢氣的流量的信號，并且在重載荷操作期間完全打開流量控制閥21并且完全關(guān)閉旁路閥20，使得僅將由葉輪IlOb增壓的增壓空氣引入到燃燒室3中。
[0006]在對發(fā)動機、渦輪增壓器、推力系統(tǒng)、空氣壓縮機系統(tǒng)等及其操作效率方面的改善進行持續(xù)地探索。存在發(fā)動機和推力系統(tǒng)的諸如航空、汽車和航海之類的廣闊的及多種用途，并且這些應(yīng)用可以得益于諸如改進的效率、推力和/或動力輸出之類的因素。仍需要新的或改進的推進系統(tǒng)或發(fā)動機、高容量空氣壓縮機等。
[0007]該說明書中對任何現(xiàn)有技術(shù)出版物(或源于該現(xiàn)有技術(shù)出版物的信息)或?qū)σ阎氖挛锏囊貌荒芤膊粦?yīng)該被當(dāng)作對現(xiàn)有技術(shù)出版物(或從中獲得的信息)或已知事物形成本說明書涉及領(lǐng)域中的常識的一部分的認可或承認或任何形式的建議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供該內(nèi)容以通過簡化的形式來介紹概念的選擇，該概念將在下文的優(yōu)選實施方式中進行進一步描述。該內(nèi)容不意在標(biāo)識所要求的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在用作限制所要求的主題的范圍。
[0009]在一種形式中，本發(fā)明提供了一種推進系統(tǒng)，例如噴射式推力推進系統(tǒng)。僅通過示例，該推進系統(tǒng)可以作為提供推力的一種工具而使用在航空發(fā)動機中，例如用作飛行器發(fā)動機，然而，該推進系統(tǒng)還可以作為提供推力或推進力的裝置而使用在包括汽車和航海應(yīng)用的各種其他應(yīng)用中。
[0010]推進系統(tǒng)還可以不用于產(chǎn)生推力，而作為以相對較高的壓力、速度或壓力和速度兩者以各種不同的性能在諸如工業(yè)空氣壓縮、風(fēng)洞、冷卻空氣系統(tǒng)之類的應(yīng)用中提供相對較大體積的空氣的裝置。
[0011]本發(fā)明的各種實施方式可以使用提供機械能的諸如內(nèi)燃機、汪克爾旋轉(zhuǎn)發(fā)動機、渦輪發(fā)動機或電動馬達或其組合之類的任何形式的發(fā)動機或其他動力源。在優(yōu)選形式中，該能量被使用以向增大空氣的體積、壓力和/或速度的系統(tǒng)的其他部件提供壓縮空氣源。在各種形式中，該所使用的能量一一指的是空氣或氣體質(zhì)量體一一可以通過空氣管道、管、管子、歧管等和各種噴嘴、閥、流量控制器等的系統(tǒng)來使用以實現(xiàn)系統(tǒng)的總體增大的效率和/或動力輸出。
[0012]用于傳送空氣或其他氣體的一個或更多個管的提及應(yīng)當(dāng)理解為關(guān)于任何形式的空氣管道、管、管子、歧管等。在一些應(yīng)用中，可以使用單個管，在其他應(yīng)用中，可以使用多個管，例如提供歧管。
[0013]用于調(diào)節(jié)、控制或引導(dǎo)氣流(或同樣地其他氣流)的閥的提及應(yīng)當(dāng)理解為關(guān)于調(diào)節(jié)、控制或引導(dǎo)氣流的任何類型的噴嘴、閥、控制器、調(diào)節(jié)器等。
[0014]優(yōu)選地，在一種形式中，空氣質(zhì)量(或同樣的其他氣體質(zhì)量)流與常規(guī)的渦輪增壓器操作溫度相比為具有輕微絕熱和摩擦加熱的相對較涼或較冷空氣質(zhì)量體。額外的燃料若需要可以在推進系統(tǒng)的幾乎任何階段中使用燃燒室或再燃裝置在氣流中燃燒以實現(xiàn)氣流量的增大從而實現(xiàn)期望的結(jié)果。
[0015]該推進系統(tǒng)的原理優(yōu)勢由渦輪增壓器的先前不知道的用途或應(yīng)用得出。替代使用渦輪增壓器以增大內(nèi)燃機中的動力，在本發(fā)明的實施方式中，渦輪增壓器用作產(chǎn)生推力。通過采用空氣質(zhì)量/體積的相對較小的量來驅(qū)動渦輪，且由壓縮機產(chǎn)生相對較大的空氣質(zhì)量/壓力/速度，可以有效地增大總空氣質(zhì)量。來自渦輪的廢氣一一通常作為廢氣通過排放管被排出一一再次被引回到氣流中并且可以用作推力，例如在排放口、噴嘴、引射器、噴射器等處提供的推力。在一種形式中，推進系統(tǒng)使用一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器以新穎的方式操作成使該渦輪增壓器由一般的壓力差和在渦輪增壓器的一側(cè)施加真空、接近真空或減小的壓力區(qū)域兩者來驅(qū)動。
[0016]該系統(tǒng)的有效增大總體空氣質(zhì)量的能力通過與通常在已知的渦輪增壓器操作中發(fā)現(xiàn)的相對較熱的燃燒空氣相反的相對較涼或較冷的空氣的使用而變得更有效。
[0017]根據(jù)第一示例形式，提供了一種推進系統(tǒng)，該推進系統(tǒng)包括:發(fā)動機、第一壓縮機、渦輪和第二壓縮機，該第一壓縮機能夠由發(fā)動機驅(qū)動，該第一壓縮機用于產(chǎn)生第一壓縮機輸出流；該渦輪能夠由第一壓縮機輸出流的至少一部分驅(qū)動；該第二壓縮機能夠由渦輪驅(qū)動，該第二壓縮機用于產(chǎn)生第二壓縮機輸出流；其中，在操作中，第二壓縮機輸出流的至少一部分和第一壓縮機輸出流的至少一部分匯合以產(chǎn)生推力。
[0018]根據(jù)第二示例形式，提供了一種推進系統(tǒng)，該推進系統(tǒng)包括至少一個發(fā)動機、至少一個第一壓縮機、多個渦輪和多個第二壓縮機，該至少一個第一壓縮機能夠由至少一個發(fā)動機驅(qū)動；該至少一個第一壓縮機用于產(chǎn)生至少一個第一壓縮機輸出流；多個渦輪能夠由至少一個第一壓縮機輸出流的至少一部分驅(qū)動；多個第二壓縮機能夠由多個渦輪中的一個或更多個渦輪驅(qū)動，該多個第二壓縮機用于產(chǎn)生多個第二壓縮機輸出流；其中，在操作中，多個第二壓縮機輸出流的至少一部分和至少一個第一壓縮機輸出流的至少一部分匯合以產(chǎn)生推力。
[0019]在另一特定但非限制性形式中:流量控制器控制被引向渦輪的第一壓縮機輸出流的量；該流量控制器定位在第一壓縮機與渦輪之間；以及/或者該流量控制器定位在第一壓縮機與出口裝置之間。
[0020]根據(jù)僅通過示例提供的另一示例實施方式，渦輪和第二壓縮機為渦輪增壓器的一部分；在操作中，渦輪輸出流離開渦輪；渦輪輸出流被引向所述出口裝置；以及/或者出口裝置包括各自或組合的噴射器、引射器、噴嘴和/或管。在一種形式中，出口裝置為包括DeLaval (第拉瓦)噴嘴和噴射器的新型的排放裝置、單元或系統(tǒng)。該De