SE1250023A1 - Förbättrande av bränsleeffektiviteten för en kolvmotor med hjälp av en super-turboladdare - Google Patents

Abstract

Det som presenteras är ett system och ett förfarande som ökar den kraft som kan erhållas från en super-turboladdare och bränsleeffektiviteten hos en motor. Systemet använder en katalytisk konverterare för att tillhandahålla termisk buffring av turbinen och skydda den från värmetoppar. Eftersom den katalytiska konverteraren är exoterm, återförs en andel av den komprimerade luften som genereras av kompressorn till turbinen genom en återloppsventil som minskar avgastemperaturen och ökar det massflöde som tillförs turbinen.Återloppsventilen kan användas för att reducera belastningstoppar hos kompressorn vid förhållanden med låga varvtal och hög belastning hos nämnda motor. Mängden återloppsluft från kompressorn begränsas till mängden termisk överskottsenergi så att motorns avgaser och den komprimerade luften kan hållas på en optimal drifttemperatur för turbinen. Överskottskraft som genereras av turbinen används sedan för att driva motorns vevaxel.

Description

15 20 25 30 En utförandeform av föreliggande uppfinning kan därför vidare innefatta ett super-turboladdat motorsystem med hög effektivitet, innefattande: en motor och en super-turboladdare innefattande: en turbin som genererar mekanisk rotationsenergi från en gasblandning som flödar genom turbinen, en kompressor som är mekaniskt kopplad till turbinen och komprimerar en luftkälla och tillhandahåller en tillförsel av komprimerad luft till ett insugningsgrenrör för motorn; en växellåda som är mekaniskt kopplad till turbinen och kompressorn och som överför turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen till en framdrivningsenhet för att öka motorns uteffekt och undvika skador på super-turboladdaren och som överför framdrivningsenhetens mekaniska rotationsenergi från framdrivningsenheten till kompressom för att reducera turbo-fördröjning hos motorn; en återloppsventil som reglerar en andel av den komprimerade luft som blandas med avgaserna för att skapa gasblandningen, där andelen av den komprimerade luften är tillräcklig för att kyla avgaserna under en på förhand bestämd maximitemperatur för att undvika skador på turbinen, samt även tillföra en ytterligare luftmassa till avgaserna vilket lägger till ytterligare rotationsenergi till turbinen.

En utförandeform av föreliggande uppfinning kan därför vidare innefatta en metod för att förbättra effektiviteten hos ett super-turboladdat motorsystem innefattande: tillhandahållande av komprimerad luft från en kompressor hos en super-turboladdare; bländande av en andel av den komprimerade luften med avgaser från motorn för att skapa en gasblandning som har en temperatur som inte överstiger en på förhand bestämd maximitemperatur för att undvika skador på en turbin hos denna super-turboladdare; drivande av turbinen med hjälp av gasblandningen; överförande av det överskott av turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen till en framdrivningsenhet, vilket överskott annars skulle orsaka att turbinen roterade med en hastighet som skulle orsaka skador på kompressorn.

En utförandeform av föreliggande uppfinning kan därför vidare innefatta en metod för att förbättra effektiviteten hos ett super-turboladdat motorsystem l0 15 20 25 30 innefattande: tillhandahållande av en motor; tillhandahållande av en katalytisk konverterare som är kopplad till ett avgasutsläpp intill motom och tar emot avgaser från motorn, vilka aktiverar en exoterrn reaktion i den katalytiska konverteraren, vilket adderar ytterligare energi till avgaserna från motom och producerar avgaser från den katalytiska konverteraren vid ett utflöde från den katalytiska konverteraren, vilka avgaser är hetare än avgaserna från motom; tillhandahållande av ett flöde av komprimerad luft till ett inlopp i motorn med hjälp av en kompressor; blandande av en andel av den komprimerade luften med den katalytiska konverterarens avgaser i en blandningskammare som befinner sig nedströms om den katalytiska konverteraren för att producera en gasblandning av den katalytiska konverterarens avgaser och den komprimerade luften; reglering av den komprimerade luftens flöde in i blandningskammaren med hjälp av en styrventil för att hålla gasblandningen under en maximitemperatur och för att behålla ett flöde av den komprimerade luften genom kompressorn under arbetsfaser hos motorn när kompressorn annars skulle utsättas för belastningstoppar; tillförande av gasblandningen till en turbin som producerar mekanisk rotationsenergi som svar på gasblandningens flöde; överförande av turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen till kompressorn, vilken använder rotationsenergin för att komprimera en luftkälla för att producera den komprimerade luften när flödet av gasblandningen genom turbinen är tillräckligt för att driva kompressorn; utvinnande av åtminstone en andel av turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen och applicerande av denna andel av turbinens mekaniska rotationsenergi på en framdrivningsenhet då denna andel av turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen inte behövs för att driva kompressorn samt tillförande av framdrivningsenhetens mekaniska rotationsenergi från framdrivningsenheten till kompressorn för att undvika turbo-fördröjning när flödet av gasblandningen genom turbinen inte är tillräckligt för att driva kompressorn.

En utförandeform av föreliggande uppfinning kan därför vidare innefatta en super-turboladdad motor innefattande: en motor; en katalytisk konverterare 10 l5 20 25 30 kopplad till en avgasledning intill ett avgasutsläpp hos motorn på sådant sätt att heta avgaser från motorn aktiverar en exoterm reaktion i den katalytiska konverteraren, vilken adderar energi till de heta avgasema och producerar hetare avgaser; en kompressor kopplad till en luftkälla som tillhandahåller komprimerad luft som har ett tryck högre än trycknivån hos avgasema; en rörledning som tillför den komprimerade luften till de hetare avgaserna så att åtminstone en andel av den komprimerade luften blandas med de hetare avgaserna för att producera en gasblandning; en ventil som reglerar flödet av denna andel av den komprimerade luften genom rörledningen för att hålla gasblandningen under en på förhand bestämd maximitemperatur och för att behålla ett flöde av luft från luftkällan genom kompressorn under arbetsfaser hos motorn när kompressorn annars skulle utsättas för belastningstoppar; en växellåda som tillför framdrivningsenhetens mekaniska rotationsenergi från en framdrivningsenhet till kompressorn för att reducera turbo- fördröjning när flödet av avgaser genom turbinen inte är tillräckligt för att driva kompressorn till en önskad förstärkningsnivä och utvinner överskott av hålla kompressorns rotationshastigheter under en på förhand bestämd maximal turbinens mekaniska rotationsenergi från turbinen för att rotationshastighet vid vilken skador skulle uppstå på kompressorn KORT BESKRIVNING AV BIFOGADE RITNINGAR Fig. 1 visar ett förenklat systemdiagram i linjeform av en utförandeform av en super-turboladdad motor enligt vad som läggs fram i föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar en schematisk illustration av en tillämpning av utförandeformen enligt figur 1.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN 10 15 20 25 30 Figur 1 är i förenklad linjeform en illustration av en utförandeform av ett högeffektivt super-turboladdat motorsystem 100, konstruerat i enlighet med vad som läggs fram i föreliggande uppfinning. Så som kommer att framgå av följande beskrivning, för den som har fackkunskaper inom området, är ett sådant super-turboladdat motorsystem 100 särskilt tillämpbart för bensinmotorer med gnist-tändning som används i fordon för privat och kommersiellt bruk, och därför använder sig de illustrativa exempel som diskuteras i denna text av en sådan miljö för att underlätta förståelsen av uppfinningen. Emellertid, med insikt om att utförandeformer av systemet 100 enligt föreliggande uppfinning är applicerbara på andra driftmiljöer, såsom exempelvis markbaserade kraftgenererande motorer och andra markbaserade motorer, bör sådana exempel tolkas som illustrativa och inte som begränsande.

Som framgår av FIG. 1, inkluderar system 100 en motor 102 som använder sig av en super-turboladdare 104 för att för att öka prestandan hos motorn 102. Allmänt sett innefattar en super-turboladdare en kompressor och en turbin, som är sammankopplade via en turboaxel. Andra sätt att koppla samman kompressor och turbin har använts. Vidare inkluderar super- turboladdaren en växellåda som överför kraft mellan turboaxeln och kraftenheten eller drivenheten (framdrivningsenheten) hos fordonet.

Exempelvis kan växellådan vara mekaniskt kopplad till vevaxeln i motorn eller till fordonets växellåda, eller till andra delar av drivenheten eller kraftenheten. Dessa betecknas kollektivt som fordonets framdrivningsenhet.

Växellådan kan vara en mekanisk växellåda som använder kuggdrev, en hydraulisk växellåda, en pneumatisk växellåda, en drivskiveväxellåda eller en elektrisk växellåda. En elektrisk motor / generator kan kopplas till turboaxeln och användas antingen för att driva turboaxeln eller för att drivas av turboaxeln och generera elektrisk energi. Den elektriska energi som genereras av motorn / generatorn kan användas för att ladda batterier, driva motorer/ generatorer som används för att manövrera fordonet, eller bidra till fordonets kraftförsöijning i hybridbilar. I sådana sammanhang kan det super-turboladdade motorsystemet 100 storleksanpassas och användas i syfte att generera elektricitet i ett elbilssystem, eller det kan användas för att 10 15 20 25 30 både generera energi och bidra till att ge fordonet mekanisk kraft, som i ett hybridfordonssystem.

Som visat i figur 1 inkluderar super-turboladdaren 104 en turbin 106, en kompressor 108 och en växellåda 1 10 som är kopplad till vevaxeln 1 12 hos motorn 102 eller andra delar av frarndrivningsenheten. Medan detta inte lqävs i alla utförandeformer, inkluderar den illustrerade utförandeformen i FIG. 1 även en mellankylare 114 för att höja densiteten hos den luft som går till motorn 102 från kompressom 108, för att ytterligare öka den tillgängliga kraften från motom 102.

Super-turboladdare har vissa fördelar framför turboladdare. En turboladdare använder sig av en turbin som drivs av avgaserna från motom. Denna turbin är kopplad till en kompressor som komprimerar den insugningsluft som matas in i motoms cylindrar. Turbinen i en turboladdare drivs av avgaserna från motorn. Härigenom utsätts motom för en fördröjning av förstärlmingen när den först accelereras, fram tills det finns en tillräcklig mängd heta avgaser för att öka turbinens hastighet så att den kan driva en kompressor som är mekaniskt kopplad till turbinen, för att generera tillräcklig förstärkning. För att minimera fördröjningen används vanligen mindre och/ eller lättare turboladdare. Den lägre trögheten hos lättvikts-turboladdare tillåter dem att snabbt öka hastigheten, vilket minimerar fördröjningen vid användning.

Tyvärr kan sådana mindre och/ eller lättare turboladdare få för hög hastighet under drift vid höga motorvarvtal, då det produceras stora avgasflöden och höga temperaturer. För att undvika förekomsten av sådana alltför höga hastigheter inkluderar vanliga turboladdare en spillventil som är installerad i avgasröret uppströms om turbinen. Spillventilen är en tryckmanövrerad ventil som avleder en andel av avgaserna runt turbinen när utloppstrycket i kompressom överskrider en på förhand bestämd gräns. Denna gräns är inställd på ett tryck som indikerar att turboladdaren är på väg att få alltför hög hastighet. Tyvärr resulterar detta i att en andel av den energi som är tillgänglig från motorns avgaser inte tas tillvara. 10 15 20 25 30 Insikten om att konventionella turboladdare offrar lågnivåprestanda för högnivåkraft ledde till att anordningar kända som super-turboladdare utvecklades. En sådan super-turboladdare beskrivs i US Patent nr. 7 490 594 med titeln ”Super-Turbocharger”, utfärdat den 17 februari 2009 och tilldelat den som befullmäktigats den innevarande ansökan. Denna ansökan har specifikt inkorporerats häri genom referens, för allt som den yppar och påvisar.

Som diskuteras i den ansökan som refererats till härovan, drivs kompressorn hos en super-turboladdare av motorns vevaxel via en växellåda som är kopplad till motorn under drift vid låga motorvaivtal, när tillräcklig mängd upphettade avgaser från motorn inte finns tillgängliga för att driva turbinen.

Den mekaniska energi som tillförs från motorn till kompressorn reducerar det problem med turbo-fördröjning som konventionella turboladdare lider av, och tillåter användning av större och effektivare turbin och kompressor.

Super-turboladdaren 104, illustrerad i figur 1, drivs för att tillföra komprimerad luft från kompressom 108 till motorn 102 utan att lida av en konventionell turboladdares problem med turbo-fördröjning vid låg nivå, och utan att slösa bort energi som är tillgänglig i de heta avgaser från motorn som tillförs turbinen 106 vid hög nivå. Dessa fördelar tillhandahålls genom inkludering av växellådan 110, som både kan utvinna kraft från och tillföra laaft till motorns vevaxel 112, för att både driva kompressom 108 respektive ladda turbinen 106, under olika driftsbetingelser för motorn 102.

Vid startrnomentet, då konventionella turboladdare lider av en fördröjning på grund av otillräcklig kraft från motorns avgasvärme för att driva turbinen, tillhandahåller super-turboladdaren 104 en superladdande funktion varigenom kraft tas från vevaxeln 112 via växellådan 110 för att driva kompressom 108 för att tillhandahålla tillräcklig förstärkning till motorn 102.

Då motorvarvtalet ökar och den mängd kraft som finns tillgänglig i motorns avgasvärme är tillräcklig för att driva turbinen 106 reduceras den mängd kraft som tas från vevaxeln 112 av växellådan 110. Därefter fortsätter 10 15 20 25 30 turbinen 106 att tillföra kraft till kompressorn 108 för att komprimera inloppsluften som används av motorn 102.

Då motoms varvtal ökar, stiger den mängd kraft som finns tillgänglig från värmen i motorns avgaser till den punkt där turbinen 106 skulle få för hög hastighet i en konventionell turboladdare. Med super-turboladdare 104 kanaliseras emellertid den överskottsenergi som värmen i avgaserna från motorn tillför turbinen 106, via växellådan 1 10 till motoms vevaxel 1 12, medan kompressom 108 hålls vid korrekt hastighet för att tillföra ideal förstärkning till motorn 102. Ju större utgående kraft som finns tillgänglig från värmen i avgaserna från motorn 102, desto mera kraft genererad av turbinen 106 kanaliseras via växellådan 110 till vevaxeln 112, medan optimal förstärkning från kompressorn 108 behålls. Denna laddning av turbinen 106 via växellådan 1 10 undviker att turbinen 106 får för hög hastighet, och maximerar effektiviteten av den kraft som utvinns från motorns avgaser.

Därigenom behövs inte någon konventionell spillventil.

Medan den mängd kraft som finns tillgänglig för att driva turbinen 106 i en konventionell super-turboladdad tillämpning är strikt begränsad till den mängd kraft som finns tillgänglig i motorns avgaser, är turbinen 106 kapabel att generera betydligt mera kraft om den terrniska energi och det massflöde som tillförs turbinbladen kan utnyttjas fullständigt och/ eller kan höjas.

Emellertid kan turbinen 106 inte arbeta över en viss temperatur utan att skadas, och massflödet är konventionellt begränsat till de avgaser som kommer ut från motorn 102.

Med beaktande av detta skyddas turbinen 106 i utförandeformen av system 100 från höga temperaturtoppar genom att den katalytiska konverteraren 116 omplaceras uppströms om turbinen 106. I en utförandeform placeras den katalytiska konverteraren uppströms om turbinen, nära avgasgrenröret, vilket möjliggör exoterrna reaktioner som resulterar i en höjning av avgasemas temperatur vid förlängd drift av motorn vid högt varvtal eller hög belastning. För att kyla avgaserna innan de når fram till turbinen matas en andel av den komprimerade luft som genereras av kompressom direkt in i 10 15 20 25 30 avgaserna uppströms om turbinen via en reglerbar ventil, och adderas till de avgaser från motorn som lämnar den katalytiska konverteraren. Den svalare inloppsluften expanderar och kyler avgaserna, och lägger ytterligare massa till flödet av avgaser, vilket adderar ytterligare kraft till turbinen hos super- turboladdaren, såsom det beskrivs mera detaljerat här nedan. Då mera av den svalare luften tillförs de heta avgaserna för att hålla temperaturen hos det kombinerade flödet till turbinen på den optimala temperaturen, ökar även den energi och det massflöde som levereras till turbinbladen. Detta ökar betydligt den ldaft som levereras till turbinen för att driva motorns vevaxel.

För att inte störa den stökiometriska reaktionen inuti den katalytiska konverteraren adderas återloppsluften från kompressorn nedströms om den katalytiska konverteraren. I en sådan utförandeform passerar motorns avgaser genom den katalytiska konverteraren och avgastemperaturen höjs genom den exoterma reaktionen. Kompressorns återloppsluft adderas därefter, och expanderar så att det totala massflöde som levereras till turbinen ökas. Utförandeformer av föreliggande uppfinning styr mängden komprimerad återloppsluft som levereras för att kyla avgaserna och för att driva turbinen på ett sådant sätt att det säkerställs, att kombinationen av den svalare återloppsluften från kompressorn och motorns avgaser levereras till turbinen vid en optimal temperatur för driften av turbinbladen.

Eftersom den katalytiska konverteraren 116, illustrerad i figur 1, har en stor termisk massa, fungerar den initialt som en värmedämpare, vilket förebygger att en värmetopp med hög temperatur når turbinen 106. Emellertid, eftersom reaktionemai den katalytiska konverteraren 1 16 till sin natur är exoterma, kommer så småningom temperaturen hos de avgaser som lämnar den katalytiska konverteraren 116 att vara högre än temperaturen hos de avgaser som går in i den katalytiska konverteraren 1 16. Så länge temperaturen hos de avgaser som går in i turbinen förblir lägre än den maximala drifttemperaturen för turbinen 106 är detta inget problem.

Under förlängd drift vid högt varvtal och hög belastning av motorn 102 kan emellertid utgångstemperaturerna hos de konverterade avgaserna från den 10 15 20 25 30 10 katalytiska konverteraren 116 överstiga den maximala drifttemperaturen för turbinen 106. Som påvisats hårovan reduceras temperaturen hos de avgaser som går ut ur den katalytiska konverteraren 116 genom att en andel av den komprimerade luften från kompressorn 108 tillförs via återloppsventilen 118 och blandas med de avgaser som går ut från den katalytiska konverteraren 116. Betydligt förbättrad bränsleekonomi uppnås genom att bränsle inte används som kylmedel under sådana betingelser, så som det görs i konventionella system. Dessutom styrs manövreringen av växellådan för att tillåta kompressorn 108 att tillföra en tillräcklig mängd komprimerad luft för att tillhandahålla optimal förstärkning till motorn 102, och för att tillföra den komprimerade återloppsluften till turbinen 106 via återloppsventilen 118.

Den överskottskraft som genereras av turbinen 106 som resultat av det ökade massflödet av komprimerad luft genom turbinen kanaliseras via växellådan 110 till vevaxeln 1 12, vilket ytterligare förbättrar bränsleeffektiviteten.

Utgångstemperaturen hos den komprimerade luften från kompressom 108 är vanligen mellan omkring 200 °C och 300 °C. En konventionell turbin kan drivas optimalt för att utvinna kraft från gaser vid omkring 950 °C, men inte högre utan distorsion eller möjligt driftsavbrott. På grund av materialbegänsningarna hos turbinbladen uppnås den optimala kraften vid omkring 950 °C. Eftersom materialen begränsar avgastemperaturen till omkring 950 °C förbättras turbinens prestanda av att mera luft tillförs för att öka massflödet över turbinen vid temperaturgränsen, dvs. 950 °C.

Medan ett sådant flöde av komprimerad återloppsluft på 200 °C till 300 °C är till hjälp för att reducera temperaturen hos de avgaser som kommer ut ur den katalytiska konverteraren 116, inses det att maximal kraft från turbinen 106 kan tillföras när temperatur och massflöde maximeras inom de termiska gränserna för turbinen 106. Därigenom kontrolleras i en utförandeforrn mängden återloppsluft så att kombinationen av avgaser och återloppsluft hålls vid eller nära turbinens maximala drifttemperatur, så att den mängd kraft som levereras till turbinen maximeras eller påtagligt höjs. Eftersom hela denna överskottskraft normalt inte krävs av kompressorn 108 för att tillföra optimal förstärkning till motorn 102 och för att tillföra återloppsluften från 10 20 25 30 ll kompressom via återloppsventilen 118, kan överskottskraften överföras via växellådan 110 till vevaxeln 112 hos motorn 102, för att därigenom höja den övergripande effektiviteten hos motorn 102.

Som diskuterat härovan, utnyttjas i en utförandeform en katalytisk konverterare 116 som termisk buffert mellan motorn 102 och turbinen 106, med hjälp av förbindelsen med återloppsluft från kompressom via återloppsventilen 118. Därigenom tillhandahålls tillförseln av luft från kompressorn nedströms om den katalytiska konverteraren 116 så att den stökiometriska reaktionen i den katalytiska konverteraren 1 16 inte störs. Det vill såga, i utförandefonner som utnyttjar en katalytisk konverterare 116 skulle tillförsel av kompressoms återloppsluft uppströms om den katalytiska konverteraren 116 resultera i att ett överskott av syre tillfördes den katalytiska konverteraren 116 och därigenom hindrade den katalytiska konverteraren 116 från att generera en stökiometrisk reaktion som krävs för korrekt funktion.

Eftersom maximal effektivitet i kraftgenereringen hos turbinen 106 uppnås då temperaturen hos gasblandningen av kompressorns återloppsluft och avgaserna, vilken kommer i kontakt med turbinbladen, är maximerad (inom materialbegränsningarna hos själva turbinen), är den mängd av återloppsluft från kompressom som släpps fram av återloppsventilen 118 begränsad, för att inte reducera temperaturen påtagligt under en sådan optimerad temperatur. När den katalytiska konverteraren 116 producerar mera termisk energi via en exoterrn reaktion och temperaturen hos de konverterade avgaserna från den katalytiska konverteraren 116 stiger till en temperatur över den maximala arbetstemperaturen för turbinen 106, kan mera återloppsluft från kompressorn tillföras via återloppsventilen 1 18, vilket ökar det massflöde och den energi som tillförs turbinen 106. När den mängd termisk energi som genereras av den katalytiska konverteraren 116 reduceras, kan även den mängd återloppsluft från kompressorn som tillförs via återloppsventilen 118 reduceras, för att på så sätt undvika att tillföra mera luft än nödvändigt, vilket resulterar i att temperaturen hos gasblandningen behålls på den optimala driftsbetingelsen. 10 15 20 25 30 12 I en annan utförandeform använder systemet återloppsventilen 118 för att mata tillbaka den svalare kompressorluften till avgaserna före turbinen vid arbetsbetingelser av lågt varvtal och hög belastning för att undvika belastningstoppar i kompressorn. Kompressor-belastningstoppar inträffar då kompressortrycket blir högt men det massflöde som släpps in i motorn är lågt som resultat av att motorn roterar vid ett lågt varvtal och inte kräver särskilt stort inflöde av luft. Belastningstoppar (eller aerodynamisk överstegring) i kompressorn som resultat av lågt luftflöde över kompressorbladen orsakar att kompressorns effektivitet faller mycket snabbt. Hos en normal turboladdare kan en tillräckligt stor belastningstopp göra att turbinen slutar rotera. Hos en super-turboladdare är det möjligt att använda kraft från motorns vevaxel för att dra kompressorn genom en belastningstopp. Då återloppsventilen 1 18 öppnas tillåts en andel av den komprimerade luften att återflöda runt motorn. Detta återloppsflöde drar kompressorn ut ur belastningstoppen och tillåter att ett högre förstärkningstryck når motorn 102, vilket därigenom tillåter motorn 102 att generera mera kraft än vad normalt vore möjligt vid låga motorvarvtal. Injektion av komprimerad luft in i avgaserna framför turbinen bibehåller det totala massflödet genom kompressorn så att hela flödet når fram till turbinen, vilket minimerar den kraft som behövs från motorn för att superladda till en hög nivå av förstärkningstryck.

I en annan utförandefonn kan en ytterligare styrventil för kallstart 120 inkluderas för användning vid kallstarter. Under en sådan kallstart av motorn finns det vanligen överskott av oförbränt bränsle i avgaserna från motorn 102. Eftersom denna feta blandning inte är stökiometrisk kan den katalytiska konverteraren 116 inte reducera de oförbrända kolvåtena (UHC) i avgaserna fullständigt. Vid sådana tillfällen kan kontrollventilen för kallstart 120 öppnas för att tillföra återloppsluft från kompressorn till inloppet hos den katalytiska konverteraren 116, för att tillföra det extra syre som behövs för att späda ut den feta blandningen till stökiometriska nivåer. Detta tillåter den katalytiska konverteraren 116 att släcka ner snabbare, och mera effektivt reducera utsläppen under kallstarten. Om motorn står på tomgång skulle en normal turboladdare inte ha något förstärkningstryck för att kunna tillföra 10 15 20 25 30 återloppsluften. Emellertid kan utväxlingen hos växellådan 110 justeras för att ge tillräcklig hastighet till kompressorn för att generera det tryck som krävs för att luft ska flöda genom ventilen 120. I detta syfte kan styrsignalen 124 användas för att justera utväxlingen i växellådan 110, så att tillräcklig rotationshastighet kan tillhandahållas från motorns vevaxel 1 12 till kompressorn 108 under tomgång, i synnerhet under kallstart, för att komprimera tillräckligt med luft som kan flöda genom ventilen för kallstart 120, och tända den katalytiska konverteraren 1 16 med en tillräcklig mängd syre.

Behovet av extra syre är vanligen begränsat under en kallstart, och varar ofta endast 30 till 40 sekunder. Många fordon inkluderar för närvarande en separat luftpump för att tillföra detta syre under en kallstart, innebärande en betydande kostnad och vikt i förhållande till den begränsade tidrymd en sådan luftpump behöver tas i bruk. Genom att ersätta den separata luftpumpen med den enkla kontrollventilen för kallstart 120 uppnås påtagliga besparingar rörande kostnader, vikt och komplexitet. Eftersom super-turboladdaren 104 kan kontrollera hastigheten hos kompressorn 108 via växellådan 1 10 kan kontrollventilen för kallstart 120 innefatta en enkel till/ från-ventil. Den mängd luft som tillförs under kallstartstillfället kan sedan kontrolleras genom styrning av hastigheten hos kompressorn 108 via växellådan 110, under drift av styrsignalen 124.

Kontrollventilen för kallstart 120 kan även användas under perioder av drift vid extremt höga temperaturer om bränsle används som kylmedel inom motorn och /eller för den katalytiska konverteraren 1 16, trots de negativa effekterna på bränsleeffektiviteten. I sådana situationer kommer kontrollventilen för kallstart 120 att kunna tillföra det extra syre som krävs för att späda de feta avgaserna ner till stökiometriska nivåer, för att låta den katalytiska konverteraren 116 ordentligt reducera utsläppen av oförbrända kolväten i avgaserna. Detta erbjuder en påtaglig fördel över tidigare system ur milj ösynvinkel. 10 15 20 25 30 14 I utförandeforrner där ventilen för kallstart 120 är en till/ från-ventil kan systemet styra ventilen för kallstart 120 så att den mängd komprimerad luft som tillförs varieras, för att på så sätt späda ner avgaserna till stökiometriska nivåer. Andra typer av variabla flödeskontrollventiler kan även användas för att uppnå samma funktion.

Figur 1 visar även en styrenhet 140. Styrenhet 140 kontrollerar inställningen av återloppsventilen 118 och ventilen för kallstart 120. Styrenheten 140 har funktionen att optimera den mängd luft som flödar genom återloppsventilen 118 vid olika betingelser. Den mängd luft som flödar genom återloppsventilen 118 är den minsta mängd luft som krävs för att uppnå en viss önskad betingelse, såsom det beskrivits härovan. Det finns två specifika betingelser vid vilka styrenheten 140 styr återloppsventilen 1 18, dessa är: 1) belastningstopp för kompressom vid ett givet förstärkningsbehov har företräde vid lågt varvtal och hög belastning hos motorn; och 2) temperaturen i gasblandningen har företräde då den går in i turbinen 106 vid höga varvtal och hög belastning.

Som visas i figur 1 tar styrenheten 140 emot temperatursignalen 130 för gasblandningen från en temperaturgivare 138 som detekterar temperaturen hos den gasblandning som består av kylluft från kompressorn 108, blandad med heta avgaser producerade av den katalytiska konverteraren 116.

Dessutom detekterar styrenheten 140 den signal 132 för den komprimerade luftens ingångstryck, vilken genereras av tryckgivaren 136, som är placerad i den rörledning för tryckluft som tillförs från kompressorn 108. Vidare matas en motorvarvtalssignal 126 och en motorbelastningssignal 128, vilka tillförs från motorn 102 eller ett förgasarspjäll, in till styrenheten 140.

Med avseende på styrning av temperaturen hos den gasblandning som tillförs turbinen 106 vid betingelser med högt varvtal och hög belastning, begränsar styrenheten 140 temperaturen i gasblandningen till en temperatur som maximerar driften av turbinen 106, utan att denna temperatur blir så hög att den skadar mekanismen i turbinen 106. I en utförandeforrn är en temperatur på omkring 925 ”C en optimal temperatur för gasblandningen att driva 10 15 20 25 30 15 turbinen 106. När temperaturen hos den gasblandning som matas in i turbinen 106 börjar överstiga 900 °C öppnas återloppsventilen 118 för att låta komprimerad luft från kompressom 108 kyla de heta avgaserna från den katalytiska konverteraren 116 innan de passerar in i turbinen 106.

Styrenheten 140 kan utformas att som mål ha en temperatur på omkring 925 °C, med en övre gräns på 950 °C och en nedre gräns på 900 °C. Gränsen vid 950 °C är en gräns vid vilken skador på turbinen 106 kan inträffa om konventionella material används. Givetvis kan styrenheten utformas för andra temperaturer, beroende på de särskilda typer av komponenter och material som används i turbinen 106. En konventionell styrlogisk enhet som använder proportional-integralderivata (PID) kan användas i styrenheten 140 för att producera dessa kontrollerade resultat.

Fördelen med att styra temperaturen hos den gasblandning som går in i turbinen 106 är att användningen av bränsle i avgaserna för att begränsa gasblandningens inloppstemperatur i turbinen elimineras. Användning av flödet av svalare komprimerad luft för att kyla de heta avgaserna från den katalytiska konverteraren 116 kräver en stor mängd luft, som innehåller en stor massa, för att uppnå de önskade svalare temperaturerna i gasblandningen. Den mängd luft som lqävs för att kyla de heta avgaserna från den katalytiska konverteraren 116 är stor därför att den svalare komprimerade luften från kompressorn 108 inte är något bra kylmedel, i synnerhet jämfört med flytande bränsle som tillförs avgaserna. De heta avgaserna från utloppet i den katalytiska konverteraren 116 gör att den svalare komprimerade gasen från kompressorn 108 expanderar för att skapa gasblandningen. Eftersom en stor massa av den svalare komprimerade luften från kompressorn 108 krävs för att sänka temperaturen hos de heta gaserna från den katalytiska konverteraren 116 flödar ett stort massflöde av gasblandningen över turbinen 106, vilket kraftigt ökar uteffekten hos turbinen 106. Turbinens kraft ökar med den kraft som motsvarar av skillnaden mellan förändringen av massflödet och det arbete som krävs för att komprimera den komprimerade luft som flödar genom återloppsventilen 118. Genom att temperatursignalen 130 för gasblandningen erhålls från 10 15 20 25 30 16 temperaturgivaren 138, och tillförseln av komprimerad luft styrs genom återloppsventilen 118, överskrids inte den maximala temperaturen.

Styrenheten 140 kontrollerar även återloppsventilen 118 för att begränsa toppar i kompressorn 108. Gränsen för belastningstoppar är ett gränsvärde som varierar som funktion av förstärkningstrycket, flödet av luft genom kompressom och utformningen av kompressorn 108. De kompressorer, såsom kompressor 108, som vanligen används i turboladdare, överskrider en gräns för belastningstoppar när flödet av inloppsluft 122 är lågt och tryckförhållandet mellan inloppsluften 122 och den komprimerade luften är högt. I konventionella super-turboladdare är flödet av inloppsluft 122 lågt när motorvarvtalet (rpm) 126 är lågt. Vid låga varvtal, när motorn 102 inte använder den komprimerade luften i stora volymer av, är massflödet av inloppsluft 122 lågt, och belastningstoppar inträffar därför att den roterande kompressorn 108 inte kan pressa luft in i en högtrycksledning utan ett rimligt flöde av inloppsluft 122. Återloppsventilen 118 tillåter flöde genom ledningen för komprimerad luft 109 och förhindrar eller reducerar belastningstoppar i kompressorn 108. Sedan en belastningstopp inträffat i kompressorn 108 kan inte trycket i ledningen för komprimerad luft 109 upprätthållas vid tillstånd med låga varvtal och hög belastning hos motorn 102, kan därför trycket hos den komprimerade luften i ledningen för komprimerad luft 109 falla under önskade nivåer. Genom öppnandet av återloppsventilen 118 ökas flödet av inloppsluft 122 genom kompressorn 108, i synnerhet vid tillstånd med låga varvtal och hög belastning hos motorn, vilket tillåter att de önskade förstärkningsnivåerna uppnås i ledningen för komprimerad luft 109. Återloppsventilen 118 kan helt enkelt öppnas tills önskat tryck i ledningen för komprimerad luft 109 har uppnåtts. Genom att helt enkelt detektera förstärkningstrycket i ledningen för komprimerad luft 109 kommer emellertid en belastningstopp att inträffa innan återloppsventilen 118 öppnas för att ta kompressom 108 ut ur en belastningstopp.

Det är emellertid till fördel att bestämma en gräns för belastningstoppar och öppna återloppsventilen 118 i förväg, innan en belastningstopp inträffat. För 10 15 20 25 30 17 ett givet varvtal och önskad förstärkningsnivå kan en gräns för belastningstoppar bestämmas. Återloppsventilen 118 kan börja öppnas innan kompressorn 108 uppnår en beräknad gräns för belastningstoppar. Tidigt öppnande av ventilen låter kompressom snabbare öka rotationen upp till ett högre förstärkningstryck eftersom kompressom håller sig närmare de högre effektivitetspunkterna bland kompressorns driftsparametrar. Snabb höjning av förstärkningstrycket vid låga varvtal kan därmed uppnås. Genom öppnande av ventilen innan en belastningstopp inträffar kan även ett stabilare styrsystem uppnås. Öppnandet av återloppsventilen 1 18 på sådant sätt att styrbarheten hos motorn 102 förbättras, uppnås genom att motom 102 tillåts uppnå ett högre förstärkningstryck snabbare när motom 102 befinner sig på ett lägre varvtal.

Kompressorn 108 är också effektivare, vilket resulterar i mindre arbete för växellådan 110 att uppnå superladdning. Styrning av gränsen för belastningstoppar kan modelleras inom ramen för en styrsimuleringskod som baseras på en standardmodell, såsom MATLAB. Modellering på detta sätt tillåter simulering av styrenhet 140 och auto-kodning av algoritmer för styrenhet 140.

Ett modellbaserat styrsystem, såsom det som beskrivs ovan, är unikt på så sätt att användningen av växellådan 110 för att styra rotationen av turbinen 106 och kompressom 108 genererar förstärkningstryck utan turbo- fördröjning. Med andra ord kan växellådan 110 utvinna rotationsenergi från vevaxeln 112 för att driva kompressorn 108 för att mycket snabbt uppnå en önskad förstärlming i ledningen för komprimerad luft 109, och innan turbinen 106 genererar tillräcklig mekanisk energi för att driva kompressom 108 på en sådan önskad nivå. På detta sätt reduceras eller elimineras de styrsystem i en konventionell turboladdare som ska reducera fördröjning.

Den modellbaserade styrningen hos styrenhet 140 bör utformas för att bibehålla optimal effektivitet hos kompressom 108 inom driftparametrarna för kompressorn 108. 10 15 20 25 30 18 Styrmodellen för styrenhet 140 bör även vara noggrant modellerad efter driftparametrarna för tryck, anpassade enligt det massflöde som tillåts av motorn för en given målhastighet och belastning, varvid målhastighet och belastning kan definieras relativt positionen för förgasarspjället i fordonet.

Som visas i figur 1, kan motorhastighetssignalen 126 erhållas från motorn 102 och appliceras på styrenheten 140. På liknande sätt kan motorbelastningssignalen 128 erhållas från motorn 102 och appliceras på styrenheten 140. Alternativt kan dessa parametrar erhållas från givare placerade på förgasarspjället (ej visat). Äterloppsventilen 118 kan då öppnas som respons på en styrsignal 142 genererad av styrenheten 140. Tryckgivare 136 genererar signalen 132 för den komprimerade luftens ingångstryck, vilken appliceras på styrenheten 140; denna beräknar styrsignalen 142 som respons på motorhastighetssignalen 126, motorbelastningssignalen 128 och signalen 132 för den komprimerade luftens ingångstryck.

Under driftbetingelser för motorn 102,vid vilka en gräns för belastningstoppar inte är på väg att uppnås av kompressorn 108, och temperaturen i gasblandningen, som den detekteras av temperaturgivaren 138, inte har uppnåtts, är återloppsventilen 118 stängd så att systemet arbetar som ett konventionellt super-turboladdat system. Detta inträffar vid en majoritet av driftsparametrarna hos motorn 102. När förhållanden med hög belastning och låga varvtal hos motorn 102 inträffar öppnas återloppsventilen 1 18 för att undvika belastningstoppar. På liknande sätt produceras vid förhållanden med höga varvtal och hög belastning hos motorn 102 höga temperaturer i avgaserna vid utloppet från den katalytiska konverteraren 116, så att återloppsventilen 118 måste öppnas för att hålla temperaturen hos den gasblandning som appliceras på turbinen 106 under en temperatur som skulle orsaka skador på turbinen 106.

Figur 2 är ett detaljerat diagram över den utförandeform av det högeffektiva super-turboladdade motorsystem som illustreras i figur 1. Som det visas i figur 2 inkluderar motor 102 en super-turboladdare som har modifierats, vilket beskrivits hårovan med referens till figur 1, för att tillhandahålla en högre övergripande effektivitet än konventionella super-turboladdade 10 15 20 25 30 19 motorer, samt även tillhandahålla hög optimal effektivitet vid driftsbetingelser med låga varvtal och hög belastning, såväl som hög optimal effektivitet vid driftsbetingelser med höga varvtal och hög belastning. Super-turboladdaren inkluderar en turbin 106 som är mekaniskt kopplad via en axel till kompressor 108. Kompressor 108 komprimerar inloppsluft 122 och befordrar den komprimerade inloppsluften till rörledning 204. Rörledning 204 är kopplad till återloppsventil 118 och mellankylare 114. Som visat härovan har mellankylaren 1 14 funktionen att kyla den komprimerade luften, som hettas upp under komprimeringsprocessen. Mellankylaren 114 är kopplad till rörledningen för komprimerad luft 226, vilken i sin tur är kopplad till inloppsgrenröret (ej visat) hos motom 102. Tryckgivare 136 är kopplad till rörledningen för komprimerad luft 204 för att detektera trycket och tillhandahålla en tryckavläsning via signalen 132 för den komprimerade luftens inloppstryck, vilken appliceras på styrenhet 140. Äterloppsventilen 118 styrs via en ventil-styråterkopplingssignal 142 genererad av styrenheten 140, som det visats härovan. Under vissa driftbetingelser öppnas återloppsventil 118 för att tillföra komprimerad luft från rörledningen för komprimerad luft 204 till en blandningskarnmare 206.

Som visas i utförandeforrnen enligt figur 2 innefattar blandningskammaren 206 helt enkelt en serie öppningar 202 i den katalytiska konverterarens utloppsledning 208, vilka omges av rörledningen för komprimerad luft 204 på så sätt att komprimerad luft tillförd genom rörledningen för komprimerad luft 204 passerar genom öppningarna 202 för att blandas med avgaserna i den katalytiska konverterarens utloppsledning 208. Varje önskad typ av blandningskarnmare kan användas för att blanda den svalare komprimerade luften med avgaserna för att sänka temperaturen hos avgaserna.

Temperaturgivare 138 är placerad i den katalytiska konverterarens utloppsledning 208 för att mäta temperaturen hos avgaserna i den katalytiska konverterarens utloppsledning 208. Temperaturgivare 138 tillhandahåller en gasblandningstemperatursignal 130 till styrenheten 140, vilken kontrollerar återloppsventilen 118 för att säkerställa att temperaturen hos avgaserna i den katalytiska konverterarens utloppsledning 208 inte överskrider en maximitemperatur som skulle orsaka skador på turbinen 106. 10 l5 20 25 30 20 Den katalytiska konverteraren 116 är kopplad till avgasgrenröret 210 via den katalytiska konverterarens inloppsrör 214. Genom placering av den katalytiska konverteraren 116 intill avgasgrenröret 210 kommer de heta avgaserna från motom att flöda direkt in i den katalytiska konverteraren 116, vilket hjälper till att aktivera den katalytiska konverteraren 116. Med andra ord tillåter inte placeringen av den katalytiska konverteraren 116 nära utloppet för motorns avgaser att avgaserna kyls väsentligt innan de går in i den katalytiska konverteraren 1 16, vilket höjer prestandan hos den katalytiska konverteraren 116. Då avgaserna passerar genom den katalytiska konverteraren 1 16 adderar den katalytiska konverteraren 1 16 ytterligare värme till avgaserna. Dessa mycket heta avgaser vid utloppet från den katalytiska konverteraren 116 tillförs utloppsledningen från den katalytiska konverteraren 208, och kyls i blandningskammaren 206 med den komprimerade inloppsluften från rörledningen för komprimerad luft 204.

Beroende på temperaturen hos de mycket heta avgaser som produceras vid utloppet från den katalytiska konverteraren 116, vilken varierar beroende på driftsbetingelserna för motorn 102, kommer olika mängder komprimerad luft att adderas till avgaserna under förhållanden med högt varvtal och hög belastning. Under förhållanden med lågt motorvarvtal och hög belastning har återloppsventilen 118 även funktionen att låta inloppsluft flöda genom kompressom för att undvika belastningstoppar. En belastningstopp påminner om aerodynamisk överstegring hos kompressorbladen, vilken inträffar som resultat av förhållanden med lågt flöde genom kompressom vid lågt motorvarvtal. När en belastningstopp inträffar faller trycket i inloppsgrenröret (ej visat) eftersom kompressorn 108 inte kan komprimera inloppsluften. Genom att luft tillåts flöda genom kompressom 108 som resultat av att återloppsventilen 118 har öppnats, kan trycket behållas i inloppsgrenröret så att, när det krävs hög dragkraft vid låga motorvarvtal, den höga dragkraften kan uppnås på grund av det höga trycket i inloppsgrenröret.

Som visats ovan, när motorn drivs under förhållanden med högt varvtal och hög belastning orsakar den katalytiska konverteraren 116 att stora mängder värme genereras i de avgaser som tillförs den katalytiska konverterarens 10 15 20 25 30 21 utloppsledning 208. Genom att tillföra svalare komprimerad inloppsluft till den katalytiska konverterarens utloppsledning 208 kan de heta avgaserna kylas under förhållanden med högt varvtal och hög belastning kylas. Då belastning och varvtal hos motorn ökar produceras hetare avgaser och mera av den komprimerade luften från rörledning 204 krävs. Om turbinen 106 inte tillför tillräcklig rotationsenergi för att driva kompressorn, som under förhållanden med lågt varvtal och hög belastning, kan motorns vevaxel 1 12 tillföra rotationsenergi till kompressorn 108 via drivrem 222, remskiva 218, axel 224, steglös växellåda 216 och växellåda 228. Återigen, vilken som helst del av framdrivningsenheten kan användas för att tillföra rotationsenergi till kompressorn 108, och figur 2 visar en tillämpning i enlighet med en visad utförandeform.

Som det även illustreras i figur 2 är en kallstartventil 120 också kopplad till rörledningen för komprimerad luft 204, som i sin tur är kopplad till rörledningen för kallstart 212. Rörledningen för kallstart 212 är kopplad till den katalytiska konverterarens inloppsrör 214, vilket befinner sig uppströms om den katalytiska konverteraren 116. Syftet med kallstartventilen är att tillföra komprimerad inloppsluft till inloppet för den katalytiska konverteraren 116 under startbetingelser, så som visats härovan. Under startbetingelser, innan den katalytiska konverteraren 116 uppnått fullständiga driftstemperaturer, tillförs extra syre via rörledningen för kallstart 212 för att initiera den katalytiska processen. Det extra syre som tillförs via rörledningen för kallstart 212 bidrar vid initieringen av den katalytiska processen.

Styrenhet 140 styr kallstartventilen 120 via styrenhetens styrsignal 144 för kallstartventil, som respons på motorvarvtalssignalen 126, motorbelastningssignalen 128, och gasblandningstemperatursignalen 130.

Därigenom fungerar den högeffektiva, super-turboladdade motorn 100 med gnist-tändning på ett sätt som påminner om en super-turboladdare, med det undantaget att återloppsventilen 118 tillför en andel av den komprimerade luften från kompressorn till turbinens inlopp av två anledningar. En anledning är kylningen av avgaserna innan dessa går in i turbinen, så att hela energin i avgaserna kan utnyttjas och någon spillventil inte behövs 15 20 25 22 under förhållanden med högt varvtal och hög belastning. Den andra anledningen är tillhandahållandet av ett luftflöde genom kompressorn för att undvika belastningstoppar vid förhållanden med lågt varvtal och hög belastning. Dessutom kan den katalytiska konverteraren kopplas in i avgasflödet innan avgaserna når fram till turbinen, så att den värme som genereras av den katalytiska konverteraren 116 kan användas för att driva turbinen 106 och för att expandera den komprimerade inloppsluft som blandas med de heta gaserna från den katalytiska konverteraren 116, vilket betydligt ökar systemets effektivitet. Vidare kan kallstartventilen 120 användas för att initiera den katalytiska processen i den katalytiska konverteraren 116 genom att tillföra syre till avgaserna under startbetingelser.

Föregående beskrivning av uppfinningen har presenterats i illustrativa och beskrivande syften. Den är inte avsedd att vara uttömmande eller att begränsa uppfinningen till den exakta form i vilken den presenterats, och andra modifieringar och variationer kan vara möjliga i ljuset av de ovanstående läroma. Utförandeformen valdes ut och beskrevs i syfte att på bästa sätt förklara uppfinningens principer och dess praktiska tillämpning, för att därigenom göra det möjligt för andra med kunskaper inom området att på bästa sätt utnyttja uppfinningen i sådana olika slag av utförandeformer och olika slag av modifieringar som är lämpliga för den speciella tilltänkta användningen. Avsikten är att de vidstående patentkraven ska betraktas som inkluderande andra alternativa utförandeformer av uppfinningen, förutom i den mån detta begränsas av redan känd teknik.

Claims (32)

10 15 20 25 30 23 PATENTKRAV

1. Motorsystem med hög effektivitet, innefattande: en motor; en super-turboladdare kopplad till denna motor på sådant sätt att den överför mekanisk rotationsenergi mellan en framdrivningsenhet och denna super-turboladdare; en ventil som reglerar ett flöde av komprimerad luft från denna super-turboladdare, vilket flöde blandas med avgaser från nämnda motor innan dessa avgaser går in i denna super-turboladdare, så att denna komprimerade luft kyler dessa avgaser till en temperatur som ligger under en på förhand bestämd maximal temperatur, för att undvika skador på denna super-turboladdare.

2. Motorsystem enligt patentkrav 1, vidare innefattande: en katalytisk konverterare, kopplad till nämnda motor, som tar emot avgaserna från denna motor innan dessa avgaser går in i super- turboladdaren.

3. Motorsystem enligt patentkrav 2, vari super-turboladdaren vidare innefattar: en mekanisk växellåda som överför mekanisk rotationsenergi hos denna super-turboladdare från super-turboladdaren till en framdrivningsenhet, för att höja effektiviteten hos detta motorsystem och utvinna överskottsenergi från super-turboladdaren för att undvika skador på denna super-turboladdare, och som överför mekanisk rotationsenergi hos denna framdrivningsenhet från framdrivningsenheten till super- turboladdaren för att undvika turbo-fördröjning.

4. Motorsystem enligt patentkrav 3, vari nämnda ventil även bibehåller ett flöde av luft genom super-turboladdaren för att reducera belastningstoppar i denna super-turboladdare.

5. Motorsystem enligt patentkrav 4, vidare innefattande: 10 15 20 25 30 24 en styrenhet som tar emot driftparametrar från nämnda motor, och genererar styrsigrialer som kontrollerar manövreringen av nämnda ventil.

6. Motorsystem enligt patentkrav 5, vidare innefattande: en avgasrörledning som är funktionellt kopplad till en rörledning för komprimerad luft, och som tar emot flödet av denna komprimerade luft.

7. Förfarande för förbättrande av effektiviteten hos ett motorsystem, innefattande: kopplande av en super-turboladdare till en motor; tillhandahållande av ett flöde av komprimerad luft från denna super-turboladdare till avgaser från motorn, innan dessa avgaser går in i super-turboladdaren, så att den komprimerade luften kyler avgaserna till en temperatur som ligger under en på förhand bestämd maximal temperatur för att undvika skador på nämnda super-turboladdare, och även tillför ytterligare massa till de avgaser som går in i super-turboladdaren.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, vidare innefattande: kopplande av en katalytisk konverterare mellan nämnda motor och nämnda super-turboladdare, så att avgaserna från motorn flödar genom denna katalytiska konverterare innan de går in i super-turboladdaren.

9. Förfarande enligt patentlaav 7, vidare innefattande: kopplande av mekanisk rotationsenergi hos nämnda super- turboladdare från denna super-turboladdare till en framdrivningsenhet för att förbättra effektiviteten hos nämnda motor och undvika skador på super- turboladdaren.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, vidare innefattande: reducering av turbo-fördröjning hos nämnda super-turboladdare genom att överföra framdrivningsenhetens mekaniska rotationsenergi från en framdrivningsenhet till denna super-turboladdare.

11. 1 1. Förfarande enligt patentkrav 9, vidare innefattande: 10 15 20 25 30 25 bibehållande av ett flöde av luft genom nämnda super- turboladdare för att reducera belastningstoppar hos denna super- turboladdare under sådana arbetsfaser hos motorn, när kompressor- belastningstoppar annars skulle uppstå.

12. Super-turboladdat motorsystem med hög effektivitet, innefattande: en motor; en super-turboladdare innefattande: en turbin som skapar turbingenererad mekanisk rotationsenergi från en gasblandning som flödar genom denna turbin; en kompressor som år mekaniskt kopplad till nämnda turbin och komprimerar en luftkälla, och som tillhandahåller en tillförsel av komprimerad luft till ett inloppsgrenrör hos motorn; en växellåda som är mekaniskt kopplad till turbinen och kompressorn, och som överför nämnda turbingenererade mekaniska rotationsenergi från turbinen till en framdrivningsenhet för att höja motorns utgående kraft och undvika skador på super-turboladdaren, och som överför av framdrivningsenheten genererad mekanisk rotationsenergi från framdrivningsenheten till kompressorn för att reducera turbo-fördröjning hos nämnda motor; en återloppsventil som tillför en andel av den komprimerade luft som blandas med avgaserna för att skapa nämnda gasblandning, varvid denna andel av den komprimerade luften är tillräcklig för att kyla dessa avgaser till under en på förhand bestämd maximal temperatur för att undvika skador på nämnda turbin, samt även tillhandahålla en ytterligare massa av nämnda luft till nämnda avgaser, vilket lägger ytterligare rotationsenergi till turbinen.

13. Motorsystem enligt patentkrav 12, vari ventilen även bibehåller ett flöde av nämnda luft genom kompressorn under sådana driftsfaser hos motorn när annars kompressor-belastningstoppar skulle inträffa.

14. Motorsystem enligt patentkrav 13, vidare innefattande: 10 15 20 25 30 26 en katalytisk konverterare, anordnad att ta emot nämnda avgaser från nämnda motor, vilka avgaser producerar en exoterm reaktion som lägger till värme till de avgaser som levereras till turbinen för att driva denna turbin.

15. Motorsystem enligt patentkrav 14, vidare innefattande: en styrventil för kallstart- som tillför en andel av den komprimerade luften till ett inlopp hos nämnda katalytiska konverterare för att lägga till syre till nämnda avgaser, vilket assisterar den katalytiska konverteraren vid initierandet av en exoterrn reaktion.

16. Motorsystem enligt patentkrav 15, vidare innefattande: en styrenhet som manövrerar nämnda återloppsventil och nämnda kallstartventil som respons på driftparametrar hos motorn.

17. Förfarande för att förbättra effektiviteten hos ett super- turboladdat system, innefattande: tillhandahållande av komprimerad luft från en kompressor hos en super-turboladdare; blandande av en andel av denna komprimerade luft med avgaser från nämnda motor för att skapa en gasblandning med en temperatur som inte överskrider en på förhand bestämd maximal temperatur, för att undvika skador på en turbin hos nämnda super-turboladdare; drift av denna turbin med denna gasblandning; överförande av ett överskott av turbingenererad mekanisk rotationsenergi från turbinen till en framdrivningsenhet, vilket överskott annars skulle orsaka att nämnda turbin skulle rotera med en hastighet som skulle orsaka skador på kompressorn.

18. Förfarande enligt patentkrav 17, vidare innefattande: överförande av mekanisk rotationsenergi genererad av framdrivningsenheten från nämnda framdrivningsenhet till nämnda kompressor för att reducera turbo-fördröjning.

19. Förfarande enligt patentkrav 18, vidare innefattande: 10 15 20 25 30 27 bibehållande av ett tillräckligt flöde av nämnda luftkälla genom nämnda kompressor, genom blandande av nämnda andel av den komprimerade luften med nämnda avgaser under sådana arbetsfaser hos motorn närbelastningstoppar annars skulle uppstå.

20. Förfarande enligt patentkrav 19, vidare innefattande: tillhandahållande av en katalytisk konverterare som tar emot nämnda avgaser och producerar en exoterm reaktion, vilken reaktion lägger till värme till nämnda avgaser; tillförande av dessa avgaser från ett utlopp hos den katalytiska konverteraren till nämnda turbin.

21. 2 1. Förfarande enligt patentkrav 20, vidare innefattande: tillhandahållande av en andel av den komprimerade luften till ett inlopp hos nämnda katalytiska konverterare under kallstartbetingelser, för att tillföra syre som assisterar den katalytiska konverteraren i att initiera den exoterma reaktionen.

22. Förfarande för att förbättra effektiviteten hos ett super- turboladdat motorsystem, innefattande: tillhandahållande av en motor; tillhandahållande av en katalytisk konverterare som är kopplad till ett avgasutlopp intill nämnda motor, vilken konverterare tar emot motoravgaser från denna motor, vilka aktiverar en exoterm reaktion i den katalytiska konverteraren, vilken reaktion lägger ytterligare energi till nämnda motoravgaser och producerar avgaser från den katalytiska konverteraren vid ett utlopp hos denna katalytiska konverterare, vilka avgaser är hetare än nämnda motoravgaser; tillhandahållande av ett flöde av komprimerad luft till ett inlopp hos nämnda motor med hjälp av en kompressor; blandande av en andel av denna komprimerade luft med avgaserna från den katalytiska konverteraren i en blandningskammare som befinner sig nedströms om den katalytiska konverteraren, för att producera 10 15 20 25 30 28 en gasblandning av nämnda avgaser från den katalytiska konverteraren och nämnda komprimerade luft; reglering av flödet av denna komprimerade luft in i nämnda blandningskammare med hjälp av en styrventil för att hålla denna gasblandning under en maximal temperatur, och för att behålla ett flöde av den komprimerade luften genom kompressom under sådana arbetsfaser hos motorn, när belastningstoppar i denna kompressor annars skulle uppstå; tillförande av denna gasblandning till en turbin som producerar turbingenererad mekanisk rotationsenergi som respons på flödet av denna gasblandning; överförande av denna turbingenererade mekaniska rotationsenergi från nämnda turbin till nämnda kompressor, vilken kompressor använder den turbingenererade mekaniska rotationsenergin för att komprimera en luftkälla för att producera den komprimerade luften, när nämnda flöde av nämnda gasblandning genom denna turbin är tillräckligt för att driva kompressom; utvinnande av åtminstone en andel av denna turbingenererade mekaniska rotationsenergi från turbinen, och applicering av denna andel av nämnda turbingenererade mekaniska rotationsenergi på en framdrivningsenhet, när nämnda andel av nämnda turbingenererade mekaniska rotationsenergi från turbinen inte behövs för att driva kompressorn; tillhandahållande av mekanisk rotationsenergi skapad av framdrivningsenheten från nämnda framdrivningsenhet till kompressom för att undvika turbo-fördröjning när flödet av gasblanclningen genom turbinen inte är tillräckligt för att driva kompressorn.

23. Förfarande enligt patentkrav 22, vari nämnda maximala temperatur hos nämnda gasblandning ligger under en temperatur vid vilken denna gasblandning annars skulle orsaka skador på turbinen.

24. Förfarande enligt patentkrav 23, vari nämnda maximala temperatur hos nämnda gasblandning ligger under omkring 950°C. 10 15 20 25 30 29

25. Förfarande enligt patentkrav 23, vari nämnda effektivitet hos nämnda motor förbättras genom att någon spillventil inte används för att släppa ut överskott av gaser från nämnda gasblandning.

26. Förfarande enligt patentkrav 25, vari nämnda process för att utvinna överskott av turbingenererad mekanisk rotationsenergi från turbinen, och tillhandahålla av framdrivningsenheten genererad mekanisk rotationsenergi från framdrivningsenheten till nämnda kompressor, innefattar: användande av en växellåda som kopplar överskottet av turbingenererad mekanisk rotationsenergi och den av framdrivningsenheten genererade mekaniska rotationsenergin mellan denna framdrivningsenhet och en axel som kopplar samman turbinen och kompressorn.

27. Förfarande enligt patentkrav 26, vari nämnda process för att bibehålla ett flöde av nämnda komprimerade luft under nämnda motors arbetsfaser innefattar: bibehållande av ett flöde av nämnda komprimerade luft genom kompressorn när motorn arbetar vid låga varvtal och kräver hög dragkraft, genom att öppna nämnda återloppsventil för att reducera belastningstoppar.

28. Förfarande enligt patentkrav 27, van' nämnda process för att blanda nämnda komprimerade luft med nämnda hetare avgaser i en blandningskammare innefattar: tillhandahållande av minst en öppning i en avgasrörledning som är kopplad till en rörledning för komprimerad luft, så att den komprimerade luften flödar genom den minst ena öppningen och blandas med de hetare avgaserna i denna avgasrörledning.

29. Förfarande enligt patentkrav 28, vidare innefattande: blandande av en andel av nämnda komprimerade luft med nämnda avgaser uppströms om den katalytiska konverteraren under kallstarter av motorn, för att tillföra syre till den katalytiska konverteraren, 10 15 20 25 30 30 vilket assisterar denna katalytiska konverterare i att initiera nämnda exoterma reaktion.

30. Super-turboladdat motorsystem, innefattande: en motor; en katalytisk konverterare kopplad till en avgasledning intill ett avgasutlopp hos nämnda motor, på sådant sätt att heta avgaser från motorn aktiverar en exoterrn reaktion i den katalytiska konverteraren, vilken reaktion adderar energi till dessa heta avgaser och producerar hetare avgaser; en kompressor kopplad till en luftkälla, som tillhandahåller komprimerad luft med ett tryck som är högre än en trycknivå hos dessa heta avgaser; en rörledning som tillför denna komprimerade luft till de hetare avgaserna, så att åtminstone en andel av denna komprimerade luft blandas med dessa hetare avgaser för att bilda en gasblandning; en turbin som är mekaniskt kopplad till kompressom och skapar turbingenererad mekanisk rotationsenergi från denna gasblandning; en ventil som reglerar flödet hos denna andel av den komprimerade luften genom nämnda rörledning, för att hålla gasblandningen under en på förhand bestämd maximal temperatur, och för att behålla ett flöde av luft från luftkällan genom kompressom under sådana arbetsfaser hos motorn när belastningstoppar i kompressom annars skulle uppstå; en växellåda som tillhandahåller av framdrivningsenheten genererad mekanisk rotationsenergi från en framdrivningsenhet till kompressom för att reducera turbo-fördröjning när nämnda flöde av avgaser genom turbinen inte är tillräckligt för att driva kompressom till en önskad förstärkningsnivå, och som utvinner överskott av turbingenererad mekanisk rotationsenergi från nämnda turbin för att hålla rotationshastigheter hos kompressom under en på förhand bestämd maximal rotationshastighet, vid vilken skador skulle uppstå på kompressorn.

31. Motorsystem enligt patentkrav 30, vidare innefattande: en styrenhet som detekterar temperaturnivåer hos nämnda gasblandning, rotationshastighet hos motom, en trycknivå hos den 10 31 komprimerade luften och motorns belastning, samt styr manövreringen av nämnda ventil och utväxlingen hos nämnda växellåda.

32. Motorsystem enligt patentkrav 31, vidare innefattande: en styrventil för kallstart som tillhandahåller ännu en andel av nämnda komprimerade luft till nämnda avgasrörledning uppströms om den katalytiska konverteraren, för att lägga till syre till avgasema för att assistera den katalytiska konverteraren i att initiera en exoterm reaktion under kallstarter.