特許 7403258 高高度内燃機関／ターボチャージャー排気燃焼器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】高高度内燃機関／ターボチャージャー排気燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/00 20060101AFI20231215BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20231215BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20231215BHJP

   F02B 37/20 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

F02B37/00 302G

F02B37/00 400E

F02B37/00 500B

F02B37/013

F02B37/18 A

F02B37/20

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019153610

(22)【出願日】2019-08-26

(65)【公開番号】P2020041542

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】16/114,046

(32)【優先日】2018-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ビッグビー－ハンセン， ウィリアム ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， ティモシー エー．

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－０００５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３５４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３１５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５０６２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２６３０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０６７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５１０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０３７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０３７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８０３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０９７９７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４４４９３７０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インテーク（２１２）、前記インテーク（２１２）に連結された燃焼室、及び前記燃焼室に連結された排気管（２０２）を備えた、内燃機関（４０２）、
前記排気管（２０２）に連結され、前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された、ターボチャージャー（２０８）、
前記排気管（２０２）に連結され、前記燃焼室と前記ターボチャージャー（２０８）との間に配置され、前記排気管（２０２）の一部分に燃料を供給するように構成された、燃料噴射装置（２０４）、
前記排気管（２０２）に連結され、前記燃焼室と前記ターボチャージャー（２０８）との間に配置され、前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料噴射装置（２０４）によって供給された前記燃料に点火するように構成された、点火装置（２０６）、並びに
前記内燃機関（４０２）、前記燃料噴射装置（２０４）、及び前記点火装置（２０６）と、通信可能に接続されたコントローラ（４１４）
を備え、
前記コントローラ（４１４）が、
前記内燃機関（４０２）がシャットダウンしたと判定し（６０４）、
前記内燃機関（４０２）がシャットダウンしたと判定した後で、前記内燃機関（４０２）を通して前記排気管（２０２）に空気を流すように前記内燃機関（４０２）を電気的にモータで駆動しながら、前記燃料噴射装置（２０４）が前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料を供給するための指示命令を提供し（６０６）、
前記燃料噴射装置（２０４）が前記燃料を供給した後で、前記点火装置（２０６）が前記燃料に点火するための指示命令を提供する（６０８）ように構成されている、
航空機推進器（１０８）。

【請求項2】

前記ターボチャージャー（２０８）が、第１のターボチャージャー（２０８Ａ）であり、
前記燃料噴射装置（２０４）及び前記点火装置（２０６）の下流に配置され、前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された、第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）を更に備える、請求項１に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項3】

前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された第３のターボチャージャー（２０８Ｃ）を更に備える、請求項２に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項4】

前記排気管（２０２）が、第１のセクション（２０２Ａ）及び前記第１のセクション（２０２Ａ）の下流の第２のセクション（２０２Ｂ）を備え、前記第１のターボチャージャー（２０８Ａ）が、前記第１のセクション（２０２Ａ）に連結され、前記第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）が、前記第２のセクション（２０２Ｂ）に連結されている、請求項２又は３に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項5】

前記排気管（２０２）を第１のセクション（２０２Ａ）と第２のセクション（２０２Ｂ）に分離するＹ継ぎ手を備え、前記第１のターボチャージャー（２０８Ａ）が、前記第１のセクション（２０２Ａ）に連結され、前記第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）が、前記第２のセクション（２０２Ｂ）に連結されている、請求項２から４のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項6】

前記排気管（２０２）内に配置され、前記排気管（２０２）内の気流の速度を検出するように構成されたセンサをさらに備え、
前記コントローラ（４１４）は、前記センサにより検出された前記気流の速度に応答して、前記点火装置（２０６）が前記燃料に点火するための前記指示命令を提供するタイミングを調整するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項7】

前記燃料が水素を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項8】

前記内燃機関（４０２）に、ストイキ未満の空燃混合物が供給される、請求項１から７のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項9】

前記排気管（２０２）に連結され、前記ターボチャージャー（２０８）の上流に配置された、バイパス流路（２１８）、及び
前記バイパス流路（２１８）内に配置され、前記バイパス流路（２１８）内の流れを制御するように構成された、弁（２２０）を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の航空機推進器（１０８）を動作させる方法であって、
前記内燃機関（４０２）がシャットダウンしたと判定すること（６０４）、
前記内燃機関（４０２）がシャットダウンしたと判定したこと（６０４）に応答して、前記内燃機関（４０２）を電気的にモータで駆動することにより、前記内燃機関（４０２）を通して前記排気管（２０２）に空気を流すこと（６０６）、
前記燃料と前記空気の混合物を生成するために、前記燃料噴射装置（２０４）によって、前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料を供給すること（６０６）、
前記点火装置（２０６）によって、前記混合物に点火すること（６０８）、及び
前記混合物に点火したことに応答して、前記ターボチャージャー（２０８）に動力供給すること（６１０）を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、広くは、航空機に関し、特に、ターボチャージャー付き内燃航空機推進器に関する。

【背景技術】

【0002】

特定の状況では、高高度での航空機の動作が、航空機推進器の再始動動作を必要とする場合がある。例えば、特定の航空機推進器は、内燃機関の排気からのエネルギーによって動力供給される１以上のターボチャージャーを含み得る、内燃機関であってよい。高高度では空気が薄くなるので、内燃機関は、内燃機関を再始動すると共にターボチャージャーをスプール（spool）するのに十分な気流及び出力を提供することができない。

【発明の概要】

【0003】

排気燃焼器を含む航空機推進器用のシステム及び方法が開示される。特定の実施例では、内燃機関、ターボチャージャー、燃料噴射装置、及び点火装置を含む、航空機推進器が開示される。内燃機関は、インテーク、インテークに連結された燃焼室、及び燃焼室に連結された排気管を含み得る。ターボチャージャーが、排気管に連結されてよく、排気管内の流れによって動力供給されるように構成されてよい。燃料噴射装置が、排気管に連結されてよく、燃焼室とターボチャージャーとの間に配置されてよく、排気管の一部分に燃料を供給するように構成されてよい。点火装置が、排気管に連結されてよく、燃焼室とターボチャージャーとの間に配置されてよく、燃料噴射装置から排気管の一部分に供給された燃料に点火するように構成されてよい。

【0004】

別の一実施例では、別の航空機推進器が開示され得る。航空機推進器は、内燃機関、電気モータ、電気的に補助されるターボチャージャー、及びコントローラを含み得る。内燃機関は、インテーク、インテークに連結された燃焼室、及び燃焼室に連結された排気管を含み得る。電気的に補助されるターボチャージャーは、排気管に連結されてよく、ターボチャージャーは、代替的に又は同時に、排気管内の流れによって又は電気モータによって動力供給されるように構成されてよい。コントローラが、内燃機関及び電気的に補助されるターボチャージャーと通信可能に接続されてよく、内燃機関が出力減少していると判定し、内燃機関が出力減少していると判定したことに応答して、内燃機関を再始動し、内燃機関を再始動する際に、電気モータを電気的に動作させて、電気的に補助されるターボチャージャーをスプールするように構成されてよい。

【0005】

本発明の範囲は、参照することによってこのセクションに組み込まれる特許請求の範囲によって規定される。以下の１以上の実施態様の詳細な説明を考慮することにより、当業者は、本開示をより完全に理解し、その更なる利点を認識することとなる。これより、まず簡潔に説明される添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の一実施例による航空機を示す。

【図2A】本開示の一実施例による、航空機推進器のターボ圧縮システム部分を示す。

【図2B】本開示の一実施例による、航空機推進器のターボ圧縮システム部分を示す。

【図3】本開示の一実施例による、航空機推進器の排気燃焼器の側面図及び側面切断図を示す。

【図4】本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の構成を詳細に示すブロック図である。

【図5】本開示の一実施例による、排気駆動及び電気ターボチャージャーを有する航空機推進器の別の構成を詳細に示すブロック図である。

【図6】本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の動作を詳細に示すブロック図である。

【図7】本開示の一実施例による、排気電気ターボチャージャーを有する航空機推進器の動作を詳細に示すブロック図である。

【図8】本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の組み立てを詳細に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示の実施例とそれらの利点とは、下記の詳細な説明を参照することにより最もよく理解できる。１以上の図面で示される類似の要素を識別するために類似の参照番号が使用されることを理解するべきである。

【0008】

高高度で航空機推進器を再始動するための排気燃焼器を有するそのような航空機推進器の様々な実施例が、本明細書で説明される。そのような航空機推進器は、排気管及び排気管に連結された（１以上の）ターボチャージャーを有する、内燃機関を含み得る。排気管の一部分に燃料を供給するために、燃料噴射装置が排気管に連結されてよい。燃料噴射装置によって供給された燃料に点火するために、点火装置も排気管に連結されてよい。したがって、航空機推進器が、高所で再始動する必要があるときに、燃料噴射装置が燃料を排気管に供給し、その後、その燃料が点火装置によって点火されて、ターボチャージャーに動力供給することができる。したがって、内燃機関は、ターボチャージャーを再始動するために、単独で動力及び気流を提供する必要がないだろう。そのような構成は、高高度で動作しているときに、航空機推進器の再始動をより容易にすることができる。

【0009】

図１は、本開示の一実施例による航空機を示す。航空機１００は、胴体１０２、主翼１０４、尾部１０６、及び航空機推進器１０８を含む。主翼１０４及び尾部１０６は、胴体１０２に取り付けられている。航空機推進器１０８も、胴体１０２に取り付けられてよいが、他の実施例では、胴体１０２、主翼１０４、及び尾部１０６のうちの１以上に取り付けられてよい。

【0010】

図１の航空機１００は、固定翼ドローン航空機である。他の例示的な実施例では、航空機１００が、別の種類のドローンや、乗務員及び／又は乗客を運ぶ航空機などの、何らかの他の種類の航空機であってよい。例えば、航空機１００は、別の種類の固定翼航空機、ヘリコプター若しくは他の垂直若しくは短距離離着陸輸送体、宇宙船、及び／又は別の種類の輸送体全体（例えば、エクラノプラン（ekranoplan））であってよい。特定の実施例では、そのような航空機が、高高度で動作するように構成されてよく、１以上のターボチャージャーを有する航空機推進器を含んでよい。

【0011】

特定の実施例では、航空機推進器１０８が、内燃機関を含んでよい。例えば、内燃機関は、ピストンモータ、回転モータ、ジェットエンジン、又は別の種類の内燃機関であってよい。特定のそのような実施例では、内燃機関が、ガソリン、ディーゼル、水素、天然ガス、ジェット燃料、又は別の種類の燃料源を利用することができる。

【0012】

図２Ａ及び図２Ｂは、本開示の一実施例による、航空機推進器のターボ圧縮システム部分を示している。図２Ａ及び図２Ｂは、排気第１部分２０２Ａ、排気第２部分２０２Ｂ、排気第３部分２０２Ｃ、排気第４部分２０２Ｄ、及び排気バイパス２１８を有する、航空機推進器の排気管及びターボチャージャー部分の異なる図を示している。

【0013】

排気第１部分２０２Ａは、内燃機関から排気を受け取る。特定の実施例では、内燃機関が、ストイキ（stoichiometric）未満の空燃比で（例えば、燃焼の後で未だに酸素が残っている空燃比で）動作することができる。例えば、内燃機関は、水素によって動力供給されてよく、ストイキ未満で（例えば、ストイキの略２０％、４０％、６０％、又は８０％で）動作することができる。したがって、水素を燃料として使用する内燃機関の燃焼段階の後で、排気管内に未だに酸素が存在し得る。他の実施例では、内燃機関が、燃料を燃焼させるためではなく、空気を送り込むために動作してよい。

【0014】

第１のターボチャージャー２０８Ａが、排気第１部分２０２Ａと排気第２部分２０２Ｂとの間に配置されている。高高度で動作するなどの特定の状況下では、航空機推進器を、再始動する必要があるだろう。特定のそのような状況下では、高高度での空気が薄い。内燃機関を再始動することは、内燃機関が最初は低いエンジン速度で動作することをもたらす。そのような低いエンジン速度では、内燃機関が、ターボチャージャーをスプールするのに十分な気流及び出力を欠いている恐れがある。更に、１以上のスプールされていないターボチャージャーは、排気管内で更なる制約を課す場合があり、内燃機関が時機を得て（timely）エンジン速度を増加させることを妨げ得る。したがって、代替的な技法は、高高度で再始動するときにターボチャージャーをスプールすることが必要である。

【0015】

したがって、燃料噴射装置２０４は、排気第１部分２０２Ａに燃料を供給してよく、その燃料は、点火装置２０６によって点火される。供給された燃料は、排気管内に存在する酸素と混合してよい。その後、点火装置２０６は、空燃混合物（air-fuel mixture）に点火して、例えば、排気管内の気流を駆動することによって、第１のターボチャージャー２０８Ａに動力供給することができる。

【0016】

燃料噴射装置２０４及び点火装置２０６は、第１のターボチャージャー２０８Ａの前で、排気第１部分２０２Ａ内に配置されている。特定の実施例では、内燃機関が動作し空燃混合物を燃焼させることができる。そのような内燃機関は、ストイキ空燃比未満で動作する場合がある。したがって、結果として生じる内燃機関からの排気は、燃料を失っているが、未だ酸素が存在している可能性がある。したがって、そのような実施例では、燃料噴射装置２０４が、燃料のみを噴射するように構成されてよい。燃料は、排気管内に存在する残余酸素と混合してよい。他の実施例では、燃料噴射装置２０４が、予め混合された燃料と酸素を供給してよく、一方で、更に別の実施例では、複数の燃料噴射装置を含んでよく、複数の燃料噴射装置のうちの１つが燃料を供給するように構成され、別の燃料噴射装置が酸素を供給するように構成される。

【0017】

例えば、点火装置２０６は、燃料噴射装置２０４によって供給された燃料に点火するように構成された、スパークプラグや他のシステムであってよい。点火装置２０６は、点火のために空燃混合物に時機を得てスパークを提供するように構成されてよい。

【0018】

特定のそのような実施例では、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃなどの、複数のターボチャージャーが排気管に連結されてよい。したがって、図２Ａ及び図２Ｂで示されているように、第２のターボチャージャー２０８Ｂが、排気第２部分２０２Ｂと排気第３部分２０２Ｃとの間に配置されており、第３のターボチャージャー２０８Ｃが、排気第３部分２０２Ｃと排気第４部分２０２Ｄとの間に配置されている。そのようなターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃは、排気管内の気流によって動力供給されてよい。その後、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃに動力供給した排気は、排気第４部分２０２Ｄを通って出ることができる。排気流は、図２Ａ及び図２Ｂの細い矢印によって示されている。

【0019】

ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃのそれぞれは、スプールされたときに、内燃機関に供給される空気を圧縮するように構成されてよい。図２Ａ及び図２Ｂで示されているように、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃは、それぞれ、コンプレッサ２１０Ａ、２１０Ｂ、及び２１０Ｃを含む。コンプレッサ２１０Ａ、２１０Ｂ、及び２１０Ｃは、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び２０８Ｃがそれぞれスプールされたときに、空気が内燃機関の燃焼室に供給される前に、その空気を圧縮することができる。そのような圧縮された空気は、より大量の空気が内燃機関の燃焼室に供給されることを可能にする。その後、より大量の燃料が、それに従って供給され、したがって、その後、内燃機関がより大きい出力を生成することができる。

【0020】

そのような一実施例では、第１のターボチャージャー２０８Ａが、内燃機関の再始動について、最も大きな効果を有する（例えば、最も大きな制約を提供できる）ターボチャージャーであってよい。したがって、燃料噴射装置２０４及び点火装置２０６は、主として第１のターボチャージャー２０８Ａに動力供給するために、排気第１部分２０２Ａ内に配置されていてよい。他の実施例では、１以上の他のターボチャージャー（例えば、第２のターボチャージャー２０８Ｂ及び／又は第３のターボチャージャー２０８Ｃ）に動力供給するために、１以上の燃料噴射装置及び／又は点火装置を、排気第２部分２０２Ｂ、排気第３部分２０２Ｃ、及び／又は排気第４部分２０２Ｄに配置してよい。

【0021】

したがって、例えば、インテーク空気は、インテーク部分２１２Ａ～Ｄを通って流れることができる。インテーク気流は、図２Ａ及び図２Ｂの太い矢印で示されている。インテーク部分２１２Ａ及び２１２Ｂは、コンプレッサ２１０Ａの入口及び出口の何れかの側に連結されていてよい。インテーク部分２１２Ｂ及び２１２Ｃは、コンプレッサ２１０Ｂの入口及び出口の何れかの側に連結されていてよい。インテーク部分２１２Ｃ及び２１２Ｄは、コンプレッサ２１０Ｃの入口及び出口の何れかの側に連結されていてよい。

【0022】

空気は、インテーク部分２１２Ｄに入り、インテーク部分２１２Ｃ、２１２Ｂ、及び２１２Ａを通って移動することができる。コンプレッサ２１０Ａ、２１０Ｂ、及び２１０Ｃは、インテーク部分を通って移動する空気を圧縮することができる。その後、圧縮された空気は、インテーク部分２１２Ａを通ってインテーク部分から出て、内燃機関の燃焼室の中へ流れることができる。

【0023】

コンプレッサ２１０Ａ、２１０Ｂ、及び２１０Ｃによって空気を圧縮することにより、空気を加熱することができる。特定の実施例では、インテーク部分２１２Ａ、２１２Ｂ、及び／又は２１２Ｃが、中間冷却器２１４、２１６、及び２２２などの、１以上の中間冷却器に連結されてよい。中間冷却器２１４、２１６、及び２２２、並びに他の中間冷却器は、圧縮された空気を冷却することができ、より大きな空気密度を可能にする。

【0024】

排気管は、空気が、排気第１部分２０２Ａの中へ入る代わりに、排気バイパス２１８を通って流れることを可能にするＹ継ぎ手も含むことができる。排気バイパス２１８を通る気流は、弁２２０によって制御することができる。弁２２０は、排気バイパス２１８を通る気流の量を調節することができ、したがって、排気部分２０２Ａ、２０２Ｂ、及び／又は２０２Ｃ内の空気圧を制御することができる。したがって、弁２２０は、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び／又は２０８Ｃによって生成されるブーストの量を調節することができる。ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び／又は２０８Ｃが、（例えば、インテーク又は排気部分内の１以上の圧力センサによって）大き過ぎるブーストを生成していると判定された場合、弁２２０は、より多くの気流が排気バイパス２１８を通ることを可能にし、したがって、生成されるブーストの量を低減させることができる。逆に、弁２２０は、ターボチャージャー２０８Ａ、２０８Ｂ、及び／又は２０８Ｃが、より大量のブーストを生成することを可能にするために、排気バイパス２１８を通る気流を低減させ又は停止することができる。

【0025】

特定の他の実施例は、ターボチャージャー、排気管、又は他の構成要素の代替的な配置を含むことができる。例えば、排気は、排気管を第１のセクションと第２のセクションに分離するＹ継ぎ手を含むことができる。第１のターボチャージャーは、第１のセクションに連結されてよく、第２のターボチャージャーは、第２のセクションに連結されてよい。そのような一構成では、第１のターボチャージャー又は第２のターボチャージャーの何れかに動力供給するために、気流が、第１のセクションと第２のセクションに分散してよい。特定のそのような実施例では、燃料噴射装置及び／又は点火装置が、第１のセクション若しくは第２のセクションの一方若しくは両方内に配置されてよく、又は、第１及び第２のターボチャージャーの両方をスプールするために、Ｙの前に配置されてよい。

【0026】

図３は、本開示の一実施例による、航空機推進器の排気燃焼器の側面図及び側面切断図を示している。図３は、排気管の一部分内に配置された燃料噴射装置２０４及び点火装置２０６を示している。図３は、排気管の一部分の切断図も示している。

【0027】

切断図は、排気管の部分３０２及び３０４を示している。燃料噴射装置２０４は、燃料を部分３０２に供給するように構成されている。空気は、排気管を通って流路３０６を通って流れることができる。燃料噴射装置２０４によって供給される燃料は、したがって、排気管を通って流れている空気と混合してよい。

【0028】

空燃混合物は流れるので、その混合物は部分３０４に至る。点火装置２０６は、例えば、スパーク、電荷を生成し、又は他の方法によってエネルギーを空燃混合物に分け与えて、部分３０４内の空燃混合物に点火し、燃焼を開始させるように構成されてよい。その後、空燃混合物の燃焼は、部分３０２及び３０４の下流に配置されたターボチャージャーに動力供給することができる。

【0029】

図４は、本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の構成を詳細に示すブロック図である。図４は、エンジン４０２、燃料噴射装置４０４、点火装置４０８、ターボチャージャー４１０、燃料源４１２、及びコントローラ４１４を有する、航空機推進器を示している。燃料噴射装置４０４、点火装置４０８、及びターボチャージャー４１０は、排気管４０６の部分内に配置されてよい。

【0030】

エンジン４０２は、本明細書で説明されるように、内燃機関であってよい。排気管４０６は、エンジン４０２から燃焼副産物を受け取ってよい。その燃焼副産物は、残余酸素を含んでいてよい。燃料源４１２は、燃料噴射装置４０４に燃料を供給することができる。その後、燃料噴射装置４０４は、排気管４０６の部分に燃料を供給することができる。その後、結果として生じる空燃混合物は、燃焼のために点火装置４０８によって点火される。空燃混合物の燃焼が使用されて、ターボチャージャー４１０に動力供給し又はターボチャージャー４１０をスプールすることができる。

【0031】

コントローラ４１４は、点火装置４０８のタイミングを制御することができ、したがって、燃料噴射装置４０４が燃料を供給した後で、点火装置４０８が空燃混合物に点火する時を制御することができる。特定のそのような実施例では、コントローラ４１４が、例えば、排気管内の気流の速度に応答して、点火装置４０８のタイミングを制御することができる。したがって、排気管は、排気管内の気流の速度を検出するための１以上のセンサを含んでよい。その後、コントローラ４１４は、検出された気流の速度に応答して、点火装置４０８のタイミングを調整し、例えば、最適な燃焼のために１以上の期間においてスパークを提供することができる。

【0032】

図５は、本開示の一実施例による、排気駆動及び電気ターボチャージャーを有する航空機推進器の別の構成を詳細に示すブロック図である。図５は、エンジン５０２、電気ターボチャージャー５０４、空気駆動ターボチャージャー５０６、及びコントローラ５０８を有する、航空機推進器を示している。電気ターボチャージャー５０４及び空気駆動ターボチャージャー５０６は、排気管５１０の部分内に配置されてよい。電気ターボチャージャー５０４及び空気駆動ターボチャージャー５０６は、インテーク空気を圧縮するように構成されたコンプレッサを含んでよい。電気ターボチャージャーは、コンプレッサに連結された電気モータを含んでよい。

【0033】

エンジン５０２は、本明細書で説明されるように、内燃機関であってよい。また、本明細書で説明されるように、排気管５１０も、エンジン５０２から燃焼副産物を受け取ることができる。電気ターボチャージャー５０４は、バッテリ、又は別の推進器によって動力供給される航空機電気システムに接続されてよい。電気ターボチャージャー５０４は、（例えば、インテーク空気を圧縮するために）バッテリから受け取られた電気によって電力下で駆動されるように構成されてよく、他の状況では、インテーク空気を圧縮し且つ／又は発電するために（例えば、電気ターボチャージャーは、発電機として機能する）、排気管内の気流によって駆動されてよい。

【0034】

特定のそのような状況下では、電気ターボチャージャー５０４によって生成されるブーストが、発電によって制御されてよい。したがって、例えば、コントローラ５０８が、電気ターボチャージャー５０４がブースト閾値より大きい量のブーストを生成している判定した場合、コントローラ５０８は、その代わりに、電気ターボチャージャー５０４に発電させることができる。発電は、電気ターボチャージャー５０４によって生成されるブーストの量を（例えば、ブースト閾値未満に）低減させることができる。

【0035】

エンジン５０２が高所で再始動されることを必要とする実施例では、電気ターボチャージャー５０４が、より多くの気流をエンジン５０２に供給するために、電気的に駆動されてよい。したがって、電気ターボチャージャー５０４は、エンジン５０２への気流を増加させるために、少なくとも部分的に電力によって駆動されてよい。それによって、タービンを通る気流も増加することになる。エンジン５０２が再始動され、電気ターボチャージャー５０４に動力供給するのに十分な排気流を提供できるときに、電気ターボチャージャー５０４は、完全に又は部分的に排気流によってスプールされるように切り替えられてよい。電気ターボチャージャー５０４は、発電し且つ／又はブーストすることができる。コントローラ５０８は、電気ターボチャージャー５０４の動作を制御することができる。

【0036】

特定の実施例は、電気ターボチャージャー５０４の下流に、１以上の空気駆動ターボチャージャーを更に含むことができる。例えば、空気駆動ターボチャージャー５０６は、排気流によって動力供給されてよい。特定の実施例では、空気駆動ターボチャージャー５０６が、電気ターボチャージャー５０４の後で、スプールされるように構成されてよい。そのような構成は、１つの電気ターボチャージャー若しくは複数の電気ターボチャージャー、及び／又は、１つ若しくは複数の空気駆動ターボチャージャーを含んでよい。

【0037】

図６は、本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の動作を詳細に示すブロック図である。図６及び図７で詳細に示されている動作のうちの１つ、幾つか、又は全ては、１以上のコントローラによって制御することができる。図６のプロセスは、図２～図４で説明された航空機推進器を動作させるために使用されてよい。

【0038】

ブロック６０２では、内燃機関を動作させる。内燃機関は、排気管内に配置された１以上の燃料噴射装置及び点火装置のみならず、１以上のターボチャージャーを含む、排気管を含んでよい。内燃機関は、航空機に動力供給するために動作してよい。

【0039】

ブロック６０４では、内燃機関がシャットダウンし再始動を必要とするかどうかに関する判定が行われる。例えば、１以上のセンサ（例えば、内燃機関のエンジン速度又は排気温度を特定するためのセンサ）が使用されて、内燃機関が動作しているか否かを判定することができる。内燃機関が未だ動作していると判定された場合、プロセスは、ブロック６０２に戻り、エンジンを動作させる。（例えば、制御入力に応答して又はストーリング（stalling）を介して）内燃機関がシャットダウンしたと判定された場合、プロセスは、ブロック６０６に進むことができる。内燃機関がシャットダウンしたときに、航空機推進器の１以上のターボチャージャーもスプールされておらず、したがって、ブーストを生成していないかもしれない。

【0040】

ブロック６０６では、燃料噴射装置によって排気管の一部分の中に燃料が噴射される。排気管の一部分は、１以上のターボチャージャーの上流であってよく、したがって、エンジンを電気的にモータで駆動し又はエンジンを風車のように回転させながら、燃料を１以上のターボチャージャーの上流に噴射することができる。その後、燃料は、排気管内で酸素と混合してよい（例えば、内燃機関は、同時に再始動するプロセスにあってよく、したがって、空気を排気管の中へ送り込むことができる）。特定の実施例では、内燃機関内で燃焼がないために、燃焼が不完全であるために、且つ／又は内燃機関がストイキ空燃比よりも薄く動作しているために、酸素が排気管内に残っている可能性がある。

【0041】

ブロック６０８では、１以上の点火装置は、例えば、スパークを提供すること又は他の方法でエネルギーを提供することによって、燃料噴射装置によって供給された燃料に点火し、空燃混合物の燃焼を開始させることができる。その後、空燃混合物の燃焼は、ターボチャージャーをスプールすることができる。ターボチャージャーがスプールされている間に又はスプールされた後で、エンジンはモータで駆動されるか且つ／又は風車のように回転されてよい。例えば、エンジンは、ブロック６０６、６０８、及び／又は６１０が実行される任意の期間中に、モータで駆動され且つ／又は風車のように回転されてよい。特定の実施例では、スプールされたターボチャージャーが、エンジンを再始動することを可能にするのに十分なインテーク圧力を提供することができる。

【0042】

ブロック６１０では、エンジンが（例えば、エンジンに連結されたスターターによって）再始動され、ターボチャージャーが、点火装置による空燃混合物の燃焼からスプールされる。特定の実施例では、ターボチャージャーをスプールするために必要な排気流の容量を提供し維持することができる出力レベルで、エンジンが動作しているようになるまで、燃料噴射装置及び点火装置が動作を継続してよい。

【0043】

図７は、本開示の一実施例による、排気電気ターボチャージャーを有する航空機推進器の動作を詳細に示すブロック図である。図７のプロセスは、図５で説明された航空機推進器を動作させるために使用されてよい。

【0044】

ブロック７０２では、ブロック６０２と同様に、内燃機関を動作させる。ブロック７０４では、ブロック６０４と同様に、内燃機関が動作を停止したかどうかに関して判定が行われる。エンジンが動作していると判定された場合、プロセスは、ブロック７０２に戻るが、エンジンが動作していないと判定された場合、プロセスは、ブロック７０６に進む。

【0045】

ブロック７０６では、電気ターボチャージャーが、電気的に動作してよい（例えば、電気的にスプールされる）。ターボチャージャーを電気的にスプールすることにより、エンジンへの気流が増加した圧力に高められる。電気ターボチャージャーが動作している間に又は動作した後で、エンジンはモータで駆動されてよい。例えば、エンジンは、ブロック７０６の技法が実行されている間に、モータで駆動されてよい。特定の実施例では、電気ターボチャージャーが、エンジンを再始動することを可能にするのに十分なインテーク圧力を提供することができる。

【0046】

ブロック７０８では、エンジンが再始動される。電気ターボチャージャーをスプールするために必要な排気流の容積を提供し維持することができる出力レベルで、エンジンが動作しているようになると、電気ターボチャージャーは、電力での動作を停止して排気流によってスプールされてよい。

【0047】

図８は、本開示の一実施例による、排気燃焼器を有する航空機推進器の組み立てを詳細に示すブロック図である。ブロック８０２では、排気管を有する内燃機関が提供され、排気管にターボチャージャーが連結される。特定の実施例では、排気管が複数の部分に分割されてよく、複数のターボチャージャーが排気管の部分に連結されてよい。

【0048】

ブロック８０４では、燃料噴射装置が排気管に連結されてよい。ブロック８０６では、点火装置が、排気管に連結されてよい。特定の実施例では、排気管が、燃料噴射装置及び／又は点火装置用の１以上の開口を含んでよい。燃料噴射装置及び／又は点火装置は、１以上の開口の中へ挿入されてよい。

【0049】

また、ブロック８０４では、燃料源が燃料噴射装置に連結されてよい。燃料源は、燃料噴射装置が排気管に供給する燃料を提供することができる。更に、ブロック８０６では、電源も点火装置に接続されてよい。点火装置は、電源からの電力を使用して、排気管内の空燃混合物に点火し、ターボチャージャーをスプールすることができる。

【0050】

特定の実施例では、複数の燃料噴射装置及び／又は点火装置が、排気管内に配置されてよい（例えば、１以上の燃料噴射装置及び／又は点火装置の組が、各ターボチャージャー用に設けられてよい）。複数の燃料噴射装置及び／又は点火装置は、本明細書で説明されたように設けられ且つ連結されてよい。

【0051】

更に、本開示は、下記の条項による実施形態を含む。
条項１.
インテーク（２１２）、前記インテーク（２１２）に連結された燃焼室、及び前記燃焼室に連結された排気管（２０２）を備えた、内燃機関（４０２）、
前記排気管（２０２）に連結され、前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された、ターボチャージャー（２０８）、
前記排気管（２０２）に連結され、前記燃焼室と前記ターボチャージャー（２０８）との間に配置され、前記排気管（２０２）の一部分に燃料を供給するように構成された、燃料噴射装置（２０４）、並びに
前記排気管（２０２）に連結され、前記燃焼室と前記ターボチャージャー（２０８）との間に配置され、前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料噴射装置（２０４）によって供給された前記燃料に点火するように構成された、点火装置（２０６）を備える、航空機推進器（１０８）。
条項２．
前記ターボチャージャー（２０８）が、第１のターボチャージャー（２０８Ａ）であり、
前記燃料噴射装置（２０４）及び前記点火装置（２０６）の下流に配置され、前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された、第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）を更に備える、条項１に記載の航空機推進器（１０８）。
条項３．
前記排気管（２０２）内の流れによって動力供給されるように構成された第３のターボチャージャー（２０８Ｃ）を更に備える、条項２に記載の航空機推進器（１０８）。
条項４．
前記排気管（２０２）が、第１のセクション（２０２Ａ）及び前記第１のセクション（２０２Ａ）の下流の第２のセクション（２０２Ｂ）を備え、前記第１のターボチャージャー（２０８Ａ）が、前記第１のセクション（２０２Ａ）に連結され、前記第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）が、前記第２のセクション（２０２Ｂ）に連結されている、条項２に記載の航空機推進器（１０８）。
条項５．
前記排気管（２０２）を第１のセクション（２０２Ａ）と第２のセクション（２０２Ｂ）に分離するＹ継ぎ手を備え、前記第１のターボチャージャー（２０８Ａ）が、前記第１のセクション（２０２Ａ）に連結され、前記第２のターボチャージャー（２０８Ｂ）が、前記第２のセクション（２０２Ｂ）に連結されている、条項２に記載の航空機推進器（１０８）。
条項６．
前記内燃機関（４０２）、前記燃料噴射装置（２０４）、及び前記点火装置（２０６）と、通信可能に接続されたコントローラ（５０８）を更に備え、前記コントローラ（５０８）が、
前記内燃機関（４０２）が出力減少していると判定し（６０４）、
前記内燃機関（４０２）が出力減少していると判定した後で、前記燃料噴射装置（２０４）が前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料を供給するための指示命令を提供し（６０６）、
前記燃料噴射装置（２０４）が前記燃料を供給した後で、前記点火装置（２０６）が前記燃料に点火するための指示命令を提供する（６０８）ように構成されている、条項１に記載の航空機推進器（１０８）。
条項７．
前記燃料が水素を含む、条項１に記載の航空機推進器（１０８）。
条項８．
前記内燃機関（４０２）に、ストイキ未満の空燃混合物が供給される、条項１に記載の航空機推進器（１０８）。
条項９．
前記排気管（２０２）に連結され、前記ターボチャージャー（２０８）の上流に配置された、バイパス流路（２１８）、及び
前記バイパス流路（２１８）内に配置され、前記バイパス流路（２１８）内の流れを制御するように構成された、弁（２２０）を更に備える、条項１に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１０．
条項１に記載の航空機推進器（１０８）を備えた航空機（１００）であって、
胴体（１０２）、及び
主翼（１０４）を備え、前記航空機推進器（１０８）が、前記胴体（１０２）及び／又は前記主翼（１０４）に連結されている、航空機（１００）。
条項１１．
条項１に記載の航空機推進器（１０８）を動作させる方法であって、
前記内燃機関（４０２）が出力減少していると判定すること（６０４）、
前記内燃機関（４０２）が出力減少していると判定したこと（６０４）に応答して、前記内燃機関（４０２）を通して前記排気管（２０２）に空気を流すこと（６０６）、
前記燃料と前記空気の混合物を生成するために、前記燃料噴射装置（２０４）によって、前記排気管（２０２）の前記一部分に前記燃料を供給すること（６０６）、
前記点火装置（２０６）によって、前記混合物に点火すること（６０８）、及び
前記混合物に点火したことに応答して、前記ターボチャージャー（２０８）をスプールすること（６１０）を含む、方法。
条項１２．
条項１に記載の航空機推進器（１０８）を製造する方法であって、
前記ターボチャージャー（２０８）を前記排気管（２０２）に連結すること（８０２）、
前記燃料噴射装置（２０４）を、前記排気管（２０２）の前記一部分に連結すること（８０４）、及び
前記点火装置（２０６）を前記排気管に連結することを含む、方法。
条項１３．
インテーク（２１２）、前記インテーク（２１２）に連結された燃焼室、及び前記燃焼室に連結された排気管（５１０）を備えた、内燃機関、
電気モータ、
前記排気管（５１０）及び前記電気モータに連結された電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）であって、代替的に又は同時に、前記排気管（５１０）内の流れによって又は前記電気モータによって動力供給されるように構成されている、電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）、並びに
前記内燃機関及び前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）と通信可能に接続されたコントローラ（５０８）を備え、前記コントローラ（５０８）が、
前記内燃機関が出力減少していると判定し（７０４）、
前記内燃機関が出力減少していると判定したことに応答して、前記内燃機関を再始動し（７０８）、
前記内燃機関を再始動している（７０８）間に、前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）をスプールするために、前記電気モータを電気的に動作させる（７０６）ように構成されている、航空機推進器（１０８）。
条項１４．
前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）をスプールすることが、前記ターボチャージャー（５０４）のコンプレッサ（２１０）を回転させることを含む、条項１３に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１５．
前記コントローラ（５０８）が、
前記内燃機関が動作していると判定し、
前記ターボチャージャー（５０４）用のブースト閾値が超えられていると判定し、
前記ターボチャージャー（５０４）用の前記ブースト閾値が超えられたと判定したことに応答して、前記ターボチャージャー（５０４）を用いて発電することによって、前記ターボチャージャー（５０４）によって生成されているブーストを、前記ブースト閾値未満に制限するように更に構成されている、条項１３に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１６．
前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）が、第１のターボチャージャーであり、前記航空機推進器（１０８）が、前記排気管に連結され、前記第１のターボチャージャーの下流に配置された、第２のターボチャージャーを更に備える、条項１３に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１７．
前記第２のターボチャージャー（５０６）が、前記電気モータから独立して、前記排気管（５１０）内の流れによって動力供給されるように構成されている、条項１６に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１８．
前記コントローラ（５０８）が、
前記第２のターボチャージャー（５０６）用のブースト閾値が超えられていると判定し、
前記第２のターボチャージャー（５０６）用の前記ブースト閾値が超えられたと判定したことに応答して、前記第１のターボチャージャー（５０４）を用いて発電することによって、前記第２のターボチャージャー（５０６）によって生成されているブーストを、前記ブースト閾値未満に制限するように更に構成されている、条項１７に記載の航空機推進器（１０８）。
条項１９．
条項１３に記載の航空機推進器（１０８）を備えた航空機（１００）であって、
胴体（１０２）、及び
主翼（１０４）を備え、前記航空機推進器（１０８）が、前記胴体（１０２）及び／又は前記主翼（１０４）に連結されている、航空機（１００）。
条項２０．
条項１３に記載の航空機推進器（１０８）を製造する方法であって、
前記電気モータを前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）に連結すること、及び
前記電気的に補助されるターボチャージャー（５０４）を前記排気管（５１０）に連結することを含む、方法。

【0052】

上記の実施例は、本発明を例示するものであって、限定するものではない。本発明の原則に従って数多くの修正例及び変形例が可能であることも理解するべきでる。したがって、本発明の範囲は下記の請求項によってのみ定義されるものである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】