涡轮活塞组合发动机的空气系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及组合发动机领域，尤其涉及一种涡轮活塞组合发动机的空气系统。
【背景技术】
[0002]于2014年4月30日公布的中国专利文献CN103754103A公开了一种涡轮活塞混合动力系统和车辆。此涡轮活塞混合动力系统采用的是柴油机与燃气轮机联合循环工作系统，结合了柴油机的低油耗和燃气轮机的高功率密度优点，是高功率密度发动机发展的重要趋势之一。
[0003]此涡轮活塞混合动力系统通过电磁阀的切换控制可工作在三种状态下:柴油机单独工作、燃气轮机单独工作与柴燃联合工作。在柴燃联合工作状态下，燃气轮机的压气机与涡轮机相当于柴油机的一级涡轮增压器，虽然压气机提高了柴油机的进气压力，但由于燃气轮机的涡轮机前进气压力要求同时也相应提高了柴油机的排气压力，柴油机的输出功率并未提升甚至有所减小，因此如何降低柴油机功率缩减幅度是一个需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，其能自由切换组合发动机的工作模式，并能够在提高发动机在联合工作的状态下的输出功率的同时保证组合发动机的整体性能。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种涡轮活塞组合发动机的空气系统，其包括进气阀、燃气轮机、第一中冷器、涡轮增压器、发动机以及第四阀。
[0006]进气阀设有进气口、第一出气口以及第二出气口。
[0007]燃气轮机包括第一压气机、第一阀、燃烧室、第一涡轮机以及动力涡轮。第一压气机具有:第一压气机入口，与进气阀的第一出气口相连；以及第一压气机出口。第一阀与第一压气机出口相连。燃烧室具有:燃烧室入口，与第一阀相连；以及燃烧室出口。第一涡轮机与第一压气机同轴连接，具有:第一涡轮机入口，与燃烧室出口相连；以及第一涡轮机出口。动力涡轮具有:动力涡轮入口，与第一涡轮机出口相连;以及动力涡轮出口。
[0008]第一中冷器具有:第一中冷器入口，与第一阀相连；以及第一中冷器出口。
[0009]涡轮增压器包括第二压气机以及第二涡轮机。第二压气机具有:第二压气机入口，与进气阀的第二出气口以及第一中冷器出口相连；以及第二压气机出口。第二涡轮机与第二压气机同轴连接，具有:第二涡轮机入口 ；以及第二涡轮机出口，与外部的排气口相连。
[0010]发动机包括第二阀、第三压气机、第二中冷器、发动机反应室、第三阀以及第三涡轮机。第二阀与第二压气机出口相连。第三压气机具有:第三压气机入口，与第二阀相连；以及第三压气机出口。第二中冷器具有:第二中冷器入口，分别与第二阀和第三压气机出口相连；以及第二中冷器出口。发动机反应室具有:发动机反应室入口，与第二中冷器出口相连；以及发动机反应室出口。第三阀分别与发动机反应室出口和第一涡轮机入口相连。第三涡轮机与第三压气机同轴连接，具有:第三涡轮机入口，与第三阀相连；以及第三涡轮机出口。
[0011]第四阀分别与动力涡轮出口、第三涡轮机出口、第二涡轮机入口以及排气口相连。
[0012]当发动机单独工作时，进气阀的第一出气口关闭，断开第一阀与第一压气机出口和第一中冷器入口的连接、断开第二阀与第二中冷器入口的连接、断开第三阀与第一涡轮机入口的连接以及断开第四阀与动力涡轮出口和外部的排气口的连接，而第二阀与第二压气机出口和第三压气机入口连通、第三阀与发动机反应室出口以及第三涡轮机入口连通、第四阀与第三涡轮机出口以及第二涡轮机入口连通;外部的空气经由进气阀的进气口、第二出气口以及第二压气机入口进入第二压气机初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口、第二阀以及第三压气机入口进入第三压气机再次压缩，再次压缩后的空气经由第三压气机出口以及第二中冷器入口进入第二中冷器进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口以及发动机反应室入口进入发动机反应室燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口、第三阀以及第三涡轮机入口进入第三涡轮机，带动第三涡轮机转动，进而向第三压气机提供动力，初步做功后的废气经由第三涡轮机出口、第四阀以及第二涡轮机入口进入第二涡轮机，带动第二涡轮机转动，进而向第二压气机提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口和外部的排气口排出，完成发动机单独使用时的空气循环。
[0013]当燃气轮机单独使用时，进气阀的第二出气口关闭，断开第一阀与第一中冷器入口的连接、断开第三阀与第一涡轮机入口的连接以及断开第四阀与第二涡轮机入口和第三涡轮机出口的连接，而第一阀与第一压气机出口以及燃烧室入口连通、第四阀与动力涡轮出口以及外部的排气口连通；外部的空气经由进气阀的进气口、第一出气口以及第一压气机入口进入第一压气机压缩，压缩完成后的空气经由第一压气机出口、第一阀以及燃烧室入口进入燃烧室燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机，带动第一涡轮机转动，进而向第一压气机提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口、动力涡轮入口进入动力涡轮，带动动力涡轮转动并向外部提供动力，充分利用后的废气经由动力涡轮出口、第四阀以及外部的排气口排出，完成燃气轮机单独使用时的空气循环。
[0014]当燃气轮机和发动机联合使用时，进气阀的第二出气口关闭，断开第二阀与第三压气机入口的连接、断开第三阀与第三涡轮机入口的连接以及断开第四阀与第三涡轮机出口和外部的排气口的连接，而第一阀与第一压气机出口、燃烧室入口以及第一中冷器入口连通、第二阀与第二压气机出口以及第二中冷器入口连通、第三阀与发动机反应室出口以及第一涡轮机连通、第四阀与动力涡轮出口以及第二涡轮机入口连通;外部的空气经由进气阀的进气口、第一出气口以及第一压气机入口进入第一压气机进行第一次压缩，第一次压缩后的空气经由第一压气机出口进入第一阀，并在第一阀内分成两部分:一部分压缩后的空气经由第一阀以及燃烧室入口进入燃烧室燃烧，燃烧后的废气经由燃烧室出口以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机;另一部分压缩后的空气经由第一阀以及第一中冷器入口进入第一中冷器冷却，冷却后的空气经由第一中冷器出口及第二压气机入口进入第二压气机初步压缩，初步压缩后的空气经由第二压气机出口、第二阀以及第二中冷器入口进入第二中冷器进行冷却，冷却后的空气经由第二中冷器出口以及发动机反应室入口进入发动机反应室燃烧并向外界提供动力，燃烧后的废气经由发动机反应室出口、第三阀以及第一涡轮机入口进入第一涡轮机;进入第一涡轮机的来自燃烧室的废气和发动机反应室的废气共同带动第一涡轮机转动，进而向第一压气机提供动力，初步做功后的废气经由第一涡轮机出口、动力涡轮入口进入动力涡轮，带动动力涡轮转动并向外部提供动力，再次做功后的废气经由动力涡轮出口、第四阀以及第二涡轮机入口进入第二涡轮机，带动第二涡轮机转动，进而向第二压气机提供动力，充分利用后的废气经由第二涡轮机出口以及外部的排气口排出，完成燃气轮机和发动机联合使用时的空气循环。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]在根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统中，当发动机单独使用时，外部的空气经由第二压气机和第三压气机的两级压缩，有效的增加了进入发动机反应室中的空气流量，提高了发动机的输出功率;而当发动机与燃气轮机联合工作时，外部的空气首先经由燃气轮机的第一压气机加压，然后分成两部分，进入燃气轮机的燃烧室的一部分空气的压力能够满足燃气轮机的工作要求，而另一部分空气经由第二压气机的再次加压之后进入发动机反应室，保证联合工作状态下发动机的输出功率;通过控制进气阀、第一阀、第二阀、第三阀以及第四阀的连通和断开能自由切换组合发动机的工作模式。
【附图说明】
[0017]图1为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统的示意图；
[0018]图2为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在发动机单独工作时的示意图；
[0019]图3为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在燃气轮机单独工作时的示意图；以及
[0020]图4为根据本发明的涡轮活塞组合发动机的空气系统在联合工作时的示意图。
[0021]其中，附图标记说明如下:
[0022]1进气阀411第二压气机入口
[0023]11进气口412第二压气机出口
[0024]12第一出气口42第二涡轮机
[0025]13第二出气口421第二涡轮机入口
[0026]2燃气轮机422第二涡轮机出口
[0027]21第一压气机5发动机
[0028]211第一压气机入口51第二阀
[0029]212第一压气机出口52第三压气机
[0030]22第一阀521第三压气机入口
[0031]23燃烧室522第三压气机出口
[0032]231燃烧室入口53第二中冷器
[0033]232燃烧室出口531第二中冷器入口
[0034]24第一涡轮机532第二中冷器出口
[0035]241第一涡轮机入口54发动机反应室
[0036]242第一涡轮机出口541发动机反应室入口
[0037]25动力涡轮542发动机反应室出口
[0038]251动力涡轮入口55第三阀
[0039]252动力涡轮出口56第三涡轮机
[0040]3第一中冷器561第三涡轮机入口
[0041 ]31第一中冷器入口562第三涡轮机出口