用于运载工具的柴油发动机/燃气轮机的联合引擎制造技术

本发明专利技术涉及一种用于运载工具的联合引擎，所述联合引擎具有燃气轮机（101）和柴油发动机（16），其中燃气轮机的部件能够用作为用于柴油发动机的涡轮增压器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种运载工具中的引擎。本专利技术尤其涉及一种具有柴油发动机和燃气轮机的联合引擎、所述联合引擎在运载工具中的应用、具有所述联合引擎的运载工具和用于驱动具有所述联合引擎的运载工具的方法。
技术介绍
柴油机驱动设备和燃气轮机驱动设备都用在现有技术中。柴油机技术作为驱动广泛应用在机动车、飞机和船舶中。柴油机技术的特征在于高效率，但是，发动机通常具有相对高的重量。尤其在飞机中，能够由高质量得出较高的能量消耗和增加的成本。为了提高柴油发动机的功率，能够附加地使用涡轮增压器。所述涡轮增压器由废气涡轮组成，所述废气涡轮使用发动机的废气的能量来驱动预压缩器，所述预压缩器在发动机中提高了每运行周期的混合物通过量、进而提高了发动机的功率。涡轮增压器尤其在机动车中是已知的且广泛应用的。燃气轮机技术尤其用在螺旋桨式飞机中，但是通常例如轴功率涡轮机也用在涡轮螺旋桨飞机、直升飞机和例如为装甲车的重型车辆中。运行所述燃气轮机的方法在W02009/040112A2中描述。燃气轮机通常由压缩器、例如在DE10343049B3中描述的燃烧室、和涡轮组成。燃气轮机的效率取决于运行点或负荷点。
技术实现思路
本专利技术的目的能够视为提供一种用于运载工具的燃料消耗低的驱动设备。所述目的通过独立权利要求的主题来实现，其中示例性的设计方案体现在从属权利要求中。根据本专利技术的第一个方面，联合引擎具有柴油发动机和燃气轮机，其中柴油发动机和燃气轮机相互连接并且共同作用，使得燃气轮机的部件能够用作为用于柴油发动机的涡轮增压器。这具有下述优点，联合引擎不仅能够满足例如在飞机起飞时的峰值负荷要求，而且也能够满足例如在飞机巡航时的连续负荷要求。通过由燃气发动机和柴油发动机共同使用系统部件、尤其是一个或多个压缩器以及一个或多个涡轮，能够节约重量，从而也节约材料、能量和成本。尤其地，驱动设备是燃料消耗低的。替代在权利要求1中已知的柴油发动机也能够使用另一个活塞式发动机，也就是例如汽油发动机或燃气发动机。也能够将一个或多个燃气轮机与一个或多个柴油发动机组合并且也能够将一个或多个压缩器以及一个或多个涡轮作为用于柴油发动机的涡轮增压器的部件。这能够是有利的，因此可行的是，在系统中提供冗余的驱动部件。燃气轮机与柴油发动机相比具有明显改善的功率重量比。因此，燃气轮机尤其用在峰值负荷要求中。然而，在基本负荷运行中，例如在客机巡航时，燃气轮机与柴油发动机相比是低效的。因此，燃气轮机技术较好地适合于短时间的峰值负荷，然而，有效的、但是笨重的柴油发动机较好地适合于正常行驶中的基本负荷运行。为了提高驱动的功率，能够对柴油发动机附加地接入涡轮。在此，柴油发动机的废气能够由一个或多个动力涡轮继续使用。根据一个示例性的实施形式，联合引擎的燃气轮机具有至少两个分开的压缩器和两个涡轮。在此，压缩器和涡轮在分开的轴上并联连接并且至少一个压缩器和一个涡轮能够用作为用于柴油发动机的涡轮增压器部件。与在燃气轮机中相比，在涡轮增压器系统中，通过系统的、且尤其是通过压缩器和涡轮的空气质量流量是小得多的。燃气轮机例如能够具有7kg/s的空气质量流量，柴油发动机在涡轮增压器运行中需要lkg/s的空气质量流量。为了提供更小的空气质量流量，能够使用相应的节流阀。根据压缩器和涡轮在哪种运行中运转，转速也有所不同。在涡轮增压器运行中，需要最大转速的大约三分之一。转速例如能够在燃气轮机模式中为14000RPM，在涡轮增压器运行中为4700RPM。根据一个示例性的实施形式，燃气轮机具有用于涡轮的共同的燃烧室。共同使用又为系统节约了重量、材料和成本。然而，也可为了产生冗余的系统而构造多个燃烧室。在此可行的是，压缩器和涡轮分别经由燃烧室连接，或者也可行的是，一些压缩器和涡轮具有分开的燃烧室，并且其他的压缩器和涡轮具有共同的燃烧室。根据一个示例性的实施方式，在峰值负荷运行中，联合引擎通过燃气轮机运行。这具有下述优点，燃气发动机的空气质量流量在峰值负荷运行中是高的，进而驱动设备能够以重量有效(gewichtseffizient)的方式运行。柴油发动机能够在这种运行中断开、作为不带涡轮增压器的自然吸气式发动机与之一起运转或借助于低压涡轮的排出空气加荷。因此，在峰值负荷运行中，燃气轮机能够单独地运行。替选地，能够同时使用燃气轮机和柴油发动机。根据一个示例性的实施形式，在连续负荷运行中，联合引擎仅经由柴油发动机来运行，其中至少一个压缩器和至少一个涡轮能够用作为用于柴油发动机的涡轮增压器的部件。因此，在连续负荷运行中，柴油发动机能够单独地运行，或柴油发动机能够连同燃气轮机的作为涡轮增压器的部件一起运行。因此，联合引擎能够通过柴油发动机或燃气轮机运行。通过经由涡轮增压器的预压缩，减少了经由发动机活塞的压缩，进而减小了柴油发动机的所需要的冲程、质量和结构空间。如果联合引擎单独地经由柴油发动机来运行，与经由柴油发动机和燃气轮机的组合驱动相比以及与单纯经由燃气轮机驱动相比，空气质量流量和废气质量流量有所不同。不同运行方式中的空气和废气质量流量的这种不同由柴油发动机和燃气轮机的燃烧过程中的不同的化学计量造成，也就是说，通过柴油发动机中或燃气轮机中不同的空气燃油比造成。尤其在当联合引擎通过柴油发动机运行时的空气质量流量较小的情况下，有利地能够不引导柴油发动机的废气穿过燃气轮机的全部部件，因为流过多个压缩器和涡轮的空气质量流量较小，也就是说如果将多个燃气涡轮用作为用于柴油发动机的涡轮增压器，就仅可实现弱的压缩，由此在带有涡轮增压器的柴油发动机运行中，仅示出小的功率提高。这意味着，将单个压缩器和单个涡轮用作为用于柴油发动机的涡轮增压器能够导致对空气的高压缩，进而导致柴油发动机的增大的功率提高。燃气轮机例如能够具有多级压缩器，仅将所述多级压缩器的部件、尤其将压缩器级用作为用于柴油发动机的涡轮增压器。根据一个示例性的实施形式，联合引擎具有关闭阀，例如，所述关闭阀用于调节新鲜空气输送、用于调节到燃烧室中的气体输送、用于调节至涡轮的气体输送。在峰值负荷运行中，关闭阀是打开的并且能够实现每个压缩器和每个涡轮的运行，在连续负荷运行中，阀能够实现仅用作为用于柴油发动机的涡轮增压器的压缩器和涡轮的运行。根据一个示例性的实施形式，联合引擎具有第一从动轴、第一离合器、第一传动装置、第二传动装置和主从动轴，其中燃气轮机的第一从动轴经由第一传动装置、经由第一离合器并且经由第二传动装置与主从动轴连接。根据一个示例性的实施形式，联合引擎还具有第二从动轴和第二离合器，其中柴油发动机的第二从动轴经由第二离合器与第二传动装置连接并且第二传动装置与主从动轴连接。燃气轮机和柴油发动机的从动轴以不同的转速运转，并且每个轴的机械功率能够经由相应的传动装置传递到共同的主从动轴上。如果仅燃气轮机或柴油发动机运行，那么闲置的部件的从动轴能够借助于离合器与传动装置分开。此外，这出于安全因素是有利的，因为通过相应的离合器能够随时将部件与传动装置分开。根据一个示例性的实施形式，联动发动机还具有第三离合器，其中用于涡轮增压器的涡轮能够通过第三离合器与第一传动装置分开。如果将燃气轮机的部件用作为用于柴油发动机的涡轮增压器，所述部件通过相应的离合器和阀从燃气轮机的运行中分离。因此，带有涡轮增压器的柴油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.29 DE 102010046850.91.用于运载工具的联合引擎(100)，所述联合引擎具有: 柴油发动机(16)， 燃 气轮机(101)，所述燃气轮机具有至少一个压缩器(11，12)和至少一个涡轮(17，18)， 其中柴油发动机(16)和燃气轮机(101)连接，使得所述联合引擎在连续负荷运行中仅通过所述柴油发动机来运行，并且所述柴油发动机可选地单独地或连同燃气轮机的作为用于所述柴油电动机(16)的涡轮增压器(102)的压缩器(12)和涡轮(18)—起运行， 其中所述联合引擎能够通过所述柴油发动机(16)或所述燃气轮机(101)来运行。2.根据权利要求1所述的联合引擎(100)， 其中所述燃气轮机(101)具有两个分开的压缩器(11，12)和两个涡轮(17，18)。3.根据权利要求2所述的联合引擎(100)，所述联合引擎还具有: 用于所述两个涡轮(17，18 )的共同的燃烧室(13)。4.根据上述权利要求之一所述的联合引擎(100)， 其中在峰值负荷运行中，所述联合引擎(100)仅通过所述燃气轮机(101)来运行或所述柴油发动机(16)作为自然吸气式发动机或增压式发动机与之一起运转。5.根据上述权利要求之一所述的联合引擎(100)， 其中所述联合引擎(100)具有关闭阀(7，8，9)，所述关闭阀用于调节新鲜空气输送、用于调节到所述燃烧室中的气体输送或用于调节到所述涡轮(17，18)中的一个的气体输送；其中所述关闭阀(7，8，9)在所述峰值负荷运行中是打开的并且在所述连续负荷运行中仅能够允许用作为所述柴油发动机(16)的涡轮增压器(102)的涡轮(18)运行。6.根据上述权利要求之一所述的联合引擎(100)，所述联合引擎还具有: 第一从动轴(26); 第一离合器(3); 第一传动装置(I); 第二传动装置(2); 主从动轴(21)； 其中所述燃气轮机(101)的所述第一从动轴(26)经由所述第一传动装置(I)、经由所述第一离合器(3 )并且经由所述第二传动装置(2 )与所述主从动轴(21)连接。7.根据权利要求6所述的联合引擎(100)，所述联合引擎还具有: 第二从动轴(20)； 第二离合器(4)； 其中所述柴油发动机(16)经由所述第二从动轴(20)并且经由所述第二离合器(4)与所述第二传动装置(2)连接； 其中所述第二传动装置(2)与所述主从动轴(21)连接。8.根据权利要求6或7之一所述的联合引擎(100)，所述联合引擎还具有: 第三离合器(5)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·施蒂克尔，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：
国别省市：