CN108167064A - 一种内燃机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机系统，属于内燃机技术领域，包括：内燃机(1)，其上设置进气口和排气口；第一涡轮(2)，其入口连通到内燃机(1)的排气口；第一压气机(3)，其入口连通大气，出口连通到内燃机(1)的进气口；第二涡轮(4)，其入口连通到第一涡轮(2)的出口；第二压气机(5)，其入口连通到第二涡轮(4)的出口；第三压气机(6)，其入口连通到第二压气机(5)的出口，出口连通到大气；第一涡轮(2)通过第一轴系(7)与第一压气机(3)连接，用于驱动第一压气机(3)转动进行压缩做功；第二涡轮(4)通过第二轴系(8)与第二压气机(5)和第三压气机(6)共轴连接，用于驱动第二压气机(5)和第三压气机(6)转动进行压缩做功。本发明采用第二涡轮单独驱动两个压气机转动，更进一步的利用发动机废气能量，提高整体系统的能量利用率。

Description

一种内燃机系统
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机系统。
背景技术
内燃机在国民生产和生活中有着十分重要的作用。目前，绝大部分的车用和船用动力都是内燃机。内燃机消耗了大量的化石燃料，但是平均只有30％-40％的能量转化为机械能，有近60％-70％的能源在内燃机工作过程中以多种热量传递形式散发到大气中。其中，内燃机排放的废气能量约占总能量的30％。也就是说，内燃机真正利用的能量和排放的废气能量比例相当，这对能源造成了极大的浪费。对内燃机废气能量进行回收利用，不断提高能源的利用效率，是实现节能减排的重要手段，对全球经济的可持续发展具有重要的意义。
为解决上述问题，现有技术中采用涡轮增压回收利用内燃机废气能量是非常有效的技术手段，目前应用十分广泛。现有的绝大部分柴油机和40％左右的汽油机都采用了涡轮增压技术。现有技术的技术方案主要有下述几种：
1.方案一：如图1，是现有技术中被广泛使用的涡轮增压内燃机系统的结构示意图。其工作原理是：内燃机1排放的废气进入涡轮2膨胀做功，涡轮2通过轴系7输出动力给压气机3，压气机3压缩空气，增加进气压力和密度，压缩后的气体进入中冷器9冷却，降低进气温度，进一步增加进气密度，提高内燃机1的动力性。通过涡轮2的废气再经过后处理之后排到大气中。但在该方案中，经过涡轮2后排出的废气还有较高的温度，有一部分能量无法回收，对内燃机废气能量利用不足。
2.方案二：为了进一步利用方案一中涡轮排出的废气能量，现有技术的技术方案是在方案一的基础上在涡轮2后增加一个涡轮增压系统，采用两级涡轮增压技术，该两级涡轮均用于进气增压，但这种方案不适用于内燃机功率需求不大的情况，并且两级增压系统与内燃机匹配更加复杂。同时，经过两级涡轮膨胀后的废气仍然具有一定的可回收利用的能量，这部分能量未被回收利用。
3.方案三：当单级涡轮增压就可以满足内燃机功率需求时，为避免系统匹配复杂，一般不会采用两级涡轮增压技术。而是在方案一的基础上，采用在第一涡轮2后增加动力涡轮的技术进一步回收内燃机的废气能量，但这种方案要求进入动力涡轮的气体压力高于大气压力，因此，当进入动力涡轮的废气压力接近大气压力时，动力涡轮的做功能力有限，无法进一步回收内燃机的废气能量。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种内燃机系统。系统中包含两级串联涡轮，其中直接连接内燃机出口的第一级涡轮通过一个轴系驱动一个压气机，组成涡轮增压系统，提高内燃机的动力性，第二级涡轮连接到第一级涡轮的出口，通过另一套轴系同时驱动两个串联压气机转动，组成两级逆勃雷登循环系统。逆勃雷登循环系统是将废气通入涡轮，在涡轮后接一个冷却装置和一个压气机，压气机出口是大气。废气经过涡轮膨胀做功后进入冷却装置冷却，再经压气机压缩至大气压排入大气，这个过程称为逆勃雷登循环。它解决了现有技术中内燃机的废气能量利用不足的问题，同时也解决了现有技术中由于第二级动力涡轮做功能力有限，无法进一步回收内燃机废气能量的问题。两级压气机串联的逆勃雷登循环系统，通过两级增压可以进一步在第二级涡轮后形成压力更低的真空环境，大幅增加第二级涡轮的输出动力，提高利用内燃机废气能量的效率，解决了现有技术中由于采用两级涡轮增压仍有部分废气能量无法回收利用，且不适用于内燃机功率需求不大的情况的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种内燃机系统，包括：内燃机，其上设置进气口和排气口；第一涡轮，其入口连通到所述内燃机的排气口；第一压气机，其入口连通大气，出口连通到所述内燃机的进气口；第二涡轮，其入口连通到所述第一涡轮的出口；第二压气机，其入口连通到所述第二涡轮的出口；第三压气机，其入口连通到所述第二压气机的出口，出口连通到大气；所述第一涡轮通过第一轴系与所述第一压气机连接，用于驱动该第一压气机转动进行压缩做功；所述第二涡轮通过第二轴系与所述第二压气机和第三压气机共轴连接，用于驱动该第二压气机和第三压气机转动进行压缩做功。
进一步，所述第二涡轮通过所述第二轴系输出动力给动力装置。
进一步，所述动力装置为发电机或所述内燃机的曲轴。
进一步，所述内燃机系统还包括：中冷器，其入口连通到所述第一压气机的出口，出口连通到所述内燃机的进气口，用于冷却所述第一压气机排出的气体，并增大所述内燃机的进气密度。
进一步，所述中冷器为风冷或水冷的换热器。
进一步，所述内燃机系统还包括：第一冷却装置，其设置在所述第二涡轮和第二压气机之间，用于冷却所述第二涡轮排出的气体。
进一步，所述第一冷却装置为第一换热部件、第一热电转换部件、朗肯循环系统和有机朗肯循环系统中的至少一种。
进一步，所述第一换热部件的入口连通到所述第二涡轮的出口，出口连通到所述第二压气机的入口，用于冷却所述第二涡轮排出的气体。
进一步，所述热电转换部件的入口连通到所述第二涡轮的出口，出口连通到所述第二压气机的入口，用于冷却所述第二涡轮排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
进一步，所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统包括：第二换热部件，其第一入口连通到所述第二涡轮的出口，第一出口连通到所述第二压气机的入口；第一汽轮机，其入口连通到所述第二换热部件的第二出口；第三换热部件，其入口连通到所述第一汽轮机的出口；第一泵，其入口连通到所述第三换热部件的出口，出口连通到所述第二换热部件的第二入口；所述第一汽轮机通过第三轴系输出动力；所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统用于冷却所述第二涡轮排出的气体，同时将吸收的热量转换成动力输出。
进一步，所述内燃机系统还包括：第二冷却装置，其设置在所述第二压气机和第三压气机之间，用于冷却所述第二压气机排出的气体。
进一步，所述第二冷却装置为第四换热部件、第二热电转换部件、朗肯循环系统和有机朗肯循环系统中的至少一种。
进一步，所述第四换热部件的入口连通到所述第二压气机的出口，出口连通到所述第三压气机的入口，用于冷却所述第二压气机排出的气体。
进一步，所述第二热电转换部件的入口连通到所述第二压气机的出口，出口连通到所述第三压气机的入口，用于冷却所述第二压气机排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
进一步，所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统包括：第五换热部件，其第一入口连通到所述第二压气机的出口，第一出口连通到所述第三压气机的入口；第二汽轮机，其入口连通到所述第五换热部件的第二出口；第六换热部件，其入口连通到所述第二汽轮机的出口；第二泵，其入口连通到所述第六换热部件的出口，出口连通到所述第五换热部件的第二入口；所述第二汽轮机通过第四轴系输出动力；所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统用于冷却所述第二压气机排出的气体，同时将吸收的热量转换成动力输出。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种内燃机系统，系统中包含两级串联涡轮，其中直接连接内燃机出口的第一涡轮通过一个轴系驱动一个压气机，组成涡轮增压系统，提高内燃机的动力性；第二涡轮连接到第一涡轮的出口，通过另一套轴系同时驱动两个串联压气机转动，组成两级逆勃雷登循环系统，解决了现有技术中内燃机的废气能量利用不足的问题，同时也解决了现有技术中由于第二级动力涡轮做功能力有限，无法进一步回收内燃机废气能量的问题。两级压气机串联的逆勃雷登循环系统，通过两级增压可以进一步在第二涡轮后形成压力更低的真空环境，大幅增加第二涡轮的输出动力，提高利用内燃机废气能量的效率。解决了现有技术中由于采用两级涡轮增压仍有部分废气能量无法回收利用，且不适用于内燃机功率需求不大的情况的问题。
本发明的内燃机系统，还可以利用热电材料代替逆勃雷登循环系统中的换热器，通过热电材料吸收废气的热能，降低了气体的温度，同时热电材料还将吸收的热能转化为电能，进一步提高了内燃机的废气能量的回收利用率。
本发明的内燃机系统，还可以利用朗肯循环系统和有机朗肯循环系统将逆勃雷登循环系统中的换热器吸收的热量进行回收利用，进一步提高了内燃机的废气能量的回收利用率。
本发明的内燃机系统，还可以在第三压气机之后串联第四压气机、第五压气机等，同样由第二涡轮通过第二轴系共轴连接，每级压气机之间也存在冷却装置，压气机的具体级数由输出动力、系统质量、成本等综合考虑决定，本发明不以此为限制。
附图说明
图1是现有技术中涡轮增压内燃机系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的内燃机系统组成示意图；
图3是本发明实施例一提供的内燃机系统结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的内燃机系统结构示意图；
图5是本发明实施例三提供的内燃机系统结构示意图；
图6是本发明实施例四提供的内燃机系统结构示意图；
图7是本发明实施例五提供的内燃机系统结构示意图；
图8是本发明实施例六提供的内燃机系统结构示意图。
附图标记：
1、内燃机，2、第一涡轮，3、第一压气机，4、第二涡轮，5、第二压气机，6、第三压气机，7、第一轴系，8、第二轴系，9、中冷器，10、第一冷却装置，101、第一换热部件，102、第一热电转换部件，103、第二换热部件，104、第一汽轮机，105、第三换热部件，106、第一泵，107、第三轴系，11、第二冷却装置，111、第四换热部件，112、第二热电转换部件，113、第五换热部件，114、第二汽轮机，115、第六换热部件，116、第二泵，117、第四轴系。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一
图2是本发明实施例一提供的内燃机系统组成示意图。
图3是本发明实施例一提供的内燃机系统结构示意图。
请参照图2、图3，本发明提供一种内燃机系统，包括：内燃机1、第一涡轮2、第一压气机3、第二涡轮4、第二压气机5、第三压气机6、第一轴系7和第二轴系8。
内燃机1，其上设置进气口和排气口。内燃机1是一种动力机械，通过使燃料在内部燃烧，并将燃料燃烧放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
第一涡轮2，其入口连通到内燃机1的排气口，出口连通到第二涡轮4。
第一压气机3，其入口连通大气，出口连通到内燃机1的进气口，用于将大气压缩后送入内燃机1内部参与燃烧做功，提高了内燃机1的动力性。
第二压气机5，其入口连通到第二涡轮4的出口，出口连通到第三压气机6，用于将第二涡轮4排出的气体压缩后恢复部分压力。
第三压气机6，其入口连通到第二压气机5的出口，出口连通到大气，用于将第二压气机5压缩后的气体进一步压缩排出到大气。
第一涡轮2通过第一轴系7与第一压气机3连接，用于驱动该第一压气机3转动进行压缩做功。第二涡轮4通过第二轴系8与第二压气机5和第三压气机6共轴连接，用于驱动该第二压气机5和第三压气机6转动进行压缩做功。第二涡轮4通过第二轴系8输出动力给动力装置，用于向外进行动力输出。
可选的，动力装置为发电机或内燃机1的曲轴，但本发明不以此为限制，动力装置还可以为其他设备。
请参照图2，在本实施例中，内燃机系统还包括中冷器9，其入口连通到第一压气机3的出口，出口连通到内燃机1的进气口，用于冷却第一压气机3排出的气体，并增大内燃机1的进气密度。
请参照图3，可选的，中冷器9为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
请参照图2，在本实施例中，内燃机系统还包括第一冷却装置10，其设置在第二涡轮4和第二压气机5之间，用于冷却第二涡轮4排出的气体。
请参照图2，在本实施例中，内燃机系统还包括第二冷却装置11，其设置在第二压气机5和第三压气机6之间，用于冷却第二压气机5排出的气体。
请参照图3，在本实施例中，第一冷却装置10为第一换热部件101，第一换热部件101的入口连通到第二涡轮4的出口，出口连通到第二压气机5的入口，用于冷却第二涡轮4排出的气体。
可选的，第一换热部件101为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
优选的，第一换热部件101为水冷的换热器，水冷的换热器冷却效果更好，使得第二压气机5耗功更小，能量回收利用率更高。
请参照图3，具体的，第一涡轮2通过第一轴系7连接第一压气机3，驱动第一压气机3压缩空气进入内燃机1，提高内燃机1的动力性。第二涡轮4、第二压气机5和第三压气机6同轴，通过第二轴系8共轴连接，第二涡轮4驱动第二压气机5和第三压气机6工作，同时还通过第二轴系8连接动力装置，向外进行动力输出。按照气体流动的方向，部件的布置方式依次为第一压气机3、中冷器9、内燃机1、第一涡轮2、第二涡轮4、第一换热部件101、第二压气机5、第四换热部件111和第三压气机6。其中，第一涡轮2、第一压气机3和中冷器9组成涡轮增压系统；第二涡轮4、第二压气机5、第三压气机6、第一换热部件101和第四换热部件111组成多级逆勃雷登循环系统，内燃机1工作后排放的高温高压气体经过第二涡轮4膨胀做功，再经过第一换热部件101冷却后进入第二压气机5压缩恢复部分压力，再经过第四换热部件111冷却后进入第三压气机6压缩至大气压的过程称为多级逆勃雷登循环。本发明的内燃机系统，采用多级压气机串联的多级逆勃雷登循环系统，通过多级增压可以进一步在第二涡轮4后形成压力更低的真空环境，大幅增加第二涡轮4的输出动力，提高利用内燃机废气能量的效率。解决了现有技术中由于采用两级涡轮增压仍有部分废气能量无法回收利用，且不适用于内燃机功率需求不大的情况的问题。
下面介绍本发明的内燃机系统的工作原理：
请参照图3，内燃机1工作产生的废气首先进入第一涡轮2膨胀做功，第一涡轮2通过第一轴系7与第一压气机3相连，驱动第一压气机3转动，压缩空气，使内燃机1的进气压力和密度增大，再经过中冷器9冷却之后，使内燃机1的进气密度进一步增大，有利于提高内燃机1的动力性。经过增压冷却后的空气进入内燃机1与燃料混合进行燃烧。流出第一涡轮2的废气依然具有较高能量，再进入第二涡轮4膨胀做功，第二涡轮4通过第二轴系8与第二压气机5和第三压气机6共轴相连，驱动第二压气机5和第三压气机6转动，第三压气机6的出口是大气环境，通过第二压气机5和第六压气机6的转动对第二压气机5进口的气体进行两级增压，在其进口端可以形成真空环境。第二涡轮4的出口和第二压气机5的进口的压力几乎相等，只有经过管道和第一换热部件101产生的压力损失，这部分损失很小，因此，第二涡轮4的出口端压力低于大气压。
内燃机1工作产生的废气压力较高，进入第一涡轮2膨胀做功之后仍具有较高能量，进入第二涡轮4膨胀至大气压以下，膨胀比较大，做功更多，即回收利用了更多的废气能量。经过第二涡轮4的废气通过经过两级压缩排到大气，气体在进入第二压气机5之前，由第一换热部件101进行冷却，在进入第三压气机6之前，由第四换热部件111进行冷却。相同质量流量的内燃机废气经过第二涡轮4膨胀和第二压气机5、第三压气机6压缩，由于进入第二压气机5和第三压气机6的气体温度和压力远低于进入第二涡轮4的气体的温度和压力，因此压缩气体的耗功会比较小。通过第二轴系8，将第二涡轮4产生的剩余的机械能进行输出，第二轴系8可以连接一个发电机和电池，将这部分能量以电能的形式储存，第二轴系8也可以连接内燃机1的曲轴，为内燃机1提供动力。
实施例二
请参照图4，本实施例与实施例一的不同之处在于，第一冷却装置10采用第一热电转换部件102代替第一换热部件101。
第一热电转换部件102的入口连通到第二涡轮4的出口，出口连通到第二压气机5的入口，用于冷却第二涡轮4排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
可选的，第一热电转换部件102的材料为热电材料，热电材料是一种可以将热能转化为电能的材料。
具体的，内燃机1排出的废气通过第一涡轮2和第二涡轮4膨胀做功后，仍然还有较高的温度，还有进行余热回收利用的空间。第二涡轮4排出的废气通过第一热电转换部件102吸收废气的热能，使得第一热电转换部件102一方面降低了气体的温度，达到了降温的目的，另一方面将吸收的热能转化为电能，进一步提高了内燃机1的废气能量的回收利用率。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例一中的相同，在此不再赘述。
实施例三
请参照图5，本实施例与实施例一的不同之处在于，第二冷却装置11采用第二热电转换部件112代替第四换热部件111。
第二热电转换部件112的入口连通到第二压气机5的出口，出口连通到第三压气机6的入口，用于冷却第二压气机5排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
可选的，第二热电转换部件112的材料为热电材料，热电材料是一种可以将热能转化为电能的材料。
具体的，气体经过第二压气机5压缩之后，仍然还有较高的温度，还有进行余热回收利用的空间。第二压气机5排出的废气通过第二热电转换部件112吸收废气的热能，使得第二热电转换部件112一方面降低了气体的温度，达到了降温的目的，另一方面将吸收的热能转化为电能，进一步提高了内燃机1的废气能量的回收利用率。
本发明不以此为限制，第一冷却装置10和第二冷却装置11可同时采用第一热电转换部件102和第二热电转换部件112来替换第一换热部件101和第四换热部件111。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例一中的相同，在此不再赘述。
实施例四
由于实施例一的技术方案中，第一换热部件101吸收废气的热量，可以达到降低废气温度的目的，但是不管第一换热部件101采用的是风冷还是水冷的换热器，吸收的这部分热量均没有被回收利用，而是散发到大气中。因此，本实施例中采用朗肯循环系统代替第一换热部件101，将第二换热部件103吸收的这部分热量进行进一步的回收利用，以提高能量的利用率。
请参照图6，本实施例中，朗肯循环系统包括第二换热部件103、第一汽轮机104、第三换热部件105和第一泵106。
第二换热部件103的第一入口连通到第二涡轮4的出口，第一出口连通到第二压气机5的入口。
第一汽轮机104的入口连通到第二换热部件103的第二出口。
第三换热部件105的入口连通到第一汽轮机104的出口。
可选的，第三换热部件105为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
第一泵106的入口连通到第三换热部件105的出口，出口连通到第二换热部件103的第二入口。
第一汽轮机104通过第三轴系107输出动力。具体的，第三轴系107的一端与第一汽轮机104连接，另一端输出动力给外部的动力装置。
朗肯循环系统用于冷却第二涡轮4排出的气体，同时将吸收的热量转换成动力输出，进一步将内燃机1的废气能量进行回收利用，提高了能量的利用率。
具体的，第一泵106为朗肯循环系统的工质的流动提供动力，工质经过第二换热部件103，与从第二涡轮4排出的废气进行热交换。朗肯循环系统的工质被加热，废气被冷却。被加热后的工质进入第一汽轮机104，在第一汽轮机104中膨胀做功，做功产生的机械能通过第三轴系107输出。膨胀后的工质进入第三换热部件105冷却，再进入第一泵106进行循环。该方法可以进一步将内燃机1的废气能量进行回收利用，提高了能量利用率。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例一中的相同，在此不再赘述。
实施例五
请参照图7，本实施例与实施例一的不同之处在于，采用朗肯循环系统代替第四换热部件111，将第五换热部件113吸收的这部分热量进行进一步的回收利用，以提高能量的利用率。朗肯循环系统包括第五换热部件113、第二汽轮机114、第六换热部件115和第二泵116。
第五换热部件113的第一入口连通到第二压气机5的出口，第一出口连通到第三压气机6的入口。
第二汽轮机114的入口连通到第五换热部件113的第二出口。
第六换热部件115的入口连通到第二汽轮机114的出口。
可选的，第六换热部件115为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
第二泵116的入口连通到第六换热部件115的出口，出口连通到第五换热部件113的第二入口。
第二汽轮机114通过第四轴系117输出动力。具体的，第四轴系117的一端与第二汽轮机114连接，另一端输出动力给外部的动力装置。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例四中的相同，在此不再赘述。
实施例六
请参照图8，本实施例与实施例一的不同之处在于，采用朗肯循环系统同时代替第一换热部件101和第四换热部件111。本实施例中，替换第一换热部件101的朗肯循环系统包括第二换热部件103、第一汽轮机104、第三换热部件105和第一泵106，替换第四换热部件111的朗肯循环系统包括第五换热部件113、第二汽轮机114、第六换热部件115和第二泵116。
第二换热部件103的第一入口连通到第二涡轮4的出口，第一出口连通到第二压气机5的入口。
第一汽轮机104的入口连通到第二换热部件103的第二出口。
第三换热部件105的入口连通到第一汽轮机104的出口。
可选的，第三换热部件105为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
第一泵106的入口连通到第三换热部件105的出口，出口连通到第二换热部件103的第二入口。
第一汽轮机104通过第三轴系107输出动力。具体的，第三轴系107的一端与第一汽轮机104连接，另一端输出动力给外部的动力装置。
第五换热部件113的第一入口连通到第二压气机5的出口，第一出口连通到第三压气机6的入口。
第二汽轮机114的入口连通到第五换热部件113的第二出口。
第六换热部件115的入口连通到第二汽轮机114的出口。
可选的，第六换热部件115为风冷或水冷的换热器，但本发明不以此为限制。
第二泵116的入口连通到第六换热部件115的出口，出口连通到第五换热部件113的第二入口。
第二汽轮机114通过第四轴系117输出动力。具体的，第四轴系117的一端与第二汽轮机114连接，另一端输出动力给外部的动力装置。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例一中的相同，在此不再赘述。
实施例七
本实施例与实施例四、实施例五和实施例六的不同之处在于，采用有机朗肯循环系统代替朗肯循环系统。
有机朗肯循环系统和朗肯循环系统的结构、组成以及工作原理均相同，区别仅在于，朗肯循环系统中的循环工质为水，有机朗肯循环系统中的循环工质为有机物。
本实施例中的其它部分的结构及连接关系与实施例四、实施例五和实施例六中的相同，在此不再赘述。
实施例八
本实施例与实施例一至实施例七的不同之处在于，本实施例在第三压气机6之后串联第四压气机12、第五压气机13等，同样由第二涡轮4通过第二轴系8共轴连接，每级压气机之间也存在第三冷却装置14和第四冷却装置15等。
增压的压气机级数越多，在第二涡轮4出口处形成的压力真空度越大，废气在第二涡轮4中的膨胀做功越多，对外输出动力越多。压气机的具体级数由输出动力、系统质量、成本等综合考虑决定，本发明不以此为限制。
本发明旨在保护一种内燃机系统，系统中包含两级串联涡轮，其中直接连接内燃机出口的第一级涡轮通过一个轴系驱动一个压气机，组成涡轮增压系统，提高内燃机的动力性，第二级涡轮连接到第一级涡轮的出口，通过另一套轴系同时驱动两个串联压气机转动，组成两级逆勃雷登循环系统，解决了现有技术中内燃机的废气能量利用不足的问题，同时也解决了现有技术中由于第二级动力涡轮做功能力有限，无法进一步回收内燃机废气能量的问题。两级压气机串联的逆勃雷登循环系统，通过两级增压可以进一步在第二级涡轮后形成压力更低的真空环境，大幅增加第二级涡轮的输出动力，提高利用内燃机废气能量的效率。解决了现有技术中由于采用两级涡轮增压仍有部分废气能量无法回收利用，且不适用于内燃机功率需求不大的情况的问题。本发明的内燃机系统，还可以利用热电材料代替换热器，通过热电材料吸收废气的热能，降低了气体的温度，同时热电材料还将吸收的热能转化为电能，进一步提高了内燃机的废气能量的回收利用率。本发明的内燃机系统，还可以利用朗肯循环系统将逆勃雷登循环系统中的换热器吸收的热量进行回收利用，进一步提高了内燃机的废气能量的回收利用率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (16)

1.一种内燃机系统，其特征在于，包括：
内燃机(1)，其上设置进气口和排气口；
第一涡轮(2)，其入口连通到所述内燃机(1)的排气口；
第一压气机(3)，其入口连通大气，所述第一压气机(3)的出口连通到所述内燃机(1)的进气口；
第二涡轮(4)，其入口连通到所述第一涡轮(2)的出口；
第二压气机(5)，其入口连通到所述第二涡轮(4)的出口；
第三压气机(6)，其入口连通到所述第二压气机(5)的出口，所述第三压气机(6)的出口连通到大气；
所述第一涡轮(2)通过第一轴系(7)与所述第一压气机(3)连接，用于驱动该第一压气机(3)转动进行压缩做功；
所述第二涡轮(4)通过第二轴系(8)与所述第二压气机(5)和第三压气机(6)共轴连接，用于驱动该第二压气机(5)和第三压气机(6)转动进行压缩做功。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述第二涡轮(4)通过所述第二轴系(8)输出动力给动力装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述动力装置为发电机或所述内燃机(1)的曲轴。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
中冷器(9)，其入口连通到所述第一压气机(3)的出口，所述中冷器(9)的出口连通到所述内燃机(1)的进气口，用于冷却所述第一压气机(3)排出的气体，并增大所述内燃机(1)的进气密度。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述中冷器(9)为风冷或水冷的换热器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
第一冷却装置(10)，其设置在所述第二涡轮(4)和所述第二压气机(5)之间，用于冷却所述第二涡轮(4)排出的气体。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述第一冷却装置(10)为第一换热部件(101)、第一热电转换部件(102)、朗肯循环系统和有机朗肯循环系统中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述第一换热部件(101)的入口连通到所述第二涡轮(4)的出口，所述第一换热部件(101)的出口连通到所述第二压气机(5)的入口，用于冷却所述第二涡轮(4)排出的气体。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述第一热电转换部件(102)的入口连通到所述第二涡轮(4)的出口，所述第一热电转换部件(102)的出口连通到所述第二压气机(5)的入口，用于冷却所述第二涡轮(4)排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统包括：
第二换热部件(103)，其第一入口连通到所述第二涡轮(4)的出口，所述第二换热部件(103)的第一出口连通到所述第二压气机(5)的入口；
第一汽轮机(104)，其入口连通到所述第二换热部件(103)的第二出口；
第三换热部件(105)，其入口连通到所述第一汽轮机(104)的出口；
第一泵(106)，其入口连通到所述第三换热部件(105)的出口，所述第一泵(106)的出口连通到所述第二换热部件(103)的第二入口；
所述第一汽轮机(104)通过第三轴系(107)输出动力；
所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统用于冷却所述第二涡轮(4)排出的气体，同时将吸收的热量转换成动力输出。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
第二冷却装置(11)，其设置在所述第二压气机(5)和第三压气机(6)之间，用于冷却所述第二压气机(5)排出的气体。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，
所述第二冷却装置(11)为第四换热部件(111)、第二热电转换部件(112)、朗肯循环系统和有机朗肯循环系统中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，
所述第四换热部件(111)的入口连通到所述第二压气机(5)的出口，所述第四换热部件(111)的出口连通到所述第三压气机(6)的入口，用于冷却所述第二压气机(5)排出的气体。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，
所述第二热电转换部件(112)的入口连通到所述第二压气机(5)的出口，所述第二热电转换部件(112)的出口连通到所述第三压气机(6)的入口，用于冷却所述第二压气机(5)排出的气体，并将吸收的热能转换成电能输出。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统包括：
第五换热部件(113)，其第一入口连通到所述第二压气机(5)的出口，所述第五换热部件(113)的第一出口连通到所述第三压气机(6)的入口；
第二汽轮机(114)，其入口连通到所述第五换热部件(113)的第二出口；
第六换热部件(115)，其入口连通到所述第二汽轮机(114)的出口；
第二泵(116)，其入口连通到所述第六换热部件(115)的出口，所述第二泵(116)的出口连通到所述第五换热部件(113)的第二入口；
所述第二汽轮机(114)通过第四轴系(117)输出动力；
所述朗肯循环系统或有机朗肯循环系统用于冷却所述第二压气机(5)排出的气体，同时将吸收的热量转换成动力输出。
16.根据权利要求1所述的系统，还可以在第三压气机(6)之后串联第四压气机(12)、第五压气机(13)等，同样由第二涡轮(4)通过第二轴系(8)共轴连接，每级压气机之间也存在冷却装置，压气机的具体级数由输出动力、系统质量、成本等综合考虑决定。
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