В комбинированном двигателе с механической связью валы турбины и компрессора связаны порознь с коленчатым валом или соединены между собой и с ним механической или гидравлической передачей. Соотношение между мощностями турбины и компрессора может быть самым различным. Если мощность турбины меньше мощности, необходимой для привода компрессора, то для достижения заданного давления наддува недостающая мощность отбирается у двигателя. В противном случае избыточная мощность турбины передается на вал, от которого осуществляется привод потребителя мощности; чаще таким валом является коленчатый вал двигателя. В подобной конструктивной схеме возможно использование механической или гидравлической связи.

Одна из схем, в которой компрессор К и турбина Т порознь соединены с двигателем механической передачей, показана на рис. 1, а. Наиболее распространенными являются комбинированные двигатели с газовой связью поршневой части ПЧ с турбиной Т и компрессором К; при этом лопаточные машины (турбина и компрессор) часто жестко соединены между собой и образуют единый агрегат, называемый турбокомпрессором (рис. 1,б). В этих конструкциях мощности турбины и компрессора равны на всех режимах работы двигателя.

В том случае, когда при наличии газовой связи между поршневой частью, турбиной и компрессором на входе в цилиндр не может быть получено необходимое давление воздуха (или смеси), воздух (или смесь) вторично сжимают в компрессоре, имеющем привод от вала поршневой части. Такая схема широко применяется в комбинированных двухтактных двигателях, в которых ввиду большого расхода воздуха и низкой температуры выпускных газов мощность газовой турбины часто недостаточна для привода компрессора.

Для получения высокого давления воздуха на входе в цилиндр, а также улучшения условий работы газовых турбин и компрессоров воздух сжимают в двух последовательно (по потоку воздуха) расположенных компрессорах, каждый из которых приводится в движение отдельной газовой турбиной. Такие двигатели называют двигателями с двухступенчатым наддувом.

В двигателях большой мощности применяют осевые турбины, а в двигателях малой мощности — центростремительные турбины. Для понижения температуры поршня, клапанов, втулки и крышки цилиндра воздух или смесь после компрессоров охлаждается в охладителях.

В последнее время получают распространение комбинированные двигатели с силовой турбиной. Мощность, развиваемая одной из турбин, передается на коленчатый вал, а компрессор приводится от другой турбины. В этом случае силовая турбина располагается по потоку газов чаще после газовой турбины привода компрессора.

Если мощность поршневой части полностью расходуется на привод компрессора, а полезная мощность снимается с вала турбины (или другой расширительной машины), работающей на выпускных газах, то такая установка представляет собой комбинированный двигатель — газовую турбину с генератором газа. К подобным установкам относится и дизель-компрессор. В качестве поршневой части в таких установках используется свободнопоршневой двигатель.

Свободнопоршневые генераторы газа ввиду трудности обеспечения тепловой стойкости основных деталей поршневой части, худшей по сравнению с ранее рассмотренными двигателями экономичностью, сложности регулирования и других недостатков не получили распространения.

Учитывая условия работы турбины, различают систему воздухоснабжения с импульсной турбиной и турбиной постоянного давления. Давление в начале расширения в импульсной турбине изменяется в продолжение цикла. Максимальное давление ненамного меньше давления в цилиндре в конце расширения, а минимальное в некоторых двигателях может быть равно давлению за колесом турбины.

В обратимом термодинамическом цикле комбинированного двигателя с импульсной турбиной не учитывают дросселирование газа при перетекании его из цилиндра в турбину и принимают максимальное давление в начале расширения в турбине в точке b равным давлению в конце расширения в цилиндре (рис. 2). Подвод теплоты в обратимом цикле комбинированного двигателя определяется, как и в цикле поршневого двигателя, способом воспламенения и сгорания. На рис. 2, а показан обратимый термодинамический цикл двигателя с воспламенением от сжатия (со смешанным подводом теплоты) без охладителя воздуха. Давление за турбиной изменяется незначительно, поэтому в обратимых циклах комбинированных двигателей принимают, что отдача теплоты от рабочего тела холодному источнику происходит при постоянном давлении.

В двигателе с турбиной постоянного давления к выпускному коллектору присоединяют выпускные патрубки всех цилиндров двигателя (или цилиндров одного ряда). Во многих двигателях выпускной коллектор выполняют большого объема. В результате пульсации давления перед турбиной невелики и в обратимом термодинамическом цикле его принимают постоянным. Цикл состоит из адиабатных процессов сжатия в компрессоре а’а, в цилиндре ас; адиабатных процессов расширения в цилиндре zb ив турбине fg. Теплота подводится к рабочему телу от горячего источника в изохорном процессе cz’ и в изобарном z’z. Теплота отводится холодному источнику в изобарном процессе. Процесс перетекания газов из цилиндров в турбину в обратимом цикле заменен двумя процессами: изохор-ным процессом Ьа отвода теплоты от рабочего тела холодному источнику и изобарным процессом af подвода теплоты от горячего источника.