CN106415232B - 用于内燃机测试的空气调节装置及相关方法和使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机测试的空气调节装置，包含连接到发动机进气口的流入管、连接到发动机排放排出气体的排气口的流出管、连通所述流入管和所述流出管的连通管、所述流入管中包含涡轮的增压涡轮发电机、分流流向所述涡轮的气流的旁通阀、所述流入管和所述流出管中由同一的传热流体回路连接的包含热交换器的蓄热器、所述流出管中的旁通阀及其热交换器、所述蓄热器下游所述流出管中的热交换器和所述热交换器下游的涡轮压缩机。

Description

用于内燃机测试的空气调节装置及相关方法和使用

技术领域

本发明通常涉及内燃机测试领域，具体而言，涉及一种用于内燃机测试的空气调节装置。

背景技术

在试验台测试和描述往复式内燃机很多情况下需要精确控制压力和/或温度，无论是对进入空气还是排出气体而言。这是一种，例如，利用海拔、冷启动分析和随着时间推移开展的测试活动中参比条件的重复性等来校准发动机控制的测试活动。

在很多情况下，出现的问题是控制压力，以使其低于大气压，即模拟一种高海拔情况。这种情况，例如，会在具有比进行测试的实验室的海拔更高的水平高度研究发动机操作的时候，或在研究发动机和航空设备的情况下发生。然而，在其他情况下，例如，在地理位置上位于高海拔的检测室中再造海平面条件时，或在研究海平面以下矿井内发动机的行为时，也可以通过增高大气压再造低海拔条件。

本领域已知一些模拟这些大气条件的方法。

例如，本专利申请人的第ES2398095 A1号（或第US 20130306159 A1号）专利公开了一种模拟在高处操作的往复式内燃机吸进的空气压力和温度条件的装置。但是，该装置存在一些缺点有待解决，以提高性能。

第ES2398095 A1号专利公开的装置主要用于研究在航空领域中应用该装置的高海拔地区，而不是研究像位于海平面以下矿井的那种低海拔条件下发动机的操作。在这种情况下，可以扩大设备的模拟范围，以一种可逆转的方式既能模拟高海拔条件，也能模拟低海拔条件。

该装置尤其包含径向向心式涡轮机，用于向所述往复式内燃机吸进的空气的压力和温度扩散气流。而且，所述装置包含温度调节系统，用于在径向向心式涡轮机扩散气流后，在±10℃的范围内调节空气的所需温度。温度调节系统采用标准比例积分微分（PID），能精确控制所述径向向心式涡轮机。但是，这种设计不允许适当模拟某些条件，如高温。

在这种情况下，就需要改善温度控制系统，以扩大设备的模拟范围。

第US2004186699号专利公开了一种测试发动机的可变海拔模拟器，既可增高测试地点进入空气的压力，也可降低测试地点进入空气的压力，模拟比所述测试地点海拔更高和更低的海拔，并在不影响供给到发动机的空气的情况下调节气压和温度。

第WO2008036993 A2号专利公开了一种向内燃机供给经调节的燃气的方法和装置。排出气体可以与在发动机引入口引入的空气混合。内燃机排出的气体通过内燃机排气吸送系统从排气管排出，所述吸送系统最好包括过滤器、稀释管和风扇。

尽管已经知道一些为测试内燃机而模拟不同海拔高度的大气条件的方法和装置，但是本领域仍然需要比现有技术更有优势的可选方法和装置。例如，可以有一种能低能耗地调节测试内燃机大气压力和温度等大气条件的装置，也可以有一种独立调节所述压力和温度的装置。此外，还可以有一种在不需要对配置进行重大变化来变更操作模式的情况下模拟高海拔和低海拔地区大气条件的轻便、容易且操作简单的装置。

发明内容

本发明公开了一种用于内燃机测试的空气调节装置，具有上述至少一种或多种优势。为此，本发明公开的装置包含：

流入管，设置为以第一端连接到接受测试的内燃机进气口，并通过第二端从外界大气吸入空气；

流出管，设置为以第一端连接到所述内燃机的排气口，并通过第二端将排出气体排放到大气中；

第一连通管，紧邻所述流入管和所述流出管各自的第一端将两者连通，使所述装置的进气口与排气口连通；

增压涡轮发电机，设置在所述流入管中，所述涡轮发电机包括与耗散系统相连的涡轮，所述耗散系统用于散发膨胀时产生的能量；

旁通阀，分流所述流入管中流向所述涡轮的气流，所述旁通阀和所述涡轮能够被调节，以在所述流入管中得到期望的流量和压力值；

第一蓄热器，包括由同一的传热流体回路连接的分别位于所述流入管和流出管中的热交换器，所述第一蓄热器设置在所述增压涡轮发电机和所述第一连通管之间，促进所述流出管中的排出气体和所述流入管中的进入空气之间进行间接热交换；

旁通阀，位于所述流出管中，与所述第一蓄热器的相应热交换器一同调节实际参与热交换的排出气体的量；

热交换器，位于所述流出管中、所述第一蓄热器下游，用于冷却所述排出气体至安全温度；和

涡轮压缩机，位于所述热交换器下游，由涡轮压缩机充电装置进行充电，以同所述涡轮和所述旁通阀一起降低进入空气的压力，并调节气流。

本发明所述装置优选可以通过将所述内燃机的进气口连接到所述流出管的第二端，并将所述内燃机的排气口连接到所述流入管的第二端，从而颠倒所述装置的操作，所述流入管变成所述流出管，反之亦然，以使所述涡轮压缩机、所述涡轮和所述旁通阀一同增高进入空气的压力。

因此，本发明所述装置可改变供给到独立接受测试的发动机的流入空气的压力和温度。本发明所述装置还可以通过利用所述内燃机的排出气体的热量升高所述流入空气的温度以实现用最小的能耗改变流入空气的温度。

本发明还公开了一种使用空气调节装置对测试内燃机进行空气调节的方法，包含以下步骤：

调整流入空气的压力变化步骤；

调整流入空气温度的温度变化步骤；

向排出口分流流入空气，以使排出气体和流入空气直接相通；

在接受测试的发动机的进气口引入进行独立压力和温度变化的流入空气；

降低所述排出气体的温度至安全温度，通过涡轮压缩机排出；和

将接受测试的所述发动机的排出气体排放到大气中；

本发明所述方法中，对流入空气进行压力调整是通过所述涡轮压缩机、涡轮和调节流入空气量的旁通阀联合操作完成的。

最后，本发明还涉及所述装置的使用，以在测试内燃机时独立调节大气的压力和温度。

附图说明

以下附图举例说明了本发明的优选实施例，有助于更好的理解本发明，但不能被解释为以任何方式限制了本发明。

附图1为本发明第一个实施例所述装置在第一操作模式下的示意图。

附图2为本发明第一个实施例所述装置在第二操作模式下的示意图。

附图3为本发明第二个实施例所述装置的示意图。

附图4为一个可选实施例示意图，该实施例为散发本发明所述装置的涡轮在膨胀时产生的能量。

附图5为本发明所述装置的涡轮压缩机的可选实施例示意图。

具体实施方式

下面将根据两种不同的操作模式对本发明第一个优选实施例所述的装置进行说明，分别参考附图1和附图2。在附图1中，所述装置用于模拟比所述内燃机接受测试的地理位置更高的海拔位置的效果，也就是气压较低。这是一种，例如，在高山地区操作所述发动机的情况。

在附图2中，所述装置用于模拟比所述内燃机接受测试的地理位置更低的海拔位置的效果，也就是气压较高。这是一种，例如，在海平面（当测试室安装在较高水平高度）或甚至在低于海平面，例如矿井内操作所述发动机的情况。

如附图1所示，所述装置包括流入管（1），设置为以第一端（1a）连接到接受测试的内燃机进气口（未显示）。所述流入管（1）的第二端（1f）处有过滤器（2），通过所述第二端（1f）从外界大气吸入空气。所述过滤器（2）防止杂质进入所述装置。

所述装置还包括含流出管（3），设置为以第一端（3a）连接到内燃机的排气口，并通过第二端（3g）将排出气体排放到大气中。

本发明说明书中使用的编号1和3均分别指所述流入管和所述流出管。每个编号后面带有一个字母（1a，1b，1c...; 3a，3b，3c...），指对应管的一部分。这种标记法仅为清晰起见，本领域技术人员理解它们不是不同的管，而是同一个管的不同部分。

所述流入管（1）和所述流出管（3）通过紧邻各自第一端（1a，3a）的第一连通管（4）连通，从而将所述装置的进气口与排气口连通。

所述第一连通管（4）还具有阀（5），能打开或关闭所述流入管（1）和所述流出管（3）之间的连通。在附图1所示的情况下，即所述装置运行，产生低于大气压的压力，所述阀（5）始终打开。因此，所述装置通过所述过滤器（2）吸入的所述发动机所需的之外的空气通过所述第一连通管（4）从所述流入管（1）向所述流出管（3）流动。因此，所述流出管（3b）中有空气和排出气体混合物。

如附图1所示的实施例，所述装置还具有将所述流入管（1）和所述流出管（3）连通的第二连通管（6），设置在紧邻其所述第二端（1f，3g）处。所述第二连通管（6）还包括类似于上述阀（5）的阀（7）。所述装置按照附图1所示的操作模式运行时，即工作压力低于大气压力，位于所述第二连通管（6）上的所述阀（7）始终关闭，从而在此处切断所述流入管（1）和所述流出管（3）的连通。

所述装置还包括至少一个增压涡轮发电机，设置在所述流入管（1）中，所述涡轮发电机包括与耗散系统相连的涡轮（8），所述耗散系统用于散发膨胀时产生的能量。所述涡轮（8）优选为可变几何（TGV）涡轮，且最好是径向向心式涡轮。

根据本发明所述优选实施例，用于散发膨胀时产生的能量的所述散耗系统包括径向离心式压缩机（9）。所述压缩机（9）被连接至过滤器（10）和至少一个止回阀（11），通过所述过滤器（10）从大气中吸入空气，通过所述至少一个止回阀（11）将吸入空气排到大气中。

所述装置还包括旁通阀（12），被设置为分流所述流入管（1）中流向所述涡轮（8）的气流。所述旁通阀（12）和所述涡轮（8）可以被调节，以在所述流入管（1）中得到期望的质量流量和压力值。因此，位于所述涡轮（8）和冷凝分离器（13）下游的所述流入管（1c）中的流入空气，是扩散到所述涡轮（8）中的空气和通过所述旁通阀（12）分流的空气的混合物。

根据如附图1所示的示意图，所述装置包括两个蓄热器，第一蓄热器位于临近所述流入管（1）和所述流出管（3）的第一端（1a，3a）处，第二蓄热器位于临近其所述第二端（1f，3g）处。每个蓄热器使用一种传热流体，例如可以是水或油，在两股气流之间进行热交换。每个蓄热器包括两个热交换器，一个设置在所述流入管中，另一个设置在所述流出管中，由相同的传热流体回路连接，从而促进所述流出管中的排出气体和所述流入管中的进入空气之间进行间接热交换。

所述装置在压力低于大气压的情况下运行时，所述第一蓄热器在通过所述流出管（3b）流动的空气和排出气体混合物与通过所述流入管（1c）流动的空气之间进行热交换。在所述第一蓄热器中，所述传热流体由泵（14）驱动。所述传热流体从通过所述管（16）流动的排出气体吸收热量到所述交换器（15）中。所述传热流体将吸收到的热量传输给所述交换器（15’），再传输给通过所述流入管（1c）流动的空气，从而所述流入管（1b）中空气的温度就高于所述流入管（1c）中空气的温度。

所述流入管（1b）中空气的温度就通过旁通阀（17）而得到调节。如果所述旁通阀（17）关闭，所述管（16）中流入更多的气流，则所述流入管（1b）中空气的温度升高更多。与此相反，如果所述旁通阀（17）打开，所述管（16）中流入更少的气流，则所述流入管（1b）中空气的温度升高更少。

反之，如果要将所述流入管（1b）中空气的温度降低到低于所述流入管（1c）中空气的温度，为达此目的，所述第一蓄热器包括位于所述热交换器（15’）上游的三通阀（18）和位于所述三通阀（18）和所述热交换器（15）之间的辅助热交换器（19）。所述辅助热交换器（19）被连接到冷却液回路（未显示），所述传热流体会将所述热交换器（15’）中所述流体从通过所述流入管（1c）流动的空气中吸收的热量传输给所述冷却液回路。在相对于所述流入管（1c）要将所述流入管（1b）中的空气冷却的情况下，所述旁通阀（17）将被完全打开，且所述三通阀（18）打开通向所述热交换器（15’）的通路，并关闭位于所述热交换器（15’）前方分流流体的通路。总之，有了第一蓄热器，所述流入管（1b）中的温度就与所述流入管（1c）中的压力与温度互不影响。

所述装置在压力低于大气压的情况下运行时，所述第二蓄热器在通过所述管（3e）流动的空气和排出气体混合物与通过所述管（20）流动的流入空气之间进行热交换。在所述第二蓄热器中，所述传热流体由泵（21）驱动。所述传热流体从通过所述管（3e）流动的排出气体吸收热量到所述热交换器（22）中。所述传热流体将吸收到的热量传输给所述交换器（22’），再传输给通过所述管（20）流动的流入空气，从而所述管（23）中空气的温度就高于所述管（20）中流入空气的温度。所述管（1d）中流入空气的温度就通过旁通阀（24）而得到调节。如果所述旁通阀（24）关闭，所述管（20）中流入更多的气流，则所述流入管（1d）中空气的温度升高。相反，如果所述旁通阀（24）打开，所述热交换器（22’）带来的温度升高效果就会降低。

如果要将所述流入管（1d）中流入空气的温度降低到低于所述流入管（1e）中空气的温度，为达此目的，所述第二蓄热器包括与前述情况中一样的位于所述热交换器（22）上游的三通阀（25）和位于所述三通阀（25）和所述热交换器（22’）之间的辅助热交换器（26）。所述辅助热交换器（26）被连接到冷却液回路（未显示），所述传热流体会将所述热交换器（22’）中所述流体从通过所述管（20）流动的空气中吸收的热量传输给所述冷却液回路。在相对于所述流入管（1e）要将所述流入管（1d）中的空气冷却的情况下，所述旁通阀（24）的位置就会被调节，且所述三通阀（25）就会被关闭，以断开通向所述热交换器（22）的通路，并打开位于所述热交换器（22）前方分流流体的通路。总之，有了第二蓄热器，所述流入管（1d）中的温度就与测试区中的压力与温度互不影响。

如附图1所示的装置还包括冰和冷凝分离器（27），位于所述流入管（1d）的最近下游和所述涡轮（8）前方的位置。

现在对于所述第一蓄热器最近下游处的所述流出管（3）而言，被流入空气稀释并被部分冷却（通过所述第一蓄热器和稀释物）的所述排出气体在热交换器（28）中被再次冷却到安全温度，以被引入涡轮压缩机（29）中。所述热交换器（28）可以使用任何适合的流体，如常温自来水，作为冷却液。在所述热交换器（28）后面和所述涡轮压缩机（29）前面，所述排出气体通过冷凝分离器（30）。

所述涡轮压缩机（29）由至少一个电动机（31）充电。所述涡轮压缩机（29）从所述流出管（3d）中吸入冷却的空气和排出气体混合物，以将其抽出所述装置。所述电动机（31）与所述涡轮（8）和所述旁通阀（12）共同调节所述涡轮压缩机（29）的旋转速度，直到吸入空气达到期望的特定质量流量和压力值。

所述涡轮压缩机（29）吸入的所述空气和排出气体混合物通过所述流出管（3e），通过上述第二蓄热器的交换器（22），再通过所述流出管（3g）被最终排入大气中。

附图2说明了与附图1所示相同实施例的装置在超压生成模式下的操作。换言之，在附图2所示的操作模式下，所述装置模拟低于测试室海拔高度的大气条件，也就是在较高压的情况下。

所述装置的主要部件与附图1中的相同，此处不再详细说明。附图2和附图1中相同的部件标号相同。

附图2所示操作模式与附图1操作模式的主要区别，即本发明所述装置相比现有技术已知装置的实质性优势，在于可在所述流出管（3a）的第一端安装所述空气过滤器（2）（以前都是连接在所述流入管（1f）的第二端）。接受测试的所述内燃机的进气口被连接到所述流出管（3g）的第二端，而所述内燃机的排气口被连接到所述流入管（1f）的第二端。因此，在第二种操作模式下，所述流入管和流出管的功能（流入管（1）现在变为流出管，而流出管（3）现在变为流入管）被置换。因此，所述流入空气不是通过降低其压力的所述增压涡轮发电机的涡轮（8），而是通过所述涡轮压缩机（29），从而使所述流入空气获得大于进行测试的海拔高度的大气压力值的期望压力值。

所述装置按照当前配置运行时，即，压缩吸入的空气，位于所述第二连通管（6）中的所述阀（7）始终打开。因此，空气总是通过所述第二连通管（6）从所述管（3）向所述管（1）流动；因此，所述管（1）中有空气和排出气体混合物。

所述空气和排出气体混合物通过所述管（1a）排入大气。所述管（1）还通过所述第一连通管（4）被连接到所述管（3）。所述装置按照当前配置运行时，即，压缩吸入的空气，位于所述第一连通管（4）中的所述阀（5）始终关闭，这样所述管（1）和所述管（3）的连通就在此处被切断。

因此，从对附图1和附图2的上述讨论中能得到，根据本发明第一个优选实施例的所述装置既可模拟比进行测试的海拔位置的大气压力和温度条件较高的情况，也可模拟比其较低的情况。而且，对压力和温度的调整也互不影响。此外，升高所述流入空气的温度只需最小的能耗，因为可以利用接受测试的所述内燃机的排出气体的热量。对本发明第一个实施例所述装置的配置进行简单改变就能容易地更改操作模式，即相对于周围大气压力，从模拟较高压力的模式切换到模拟较低压力的模式。

附图3展示了本发明所述装置的第二个优选实施例。根据第二个实施例，所述装置具有在无需更改所述过滤器（2）和所述内燃机各自位置（在前述附图1和附图2中需通过更改操作模式来更改它们的位置）的情况下就能相对于周围大气压力模拟较低压力或较高压力的能力。

附图3中的部件与附图1和附图2中的相同，标号也相同，此处不再进行说明。

根据本发明第二个优选实施例所述的装置还包括三通阀组件，能够在相对于大气增高或降低所述流入空气压力的模式下使用所述装置。尤其是，所述装置包括连接所述增压涡轮发电机上游的所述流入管（1d）和所述热交换器（28）与所述涡轮压缩机（29）之间的所述流出管（3d）的第一三通阀（32），该连接通过管（33）实现。

第二三通阀（34）连接所述增压涡轮发电机与所述第一热交换器之间的所述流入管（1c）和临近所述流出管第二端的所述流出管（3f），该连接通过管（35）实现。

第三三通阀（36）连接所述第一蓄热器与所述热交换器（28）之间的所述流出管（3c）和所述第一三通阀（32）与所述增压涡轮发电机之间的所述流入管（1d），该连接通过管（37）实现。

最后，第四三通阀（38）连接所述涡轮压缩机（29）与从所述第二三通阀（34）延伸出的管（35）的流出端点之间的所述流出管（3e）和所述第二三通阀（34）与所述第一蓄热器之间的所述流入管（1c），该连接通过管（39）实现。

因此，在附图3所示的实施例中，为了在低于大气压的压力下运行，空气通过所述空气过滤器（2）被从大气中吸入，并通过所述流入管（1）传输到接受测试的所述内燃机的进气口（未显示）。为此，所述三通阀（32）和所述三通阀（34）使吸入的空气通过所述流入管，关闭流向所述管（33）和所述管（35）的各通路。所述连通管（4）连接所述流入管（1b）和所述流出管（3b），以使两管中的压力保持相同。

所述发动机的排出管将所述发动机排出气体排入所述流出管（3a）中。所述排出气体和从稀释物吸入的空气（通过所述连通管（4）传输）在所述流出管（3b）中混合。通过沿流出管（3）流向打开所述三通阀（36）和所述三通阀（38），关闭流向所述管（37）和所述管（39）各自的通路，使这些气体到达所述流出管（3f），并被排入大气中。

相反，即在操作所述装置，产生超压的情况下，所述空气通过所述空气过滤器被吸入。在这种情况下，所述第一三通阀（32）沿进入所述涡轮（8）的方向被关闭，则气流向所述管（33）分流。所述第三三通阀（36）沿通向所述管（3c）的方向被关闭，这样所述管（33）中的气流就会被排入所述管（3d）中，且不会往回流；流向所述涡轮压缩机（29）的流路是唯一畅通的流路。在所述涡轮压缩机（29）的出口，所述第四三通阀（38）沿所述管（3f）的方向被关闭，这样，吸入的空气流通过所述管（39）被分流，然后被排入所述管（1c）中。所述第二三通阀（34）被关闭，阻止气流从所述涡轮（8）向所述第一蓄热器传输。因此，从所述管（39）吸入的所述空气被排入所述第一蓄热器的进口，且不会往回流；流向与所述发动机进气口连接的所述流入管（1a）的流路是唯一畅通的流路。

所述发动机排出气体被排入所述流出管（3a），流向所述第三三通阀（36）。如述，所述第三三通阀（36）阻止流向所述管（3c）的流路，将气流通过所述管（37）向所述涡轮（8）的进口方向分流。如述，所述第一三通阀（32）沿进入所述涡轮（8）的方向被关闭，则气流向所述管（33）分流。因此，所述管（37）中的气流不会往回流；流向与所述涡轮（8）和所述旁通阀（12）的流路是唯一畅通的流路。在流到所述第二三通阀（34）处，气流向所述管（35）分流，通向所述流入管（1c）的通路是被关闭的。所述第四三通阀（38）沿向所述管（3e）的方向被关闭，这样，所述排出气体和空气混合物不会往回流；通过所述流出管（3f）流向大气的流路是唯一畅通的流路。

相对于附图1和附图2所示的实施例，附图3所示的实施例还有几处其他变化。首先，在所述第一三通阀（32）上游的所述流入管（1）之间还有连接到冷却管的额外热交换器（40）。所述热交换器（40）可以将所述流入空气的温度降至期望值。

其次，在附图3所示的第二个实施例中，只需要一个蓄热器，且该蓄热器比附图1和附图2中的蓄热器要简单。这种情况下，该蓄热器包括所述交换器（15’）、所述交换器（15）、所述泵（14）和所述旁通阀（17）。为此，该蓄热器利用在所述热交换器（15）中流动的排出气体和空气稀释混合物的能量，仅用于在所述热交换器（15’）中加热排入所述管（1b）中的空气。

现在对附图4所示的另一个实施例进行说明，从附图中能够得知，所述涡轮（8）也可以被连接到发电机（41），所述发电机吸收所述涡轮膨胀时获得的能量。

根据附图5所示的另一个优选实施例，所述涡轮压缩机（29）由涡轮（42）驱动。组合连接到同一个轴上的所述涡轮（42）和所述涡轮压缩机（29）为一个增压涡轮发电机。所述涡轮（42）通过试验台中生成的气体流运作。在本发明这一实施例中，所述涡轮（42）与所述涡轮（8）和所述旁通阀（12）共同调节所述涡轮压缩机（29）的旋转速度，直到吸入空气达到期望的特定质量流量和压力值。

从前述说明可知，本发明所述装置相对现有技术有很多优势。例如，本发明所述装置的一个优势在于操作具有可逆性。换言之，本发明优选实施例公开的所述装置能以低能耗模拟比大气压力高或低的压力条件。对位于高地理位置的设备中的发动机，模拟海平面大气环境需要这种能力。对低于海平面位置的矿井中发动机，这种能力也有助于模拟其工作环境。另一优势在于，在具有可变几何的所述涡轮中设置所述旁通阀，使得在低海拔位置产生大质量流量。

本发明优选实施例所述装置的灵活设计使得可在所述流入空气中生成的所述温度条件与所要求的所述压力互不影响。一方面，可相对于所在地大气温度，升高所述温度。为此，要使用利用所述排出气体能量的至少一个蓄热器。另一方面，相对于所在地大气温度，可通过将多变膨胀过程（等熵量在40%-80%之间）与接近等压条件的冷却过程相结合，降低所述温度。

本发明还公开了一种优选使用本发明所述装置对测试内燃机进行空气调节方法，包括以下步骤：

调整流入空气压力的压力变化步骤；

调整流入空气温度的温度变化步骤；

向排出口分流流入空气，以使排出气体和流入空气直接相通；

在接受测试的发动机的进气口引入进行独立压力和温度调整的流入空气；

降低所述排出气体的温度至安全温度，通过涡轮压缩机排出；和

将接受测试的所述发动机的排出气体排放到大气中。

本发明优选实施例所述方法中，对流入空气进行压力调整是通过涡轮压缩机、涡轮和调节流入空气量的旁通阀联合操作完成的。

本发明所述方法的其他实施例可包括，例如，对所述流入空气进行温度变化的第二步。

根据另一个可选实施例，所述流入空气温度变化步骤中的至少一步包括通过与热的排出气体直接进行热交换来升高所述进入空气的温度。

根据本发明，所述流入空气压力变化步骤可包括降低所述流入空气压力或增高所述流入空气压力。

此外，根据本发明，所述方法可包括在将所述排出气体排入大气之前增高其压力，或降低其压力。

最后，本发明还涉及本发明所述装置的使用，如上述附图1-5所述，以在测试内燃机时独立调节大气压力和温度。

尽管已经在多个优选实施例中对本发明进行了描述，但本领域技术人员明白可以在不脱离本发明范围的情况下，进行改进与修改。例如，所述涡轮压缩机和所述涡轮可以被连接到其他分别提供或分散能量的系统，不必限制于本发明所描述系统。

此外，尽管本发明优选实施例已对包括两个从所述排出气体向所述流入空气传输热量的蓄热器的所述装置进行了说明，但是本发明其他实施例的所述装置可包括一个或两个以上蓄热器对本领域技术人员而言是显而易见的。

本领域技术人员还能够理解，尽管本发明对测试内燃机进行了说明，但同样可通过小的改动用于测试在不同海拔位置作业的其他相关设备（例如空气过滤器、消声器、清除排出气体的设备（后处理）等）。

根据前述说明，本发明可以在不需要对配置进行重大变化来变更操作模式的情况下使用同一装置通过可逆操作相对于大气压力模拟超压条件和低压条件。

本发明可以通过将所述旁通阀（12）与所述涡轮压缩机（29）和所述涡轮（8）结合使用来调节空气压力和流量。

所述旁通阀（12）分流所述流入管（1）中流向所述涡轮（8）的空气流，以传输更大的质量流量，尤其在低海拔位置。因此，所述装置能流通更多流量，以使发生波动时，吸入的空气压力不会发生改变，且所述发动机和所述装置的连接不会影响所述发动机的操作。总之，所述旁通阀（12）使得能更好地模拟低海拔条件，并扩大所述装置的模拟范围。

此外，所述涡轮（8）为可变几何涡轮的可能性在流量和灵活性方面提供了很大的改善，也提供了需要被考虑在内的节能优势。

真空发电系统是涡轮压缩机（29），在一个实施例中，所述涡轮压缩机（29）由电动机（31）或涡轮（42）驱动，所述涡轮压缩机和涡轮形成另一个涡轮发电机，所以所述装置很紧凑。

而且，本发明所述装置具有通过利用所述发动机排出气体的能量加热进入空气的蓄热器，能模拟高温条件，因此，可以不使用电阻器，并对温度进行额外控制。此外，本发明所述装置具有低温生产设备热交换器，专门集成在每个所述蓄热器中。

因此，所述装置能在所述发动机的进气口和排气口精确控制吸入空气的压力和温度，提供更广的模拟范围。

所有这些都为本发明所述装置提供了一种技术优势。而现有技术，尤其是第ES2398095 A1号专利（或第US 20130306159 A1号专利）和第US2004186699号专利，尽管第US2004186699号专利公开的装置也能模拟低于测试地海拔的条件，但是该装置没那么紧凑，且使用的部件和方法与本发明所公开的不尽相同。

Claims (25)

1.一种用于内燃机测试的空气调节装置，包括：

流入管（1），设置为以第一端（1a）连接到接受测试的内燃机进气口，并通过第二端（1f）从外界大气吸入空气；

流出管（3），设置为以第一端（3a）连接到所述内燃机的排气口，并通过第二端（3g）将排出气体排放到大气中；

第一连通管（4），紧邻所述流入管（1）和所述流出管（3）各自的第一端（1a，3a）将两者连通；

增压涡轮发电机，设置在所述流入管（1）中，所述增压涡轮发电机包括与耗散系统相连的第一涡轮（8），所述耗散系统用于散发膨胀时产生的能量；

其特征在于，所述空气调节装置进一步包括：

第一旁通阀（12），分流所述流入管（1）中流向所述第一涡轮（8）的气流，所述第一旁通阀（12）和所述第一涡轮（8）能够被调节，以在所述流入管（1）中得到期望的流量和压力值；

第一蓄热器，包括由同一的传热流体回路连接的分别位于所述流入管（1）和流出管（3）中的第一和第二热交换器（15，15’），所述第一蓄热器设置在所述增压涡轮发电机和所述第一连通管（4）之间，促进所述流出管（3）中的排出气体和所述流入管（1）中的进入空气之间进行间接热交换；

第二旁通阀（17），位于所述流出管（3）中，与所述第一蓄热器的相应的第一热交换器（15）一同调节实际参与热交换的排出气体的量；

第三热交换器（28），位于所述流出管中、所述第一蓄热器下游，用于冷却所述排出气体至安全温度；和

涡轮压缩机（29），位于所述第三热交换器（28）下游，由涡轮压缩机充电装置进行充电，以同所述第一涡轮（8）和所述第一旁通阀（12）一起降低进入空气的压力，并调节进入气流；以及，

所述内燃机的所述进气口可以连接到所述流出管（3）的所述第二端（3g），所述内燃机的排气口可以连接到所述流入管（1）的第二端（1f），从而颠倒所述装置的操作，所述流入管变成所述流出管，反之亦然，以使所述涡轮压缩机（29）、所述第一涡轮（8）和所述第一旁通阀（12）一同增高进入空气的压力。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括驱动所述第一蓄热器的所述第一和第二热交换器（15，15’）之间的热流体的泵（14）。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一蓄热器中的所述传热流体回路还包括：

位于所述流入管（1）中所述第二热交换器（15’）上游的三通阀（18）；和

连接到冷却液回路的第一辅助热交换器（19）；

所述第一辅助热交换器（19）间接冷却所述流入管（1）中的所述进入空气。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二蓄热器，所述第二蓄热器包括由同一的传热流体回路连接的分别位于所述流入管（1）中和所述流出管（3）中的第四和第五热交换器（22，22’），所述第二蓄热器设置在临近所述流入管（1）和所述流出管（3）各自的第二端（1f，3g）处，促进所述流出管（3）中的排出气体和所述流入管（1）中的进入空气之间进行间接热交换。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括所述流入管（1）中的第三旁通阀（24），所述第三旁通阀与所述第二蓄热器的相应的第五热交换器（22’）一同调节实际参与热交换的排出气体的量。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括驱动所述第二蓄热器的所述第四和第五热交换器（22，22’）之间的传热流体的泵（21）。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二蓄热器中的所述传热流体回路还包括：

位于所述流入管（3）中所述第四热交换器（22）上游的三通阀（25）；和

连接到冷却液回路的第二辅助热交换器（26）；

所述第二辅助热交换器（26）间接冷却所述流入管（1）中的所述进入空气。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一连通管（4）还具有阀（5），能打开或关闭所述流入管（1）和所述流出管（3）之间的连通。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二连通管（6），设置在临近所述流入管（1）和所述流出管（3）各自的第二端（1f，3g）处，连通所述流入管（1）和所述流出管（3）。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二连通管（6）还具有阀（7），能打开或关闭所述流入管（1）和所述流出管（3）之间的连通。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一涡轮中用于散发膨胀时产生的能量的所述耗散系统包括离心式压缩机（9），所述离心式压缩机被连接到过滤器（10）和止回阀（11），通过所述过滤器（10）从大气中吸入空气，通过所述止回阀（11）将吸入空气排到大气中。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一涡轮中用于散发膨胀时产生的能量的所述耗散系统包括发电机（41）。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一涡轮（8）为可变几何涡轮。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述可变几何涡轮为径向向心式涡轮。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涡轮压缩机充电装置从电动机（31）和第二涡轮（42）中选取。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包含位于所述装置端部的过滤器（2），通过所述过滤器（2）从外部大气中吸入空气，并阻止杂质进入所述装置。

17.一种用于内燃机测试的空气调节装置，包括：

流入管（1），设置为以第一端（1a）连接到接受测试的内燃机进气口，并通过第二端（1f）从外界大气吸入空气；

流出管（3），设置为以第一端（3a）连接到所述内燃机的排气口，并通过第二端（3g）将排出气体排放到大气中；

第一连通管（4），紧邻所述流入管（1）和所述流出管（3）各自的第一端（1a，3a）将两者连通；

增压涡轮发电机，设置在所述流入管（1）中，所述增压涡轮发电机包括与耗散系统相连的第一涡轮（8），所述耗散系统用于散发膨胀时产生的能量；

其特征在于，所述空气调节装置进一步包括：

第一旁通阀（12），分流所述流入管（1）中流向所述第一涡轮（8）的气流，所述第一旁通阀（12）和所述第一涡轮（8）能够被调节，以在所述流入管（1）中得到期望的流量和压力值；

第一蓄热器，包括由同一的传热流体回路连接的分别位于所述流入管（1）和流出管（3）中的第一和第二热交换器（15，15’），所述第一蓄热器设置在所述增压涡轮发电机和所述第一连通管（4）之间，促进所述流出管（3）中的排出气体和所述流入管（1）中的进入空气之间进行间接热交换；

第二旁通阀（17），位于所述流出管（3）中，与所述第一蓄热器的相应的第一热交换器（15）一同调节实际参与热交换的排出气体的量；

第三热交换器（28），位于所述流出管中、所述第一蓄热器下游，用于冷却所述排出气体至安全温度；和

涡轮压缩机（29），位于所述第三热交换器（28）下游，由涡轮压缩机充电装置进行充电，以同所述第一涡轮（8）和所述第一旁通阀（12）一起降低进入空气的压力，并调节进入气流；

第一三通阀（32），所述第一三通阀连接所述增压涡轮发电机上游的所述流入管（1）和所述第三热交换器（28）与所述涡轮压缩机（29）之间的所述流出管（3）；

第二三通阀（34），所述第二三通阀连接所述增压涡轮发电机与所述第一蓄热器之间的所述流入管（1）和临近所述流出管第二端（3g）的所述流出管（3）；

第三三通阀（36），所述第三三通阀连接所述第一蓄热器与所述第三热交换器（28）之间的所述流出管（3）和所述第一三通阀（32）与所述增压涡轮发电机之间的所述流入管（1）；

第四三通阀（38），所述第四三通阀连接所述涡轮压缩机（29）与从所述第二三通阀（34）延伸出的管的流出端点之间的所述流出管（3）和所述第二三通阀（34）与所述第一蓄热器之间的所述流入管（1）；

三通阀（32，34，36，38）组件的配置使得能够在相对于大气增高或降低所述进入空气压力的模式下使用所述装置。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位于所述第一三通阀（32）上游的所述流入管（1）中的额外热交换器（40），以降低所述进入空气的温度。

19.如权利要求1或17所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个冷凝分离器。

20.使用如权利要求1至18中任一项所述的装置，在测试内燃机时，独立调节大气的压力和温度。

21.一种使用空气调节装置对测试内燃机进行空气调节的方法，包含以下步骤：

调整进入空气压力的压力变化步骤；

调整进入空气温度的温度变化步骤；

向流出管分流进入空气，以使排出气体和进入空气直接相通；

在接受测试的发动机的进气口引入进行独立压力和温度调整的进入空气；

降低所述排出气体的温度至安全温度，通过涡轮压缩机排出；和

将接受测试的所述发动机的排出气体排放到大气中；

其中，对进入空气进行压力调整是通过所述涡轮压缩机、涡轮和调节进入空气量的旁通阀联合操作完成的。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括两步进入空气温度变化步骤。

23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述进入空气温度变化步骤中的至少一步包括通过与热的排出气体直接进行热交换来升高所述进入空气的温度。

24.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述进入空气压力变化步骤包括降低所述进入空气压力。

25.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述进入空气压力变化步骤包括增高所述进入空气压力。