本發(fā)明通常涉及內(nèi)燃機(jī)測(cè)試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)測(cè)試的空氣調(diào)節(jié)裝置。

背景技術(shù)：

在試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試和描述往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)很多情況下需要精確控制壓力和/或溫度，無(wú)論是對(duì)進(jìn)入空氣還是排出氣體而言。這是一種，例如，利用海拔、冷啟動(dòng)分析和隨著時(shí)間推移開(kāi)展的測(cè)試活動(dòng)中參比條件的重復(fù)性等來(lái)校準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的測(cè)試活動(dòng)。

在很多情況下，出現(xiàn)的問(wèn)題是控制壓力，以使其低于大氣壓，即模擬一種高海拔情況。這種情況，例如，會(huì)在具有比進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室的海拔更高的水平高度研究發(fā)動(dòng)機(jī)操作的時(shí)候，或在研究發(fā)動(dòng)機(jī)和航空設(shè)備的情況下發(fā)生。然而，在其他情況下，例如，在地理位置上位于高海拔的檢測(cè)室中再造海平面條件時(shí)，或在研究海平面以下礦井內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的行為時(shí)，也可以通過(guò)增高大氣壓再造低海拔條件。

本領(lǐng)域已知一些模擬這些大氣條件的方法。

例如，本專利申請(qǐng)人的第ES2398095 A1號(hào)（或第US 20130306159 A1號(hào)）專利公開(kāi)了一種模擬在高處操作的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)吸進(jìn)的空氣壓力和溫度條件的裝置。但是，該裝置存在一些缺點(diǎn)有待解決，以提高性能。

第ES2398095 A1號(hào)專利公開(kāi)的裝置主要用于研究在航空領(lǐng)域中應(yīng)用該裝置的高海拔地區(qū)，而不是研究像位于海平面以下礦井的那種低海拔條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。在這種情況下，可以擴(kuò)大設(shè)備的模擬范圍，以一種可逆轉(zhuǎn)的方式既能模擬高海拔條件，也能模擬低海拔條件。

該裝置尤其包含徑向向心式渦輪機(jī)，用于向所述往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)吸進(jìn)的空氣的壓力和溫度擴(kuò)散氣流。而且，所述裝置包含溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于在徑向向心式渦輪機(jī)擴(kuò)散氣流后，在±10℃的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)空氣的所需溫度。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)比例積分微分（PID），能精確控制所述徑向向心式渦輪機(jī)。但是，這種設(shè)計(jì)不允許適當(dāng)模擬某些條件，如高溫。

在這種情況下，就需要改善溫度控制系統(tǒng)，以擴(kuò)大設(shè)備的模擬范圍。

第US2004186699號(hào)專利公開(kāi)了一種測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的可變海拔模擬器，既可增高測(cè)試地點(diǎn)進(jìn)入空氣的壓力，也可降低測(cè)試地點(diǎn)進(jìn)入空氣的壓力，模擬比所述測(cè)試地點(diǎn)海拔更高和更低的海拔，并在不影響供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣的情況下調(diào)節(jié)氣壓和溫度。

第WO2008036993 A2號(hào)專利公開(kāi)了一種向內(nèi)燃機(jī)供給經(jīng)調(diào)節(jié)的燃?xì)獾姆椒ê脱b置。排出氣體可以與在發(fā)動(dòng)機(jī)引入口引入的空氣混合。內(nèi)燃機(jī)排出的氣體通過(guò)內(nèi)燃機(jī)排氣吸送系統(tǒng)從排氣管排出，所述吸送系統(tǒng)最好包括過(guò)濾器、稀釋管和風(fēng)扇。

盡管已經(jīng)知道一些為測(cè)試內(nèi)燃機(jī)而模擬不同海拔高度的大氣條件的方法和裝置，但是本領(lǐng)域仍然需要比現(xiàn)有技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)的可選方法和裝置。例如，可以有一種能低能耗地調(diào)節(jié)測(cè)試內(nèi)燃機(jī)大氣壓力和溫度等大氣條件的裝置，也可以有一種獨(dú)立調(diào)節(jié)所述壓力和溫度的裝置。此外，還可以有一種在不需要對(duì)配置進(jìn)行重大變化來(lái)變更操作模式的情況下模擬高海拔和低海拔地區(qū)大氣條件的輕便、容易且操作簡(jiǎn)單的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃機(jī)測(cè)試的空氣調(diào)節(jié)裝置，具有上述至少一種或多種優(yōu)勢(shì)。為此，本發(fā)明公開(kāi)的裝置包含：

流入管，設(shè)置為以第一端連接到接受測(cè)試的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口，并通過(guò)第二端從外界大氣吸入空氣；

流出管，設(shè)置為以第一端連接到所述內(nèi)燃機(jī)的排氣口，并通過(guò)第二端將排出氣體排放到大氣中；

第一連通管，緊鄰所述流入管和所述流出管各自的第一端將兩者連通，使所述裝置的進(jìn)氣口與排氣口連通；

增壓渦輪發(fā)電機(jī)，設(shè)置在所述流入管中，所述渦輪發(fā)電機(jī)包括與耗散系統(tǒng)相連的渦輪，所述耗散系統(tǒng)用于散發(fā)膨脹時(shí)產(chǎn)生的能量；

旁通閥，分流所述流入管中流向所述渦輪的氣流，所述旁通閥和所述渦輪能夠被調(diào)節(jié)，以在所述流入管中得到期望的流量和壓力值；

第一蓄熱器，包括由同一的傳熱流體回路連接的分別位于所述流入管和流出管中的熱交換器，所述第一蓄熱器設(shè)置在所述增壓渦輪發(fā)電機(jī)和所述第一連通管之間，促進(jìn)所述流出管中的排出氣體和所述流入管中的進(jìn)入空氣之間進(jìn)行間接熱交換；

旁通閥，位于所述流出管中，與所述第一蓄熱器的相應(yīng)熱交換器一同調(diào)節(jié)實(shí)際參與熱交換的排出氣體的量；

熱交換器，位于所述流出管中、所述第一蓄熱器下游，用于冷卻所述排出氣體至安全溫度；和

渦輪壓縮機(jī)，位于所述熱交換器下游，由渦輪壓縮機(jī)充電裝置進(jìn)行充電，以同所述渦輪和所述旁通閥一起降低進(jìn)入空氣的壓力，并調(diào)節(jié)氣流。

本發(fā)明所述裝置優(yōu)選可以通過(guò)將所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口連接到所述流出管的第二端，并將所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口連接到所述流入管的第二端，從而顛倒所述裝置的操作，所述流入管變成所述流出管，反之亦然，以使所述渦輪壓縮機(jī)、所述渦輪和所述旁通閥一同增高進(jìn)入空氣的壓力。

因此，本發(fā)明所述裝置可改變供給到獨(dú)立接受測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)的流入空氣的壓力和溫度。本發(fā)明所述裝置還可以通過(guò)利用所述內(nèi)燃機(jī)的排出氣體的熱量升高所述流入空氣的溫度以實(shí)現(xiàn)用最小的能耗改變流入空氣的溫度。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種使用空氣調(diào)節(jié)裝置對(duì)測(cè)試內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的方法，包含以下步驟：

調(diào)整流入空氣的壓力變化步驟；

調(diào)整流入空氣溫度的溫度變化步驟；

向排出口分流流入空氣，以使排出氣體和流入空氣直接相通；

在接受測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口引入進(jìn)行獨(dú)立壓力和溫度變化的流入空氣；

降低所述排出氣體的溫度至安全溫度，通過(guò)渦輪壓縮機(jī)排出；和

將接受測(cè)試的所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排出氣體排放到大氣中；

本發(fā)明所述方法中，對(duì)流入空氣進(jìn)行壓力調(diào)整是通過(guò)所述渦輪壓縮機(jī)、渦輪和調(diào)節(jié)流入空氣量的旁通閥聯(lián)合操作完成的。

最后，本發(fā)明還涉及所述裝置的使用，以在測(cè)試內(nèi)燃機(jī)時(shí)獨(dú)立調(diào)節(jié)大氣的壓力和溫度。

附圖說(shuō)明

以下附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，有助于更好的理解本發(fā)明，但不能被解釋為以任何方式限制了本發(fā)明。

附圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例所述裝置在第一操作模式下的示意圖。

附圖2為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例所述裝置在第二操作模式下的示意圖。

附圖3為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例所述裝置的示意圖。

附圖4為一個(gè)可選實(shí)施例示意圖，該實(shí)施例為散發(fā)本發(fā)明所述裝置的渦輪在膨脹時(shí)產(chǎn)生的能量。

附圖5為本發(fā)明所述裝置的渦輪壓縮機(jī)的可選實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將根據(jù)兩種不同的操作模式對(duì)本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述的裝置進(jìn)行說(shuō)明，分別參考附圖1和附圖2。在附圖1中，所述裝置用于模擬比所述內(nèi)燃機(jī)接受測(cè)試的地理位置更高的海拔位置的效果，也就是氣壓較低。這是一種，例如，在高山地區(qū)操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。

在附圖2中，所述裝置用于模擬比所述內(nèi)燃機(jī)接受測(cè)試的地理位置更低的海拔位置的效果，也就是氣壓較高。這是一種，例如，在海平面（當(dāng)測(cè)試室安裝在較高水平高度）或甚至在低于海平面，例如礦井內(nèi)操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。

如附圖1所示，所述裝置包括流入管（1），設(shè)置為以第一端（1a）連接到接受測(cè)試的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣口（未顯示）。所述流入管（1）的第二端（1f）處有過(guò)濾器（2），通過(guò)所述第二端（1f）從外界大氣吸入空氣。所述過(guò)濾器（2）防止雜質(zhì)進(jìn)入所述裝置。

所述裝置還包括含流出管（3），設(shè)置為以第一端（3a）連接到內(nèi)燃機(jī)的排氣口，并通過(guò)第二端（3g）將排出氣體排放到大氣中。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中使用的編號(hào)1和3均分別指所述流入管和所述流出管。每個(gè)編號(hào)后面帶有一個(gè)字母（1a，1b，1c...; 3a，3b，3c...），指對(duì)應(yīng)管的一部分。這種標(biāo)記法僅為清晰起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解它們不是不同的管，而是同一個(gè)管的不同部分。

所述流入管（1）和所述流出管（3）通過(guò)緊鄰各自第一端（1a，3a）的第一連通管（4）連通，從而將所述裝置的進(jìn)氣口與排氣口連通。

所述第一連通管（4）還具有閥（5），能打開(kāi)或關(guān)閉所述流入管（1）和所述流出管（3）之間的連通。在附圖1所示的情況下，即所述裝置運(yùn)行，產(chǎn)生低于大氣壓的壓力，所述閥（5）始終打開(kāi)。因此，所述裝置通過(guò)所述過(guò)濾器（2）吸入的所述發(fā)動(dòng)機(jī)所需的之外的空氣通過(guò)所述第一連通管（4）從所述流入管（1）向所述流出管（3）流動(dòng)。因此，所述流出管（3b）中有空氣和排出氣體混合物。

如附圖1所示的實(shí)施例，所述裝置還具有將所述流入管（1）和所述流出管（3）連通的第二連通管（6），設(shè)置在緊鄰其所述第二端（1f，3g）處。所述第二連通管（6）還包括類似于上述閥（5）的閥（7）。所述裝置按照附圖1所示的操作模式運(yùn)行時(shí)，即工作壓力低于大氣壓力，位于所述第二連通管（6）上的所述閥（7）始終關(guān)閉，從而在此處切斷所述流入管（1）和所述流出管（3）的連通。

所述裝置還包括至少一個(gè)增壓渦輪發(fā)電機(jī)，設(shè)置在所述流入管（1）中，所述渦輪發(fā)電機(jī)包括與耗散系統(tǒng)相連的渦輪（8），所述耗散系統(tǒng)用于散發(fā)膨脹時(shí)產(chǎn)生的能量。所述渦輪（8）優(yōu)選為可變幾何（TGV）渦輪，且最好是徑向向心式渦輪。

根據(jù)本發(fā)明所述優(yōu)選實(shí)施例，用于散發(fā)膨脹時(shí)產(chǎn)生的能量的所述散耗系統(tǒng)包括徑向離心式壓縮機(jī)（9）。所述壓縮機(jī)（9）被連接至過(guò)濾器（10）和至少一個(gè)止回閥（11），通過(guò)所述過(guò)濾器（10）從大氣中吸入空氣，通過(guò)所述至少一個(gè)止回閥（11）將吸入空氣排到大氣中。

所述裝置還包括旁通閥（12），被設(shè)置為分流所述流入管（1）中流向所述渦輪（8）的氣流。所述旁通閥（12）和所述渦輪（8）可以被調(diào)節(jié)，以在所述流入管（1）中得到期望的質(zhì)量流量和壓力值。因此，位于所述渦輪（8）和冷凝分離器（13）下游的所述流入管（1c）中的流入空氣，是擴(kuò)散到所述渦輪（8）中的空氣和通過(guò)所述旁通閥（12）分流的空氣的混合物。

根據(jù)如附圖1所示的示意圖，所述裝置包括兩個(gè)蓄熱器，第一蓄熱器位于臨近所述流入管（1）和所述流出管（3）的第一端（1a，3a）處，第二蓄熱器位于臨近其所述第二端（1f，3g）處。每個(gè)蓄熱器使用一種傳熱流體，例如可以是水或油，在兩股氣流之間進(jìn)行熱交換。每個(gè)蓄熱器包括兩個(gè)熱交換器，一個(gè)設(shè)置在所述流入管中，另一個(gè)設(shè)置在所述流出管中，由相同的傳熱流體回路連接，從而促進(jìn)所述流出管中的排出氣體和所述流入管中的進(jìn)入空氣之間進(jìn)行間接熱交換。

所述裝置在壓力低于大氣壓的情況下運(yùn)行時(shí)，所述第一蓄熱器在通過(guò)所述流出管（3b）流動(dòng)的空氣和排出氣體混合物與通過(guò)所述流入管（1c）流動(dòng)的空氣之間進(jìn)行熱交換。在所述第一蓄熱器中，所述傳熱流體由泵（14）驅(qū)動(dòng)。所述傳熱流體從通過(guò)所述管（16）流動(dòng)的排出氣體吸收熱量到所述交換器（15）中。所述傳熱流體將吸收到的熱量傳輸給所述交換器（15’），再傳輸給通過(guò)所述流入管（1c）流動(dòng)的空氣，從而所述流入管（1b）中空氣的溫度就高于所述流入管（1c）中空氣的溫度。

所述流入管（1b）中空氣的溫度就通過(guò)旁通閥（17）而得到調(diào)節(jié)。如果所述旁通閥（17）關(guān)閉，所述管（16）中流入更多的氣流，則所述流入管（1b）中空氣的溫度升高更多。與此相反，如果所述旁通閥（17）打開(kāi)，所述管（16）中流入更少的氣流，則所述流入管（1b）中空氣的溫度升高更少。

反之，如果要將所述流入管（1b）中空氣的溫度降低到低于所述流入管（1c）中空氣的溫度，為達(dá)此目的，所述第一蓄熱器包括位于所述熱交換器（15’）上游的三通閥（18）和位于所述三通閥（18）和所述熱交換器（15）之間的輔助熱交換器（19）。所述輔助熱交換器（19）被連接到冷卻液回路（未顯示），所述傳熱流體會(huì)將所述熱交換器（15’）中所述流體從通過(guò)所述流入管（1c）流動(dòng)的空氣中吸收的熱量傳輸給所述冷卻液回路。在相對(duì)于所述流入管（1c）要將所述流入管（1b）中的空氣冷卻的情況下，所述旁通閥（17）將被完全打開(kāi)，且所述三通閥（18）打開(kāi)通向所述熱交換器（15’）的通路，并關(guān)閉位于所述熱交換器（15’）前方分流流體的通路?？傊?，有了第一蓄熱器，所述流入管（1b）中的溫度就與所述流入管（1c）中的壓力與溫度互不影響。

所述裝置在壓力低于大氣壓的情況下運(yùn)行時(shí)，所述第二蓄熱器在通過(guò)所述管（3e）流動(dòng)的空氣和排出氣體混合物與通過(guò)所述管（20）流動(dòng)的流入空氣之間進(jìn)行熱交換。在所述第二蓄熱器中，所述傳熱流體由泵（21）驅(qū)動(dòng)。所述傳熱流體從通過(guò)所述管（3e）流動(dòng)的排出氣體吸收熱量到所述熱交換器（22）中。所述傳熱流體將吸收到的熱量傳輸給所述交換器（22’），再傳輸給通過(guò)所述管（20）流動(dòng)的流入空氣，從而所述管（23）中空氣的溫度就高于所述管（20）中流入空氣的溫度。所述管（1d）中流入空氣的溫度就通過(guò)旁通閥（24）而得到調(diào)節(jié)。如果所述旁通閥（24）關(guān)閉，所述管（20）中流入更多的氣流，則所述流入管（1d）中空氣的溫度升高。相反，如果所述旁通閥（24）打開(kāi)，所述熱交換器（22’）帶來(lái)的溫度升高效果就會(huì)降低。

如果要將所述流入管（1d）中流入空氣的溫度降低到低于所述流入管（1e）中空氣的溫度，為達(dá)此目的，所述第二蓄熱器包括與前述情況中一樣的位于所述熱交換器（22）上游的三通閥（25）和位于所述三通閥（25）和所述熱交換器（22’）之間的輔助熱交換器（26）。所述輔助熱交換器（26）被連接到冷卻液回路（未顯示），所述傳熱流體會(huì)將所述熱交換器（22’）中所述流體從通過(guò)所述管（20）流動(dòng)的空氣中吸收的熱量傳輸給所述冷卻液回路。在相對(duì)于所述流入管（1e）要將所述流入管（1d）中的空氣冷卻的情況下，所述旁通閥（24）的位置就會(huì)被調(diào)節(jié)，且所述三通閥（25）就會(huì)被關(guān)閉，以斷開(kāi)通向所述熱交換器（22）的通路，并打開(kāi)位于所述熱交換器（22）前方分流流體的通路?？傊?，有了第二蓄熱器，所述流入管（1d）中的溫度就與測(cè)試區(qū)中的壓力與溫度互不影響。

如附圖1所示的裝置還包括冰和冷凝分離器（27），位于所述流入管（1d）的最近下游和所述渦輪（8）前方的位置。

現(xiàn)在對(duì)于所述第一蓄熱器最近下游處的所述流出管（3）而言，被流入空氣稀釋并被部分冷卻（通過(guò)所述第一蓄熱器和稀釋物）的所述排出氣體在熱交換器（28）中被再次冷卻到安全溫度，以被引入渦輪壓縮機(jī)（29）中。所述熱交換器（28）可以使用任何適合的流體，如常溫自來(lái)水，作為冷卻液。在所述熱交換器（28）后面和所述渦輪壓縮機(jī)（29）前面，所述排出氣體通過(guò)冷凝分離器（30）。

所述渦輪壓縮機(jī)（29）由至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)（31）充電。所述渦輪壓縮機(jī)（29）從所述流出管（3d）中吸入冷卻的空氣和排出氣體混合物，以將其抽出所述裝置。所述電動(dòng)機(jī)（31）與所述渦輪（8）和所述旁通閥（12）共同調(diào)節(jié)所述渦輪壓縮機(jī)（29）的旋轉(zhuǎn)速度，直到吸入空氣達(dá)到期望的特定質(zhì)量流量和壓力值。

所述渦輪壓縮機(jī)（29）吸入的所述空氣和排出氣體混合物通過(guò)所述流出管（3e），通過(guò)上述第二蓄熱器的交換器（22），再通過(guò)所述流出管（3g）被最終排入大氣中。

附圖2說(shuō)明了與附圖1所示相同實(shí)施例的裝置在超壓生成模式下的操作。換言之，在附圖2所示的操作模式下，所述裝置模擬低于測(cè)試室海拔高度的大氣條件，也就是在較高壓的情況下。

所述裝置的主要部件與附圖1中的相同，此處不再詳細(xì)說(shuō)明。附圖2和附圖1中相同的部件標(biāo)號(hào)相同。

附圖2所示操作模式與附圖1操作模式的主要區(qū)別，即本發(fā)明所述裝置相比現(xiàn)有技術(shù)已知裝置的實(shí)質(zhì)性優(yōu)勢(shì)，在于可在所述流出管（3a）的第一端安裝所述空氣過(guò)濾器（2）（以前都是連接在所述流入管（1f）的第二端）。接受測(cè)試的所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口被連接到所述流出管（3g）的第二端，而所述內(nèi)燃機(jī)的排氣口被連接到所述流入管（1f）的第二端。因此，在第二種操作模式下，所述流入管和流出管的功能（流入管（1）現(xiàn)在變?yōu)榱鞒龉?，而流出管?）現(xiàn)在變?yōu)榱魅牍埽┍恢脫Q。因此，所述流入空氣不是通過(guò)降低其壓力的所述增壓渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪（8），而是通過(guò)所述渦輪壓縮機(jī)（29），從而使所述流入空氣獲得大于進(jìn)行測(cè)試的海拔高度的大氣壓力值的期望壓力值。

所述裝置按照當(dāng)前配置運(yùn)行時(shí)，即，壓縮吸入的空氣，位于所述第二連通管（6）中的所述閥（7）始終打開(kāi)。因此，空氣總是通過(guò)所述第二連通管（6）從所述管（3）向所述管（1）流動(dòng)；因此，所述管（1）中有空氣和排出氣體混合物。

所述空氣和排出氣體混合物通過(guò)所述管（1a）排入大氣。所述管（1）還通過(guò)所述第一連通管（4）被連接到所述管（3）。所述裝置按照當(dāng)前配置運(yùn)行時(shí)，即，壓縮吸入的空氣，位于所述第一連通管（4）中的所述閥（5）始終關(guān)閉，這樣所述管（1）和所述管（3）的連通就在此處被切斷。

因此，從對(duì)附圖1和附圖2的上述討論中能得到，根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的所述裝置既可模擬比進(jìn)行測(cè)試的海拔位置的大氣壓力和溫度條件較高的情況，也可模擬比其較低的情況。而且，對(duì)壓力和溫度的調(diào)整也互不影響。此外，升高所述流入空氣的溫度只需最小的能耗，因?yàn)榭梢岳媒邮軠y(cè)試的所述內(nèi)燃機(jī)的排出氣體的熱量。對(duì)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例所述裝置的配置進(jìn)行簡(jiǎn)單改變就能容易地更改操作模式，即相對(duì)于周圍大氣壓力，從模擬較高壓力的模式切換到模擬較低壓力的模式。

附圖3展示了本發(fā)明所述裝置的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例，所述裝置具有在無(wú)需更改所述過(guò)濾器（2）和所述內(nèi)燃機(jī)各自位置（在前述附圖1和附圖2中需通過(guò)更改操作模式來(lái)更改它們的位置）的情況下就能相對(duì)于周圍大氣壓力模擬較低壓力或較高壓力的能力。

附圖3中的部件與附圖1和附圖2中的相同，標(biāo)號(hào)也相同，此處不再進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述的裝置還包括三通閥組件，能夠在相對(duì)于大氣增高或降低所述流入空氣壓力的模式下使用所述裝置。尤其是，所述裝置包括連接所述增壓渦輪發(fā)電機(jī)下游的所述流入管（1d）和所述熱交換器（28）與所述渦輪壓縮機(jī)（29）之間的所述流出管（3d）的第一三通閥（32），該連接通過(guò)管（33）實(shí)現(xiàn)。

第二三通閥（34）連接所述增壓渦輪發(fā)電機(jī)與所述第一熱交換器之間的所述流入管（1c）和臨近所述流出管第二端的所述流出管（3f），該連接通過(guò)管（35）實(shí)現(xiàn)。

第三三通閥（36）連接所述第一蓄熱器與所述熱交換器（28）之間的所述流出管（3c）和所述第一三通閥（32）與所述增壓渦輪發(fā)電機(jī)之間的所述流入管（1d），該連接通過(guò)管（37）實(shí)現(xiàn)。

最后，第四三通閥（38）連接所述渦輪壓縮機(jī)（29）與從所述第二三通閥（34）延伸出的管（35）的流出端點(diǎn)之間的所述流出管（3e）和所述第二三通閥（34）與所述第一蓄熱器之間的所述流入管（1c），該連接通過(guò)管（39）實(shí)現(xiàn)。

因此，在附圖3所示的實(shí)施例中，為了在低于大氣壓的壓力下運(yùn)行，空氣通過(guò)所述空氣過(guò)濾器（2）被從大氣中吸入，并通過(guò)所述流入管（1）傳輸?shù)浇邮軠y(cè)試的所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口（未顯示）。為此，所述三通閥（32）和所述三通閥（34）使吸入的空氣通過(guò)所述流入管，關(guān)閉流向所述管（33）和所述管（35）的各通路。所述連通管（4）連接所述流入管（1b）和所述流出管（3b），以使兩管中的壓力保持相同。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排出管將所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體排入所述流出管（3a）中。所述排出氣體和從稀釋物吸入的空氣（通過(guò)所述連通管（4）傳輸）在所述流出管（3b）中混合。通過(guò)沿流出管（3）流向打開(kāi)所述三通閥（36）和所述三通閥（38），關(guān)閉流向所述管（37）和所述管（39）各自的通路，使這些氣體到達(dá)所述流出管（3f），并被排入大氣中。

相反，即在操作所述裝置，產(chǎn)生超壓的情況下，所述空氣通過(guò)所述空氣過(guò)濾器被吸入。在這種情況下，所述第一三通閥（32）沿進(jìn)入所述渦輪（8）的方向被關(guān)閉，則氣流向所述管（33）分流。所述第三三通閥（36）沿通向所述管（3c）的方向被關(guān)閉，這樣所述管（33）中的氣流就會(huì)被排入所述管（3d）中，且不會(huì)往回流；流向所述渦輪壓縮機(jī)（29）的流路是唯一暢通的流路。在所述渦輪壓縮機(jī)（29）的出口，所述第四三通閥（38）沿所述管（3f）的方向被關(guān)閉，這樣，吸入的空氣流通過(guò)所述管（39）被分流，然后被排入所述管（1c）中。所述第二三通閥（34）被關(guān)閉，阻止氣流從所述渦輪（8）向所述第一蓄熱器傳輸。因此，從所述管（39）吸入的所述空氣被排入所述第一蓄熱器的進(jìn)口，且不會(huì)往回流；流向與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口連接的所述流入管（1a）的流路是唯一暢通的流路。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體被排入所述流出管（3a），流向所述第三三通閥（36）。如述，所述第三三通閥（36）阻止流向所述管（3c）的流路，將氣流通過(guò)所述管（37）向所述渦輪（8）的進(jìn)口方向分流。如述，所述第一三通閥（32）沿進(jìn)入所述渦輪（8）的方向被關(guān)閉，則氣流向所述管（33）分流。因此，所述管（37）中的氣流不會(huì)往回流；流向與所述渦輪（8）和所述旁通閥（12）的流路是唯一暢通的流路。在流到所述第二三通閥（34）處，氣流向所述管（35）分流，通向所述流入管（1c）的通路是被關(guān)閉的。所述第四三通閥（38）沿向所述管（3e）的方向被關(guān)閉，這樣，所述排出氣體和空氣混合物不會(huì)往回流；通過(guò)所述流出管（3f）流向大氣的流路是唯一暢通的流路。

相對(duì)于附圖1和附圖2所示的實(shí)施例，附圖3所示的實(shí)施例還有幾處其他變化。首先，在所述第一三通閥（32）上游的所述流入管（1）之間還有連接到冷卻管的額外熱交換器（40）。所述熱交換器（40）可以將所述流入空氣的溫度降至期望值。

其次，在附圖3所示的第二個(gè)實(shí)施例中，只需要一個(gè)蓄熱器，且該蓄熱器比附圖1和附圖2中的蓄熱器要簡(jiǎn)單。這種情況下，該蓄熱器包括所述交換器（15’）、所述交換器（15）、所述泵（14）和所述旁通閥（17）。為此，該蓄熱器利用在所述熱交換器（15）中流動(dòng)的排出氣體和空氣稀釋混合物的能量，僅用于在所述熱交換器（15’）中加熱排入所述管（1b）中的空氣。

現(xiàn)在對(duì)附圖4所示的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，從附圖中能夠得知，所述渦輪（8）也可以被連接到發(fā)電機(jī)（41），所述發(fā)電機(jī)吸收所述渦輪膨脹時(shí)獲得的能量。

根據(jù)附圖5所示的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述渦輪壓縮機(jī)（29）由渦輪（42）驅(qū)動(dòng)。組合連接到同一個(gè)軸上的所述渦輪（42）和所述渦輪壓縮機(jī)（29）為一個(gè)增壓渦輪發(fā)電機(jī)。所述渦輪（42）通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)中生成的氣體流運(yùn)作。在本發(fā)明這一實(shí)施例中，所述渦輪（42）與所述渦輪（8）和所述旁通閥（12）共同調(diào)節(jié)所述渦輪壓縮機(jī)（29）的旋轉(zhuǎn)速度，直到吸入空氣達(dá)到期望的特定質(zhì)量流量和壓力值。

從前述說(shuō)明可知，本發(fā)明所述裝置相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)。例如，本發(fā)明所述裝置的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于操作具有可逆性。換言之，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)的所述裝置能以低能耗模擬比大氣壓力高或低的壓力條件。對(duì)位于高地理位置的設(shè)備中的發(fā)動(dòng)機(jī)，模擬海平面大氣環(huán)境需要這種能力。對(duì)低于海平面位置的礦井中發(fā)動(dòng)機(jī)，這種能力也有助于模擬其工作環(huán)境。另一優(yōu)勢(shì)在于，在具有可變幾何的所述渦輪中設(shè)置所述旁通閥，使得在低海拔位置產(chǎn)生大質(zhì)量流量。

本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述裝置的靈活設(shè)計(jì)使得可在所述流入空氣中生成的所述溫度條件與所要求的所述壓力互不影響。一方面，可相對(duì)于所在地大氣溫度，升高所述溫度。為此，要使用利用所述排出氣體能量的至少一個(gè)蓄熱器。另一方面，相對(duì)于所在地大氣溫度，可通過(guò)將多變膨脹過(guò)程（等熵量在40%-80%之間）與接近等壓條件的冷卻過(guò)程相結(jié)合，降低所述溫度。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種優(yōu)選使用本發(fā)明所述裝置對(duì)測(cè)試內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

調(diào)整流入空氣壓力的壓力變化步驟；

調(diào)整流入空氣溫度的溫度變化步驟；

向排出口分流流入空氣，以使排出氣體和流入空氣直接相通；

在接受測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口引入進(jìn)行獨(dú)立壓力和溫度調(diào)整的流入空氣；

降低所述排出氣體的溫度至安全溫度，通過(guò)渦輪壓縮機(jī)排出；和

將接受測(cè)試的所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排出氣體排放到大氣中。

本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所述方法中，對(duì)流入空氣進(jìn)行壓力調(diào)整是通過(guò)渦輪壓縮機(jī)、渦輪和調(diào)節(jié)流入空氣量的旁通閥聯(lián)合操作完成的。

本發(fā)明所述方法的其他實(shí)施例可包括，例如，對(duì)所述流入空氣進(jìn)行溫度變化的第二步。

根據(jù)另一個(gè)可選實(shí)施例，所述流入空氣溫度變化步驟中的至少一步包括通過(guò)與熱的排出氣體直接進(jìn)行熱交換來(lái)升高所述進(jìn)入空氣的溫度。

根據(jù)本發(fā)明，所述流入空氣壓力變化步驟可包括降低所述流入空氣壓力或增高所述流入空氣壓力。

此外，根據(jù)本發(fā)明，所述方法可包括在將所述排出氣體排入大氣之前增高其壓力，或降低其壓力。

最后，本發(fā)明還涉及本發(fā)明所述裝置的使用，如上述附圖1-5所述，以在測(cè)試內(nèi)燃機(jī)時(shí)獨(dú)立調(diào)節(jié)大氣壓力和溫度。

盡管已經(jīng)在多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員明白可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，進(jìn)行改進(jìn)與修改。例如，所述渦輪壓縮機(jī)和所述渦輪可以被連接到其他分別提供或分散能量的系統(tǒng)，不必限制于本發(fā)明所描述系統(tǒng)。

此外，盡管本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例已對(duì)包括兩個(gè)從所述排出氣體向所述流入空氣傳輸熱量的蓄熱器的所述裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明其他實(shí)施例的所述裝置可包括一個(gè)或兩個(gè)以上蓄熱器對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠理解，盡管本發(fā)明對(duì)測(cè)試內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行了說(shuō)明，但同樣可通過(guò)小的改動(dòng)用于測(cè)試在不同海拔位置作業(yè)的其他相關(guān)設(shè)備（例如空氣過(guò)濾器、消聲器、清除排出氣體的設(shè)備（后處理）等）。

根據(jù)前述說(shuō)明，本發(fā)明可以在不需要對(duì)配置進(jìn)行重大變化來(lái)變更操作模式的情況下使用同一裝置通過(guò)可逆操作相對(duì)于大氣壓力模擬超壓條件和低壓條件。

本發(fā)明可以通過(guò)將所述旁通閥（12）與所述渦輪壓縮機(jī)（29）和所述渦輪（8）結(jié)合使用來(lái)調(diào)節(jié)空氣壓力和流量。

所述旁通閥（12）分流所述流入管（1）中流向所述渦輪（8）的空氣流，以傳輸更大的質(zhì)量流量，尤其在低海拔位置。因此，所述裝置能流通更多流量，以使發(fā)生波動(dòng)時(shí)，吸入的空氣壓力不會(huì)發(fā)生改變，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述裝置的連接不會(huì)影響所述發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。總之，所述旁通閥（12）使得能更好地模擬低海拔條件，并擴(kuò)大所述裝置的模擬范圍。

此外，所述渦輪（8）為可變幾何渦輪的可能性在流量和靈活性方面提供了很大的改善，也提供了需要被考慮在內(nèi)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

真空發(fā)電系統(tǒng)是渦輪壓縮機(jī)（29），在一個(gè)實(shí)施例中，所述渦輪壓縮機(jī)（29）由電動(dòng)機(jī)（31）或渦輪（42）驅(qū)動(dòng)，所述渦輪壓縮機(jī)和渦輪形成另一個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)，所以所述裝置很緊湊。

而且，本發(fā)明所述裝置具有通過(guò)利用所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體的能量加熱進(jìn)入空氣的蓄熱器，能模擬高溫條件，因此，可以不使用電阻器，并對(duì)溫度進(jìn)行額外控制。此外，本發(fā)明所述裝置具有低溫生產(chǎn)設(shè)備熱交換器，專門集成在每個(gè)所述蓄熱器中。

因此，所述裝置能在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口和排氣口精確控制吸入空氣的壓力和溫度，提供更廣的模擬范圍。

所有這些都為本發(fā)明所述裝置提供了一種技術(shù)優(yōu)勢(shì)。而現(xiàn)有技術(shù)，尤其是第ES2398095 A1號(hào)專利（或第US 20130306159 A1號(hào)專利）和第US2004186699號(hào)專利，盡管第US2004186699號(hào)專利公開(kāi)的裝置也能模擬低于測(cè)試地海拔的條件，但是該裝置沒(méi)那么緊湊，且使用的部件和方法與本發(fā)明所公開(kāi)的不盡相同。