一种降低内燃机进气温度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机的进气冷却的方法及其装置，特别是涉及大型内燃机的进气冷却的方法及其装置。
【背景技术】
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[0002]目前很多内燃机都使用涡轮增压技术，增压后的空气要冷却才能进入内燃机燃烧，在陆地上使用涡轮增压技术的内燃机，进气冷却的方法主要有两种，第一种是用空空中冷器的方案，将高温压缩空气输出至空空中冷器，通过风扇吹风或吸风到空空中冷器的芯体上，将热量直接交换到自然空气中，然后压缩空气再进入内燃机燃烧；第二种是用水空中冷器装置，将高温压缩空气输入到水空中冷器，用冷却水给压缩空气冷却，冷却水温度升高后用循环水栗输出到散热器，再将热量交换到自然空气中。以上两种冷却方法使用的冷却器为常规中冷器。常规中冷器包括压缩空气进口、压缩空气出口、冷却介质入口、冷却介质出口和芯体，芯体由散热管、散热带和主板组成，散热带嵌在或焊接在散热管上，散热管焊接在主板上。中小功率内燃机上通常使用空空中冷器冷却，大功率内燃机通常使用水空中冷器冷却。
[0003]图1所示的是目前大功率内燃机上通常使用的常规中冷器装置工作原理图，这种常规中冷器一般为水空中冷器。该装置包括涡轮增压器1、常规中冷器4、气体管道5，其中涡轮增压器1包括涡轮机2和压气机3。常规中冷器4分两个通道，一个通道为压缩空气通道，另一个通道为冷却介质通道，两个通道的流体为交叉流向，共用一个芯体。压缩空气通道分为压缩空气进口、芯体和压缩空气出口 ；冷却介质通道分为冷却介质进口、芯体和冷却介质出口。压缩空气通道是从涡轮增压器输出的压缩空气的通道，冷却介质通道是冷却介质进出常规中冷器的通道。在工作的过程中，自然空气经过涡轮增压器1增压，增压后的高温压缩空气经过常规中冷器4的压缩空气进口进入芯体散热，散热后经过压缩空气出口进入内燃机燃烧。冷却介质经过常规中冷器4的冷却介质进口进入芯体吸热，吸热后经过冷却介质出口离开常规中冷器并将热量交换到自然界中。这种冷却方法，高温压缩空气只进行了一次冷却，效果不好，在内燃机输出功率大环境温度高的时候，很难满足内燃机对进气低温的要求，通常采取的方法往往是降低内燃机的输出功率，以满足对进气低温的要求。目前市场上使用的大功率天然气内燃机，要求更低的进气温度，在高温环境下单独用常规中冷器装置很难满足内燃机对进气低温的要求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是在原冷却的基础上进一步降低内燃机进气温度，提高内燃机运行的可靠性。为了解决上述问题，本发明提供一种降低内燃机进气温度的方法，该方法包括:由涡轮增压器产生高温压缩空气的步骤；由常规中冷器对高温压缩空气进行冷却的步骤；该方法还包括:由内燃机尾气驱动涡轮吸气机高速转动产生吸气负压的步骤；由空气冷却器利用吸气机产生的吸气负压，吸入自然空气作为冷源，对高温压缩空气进行冷却的步骤。
[0005]本发明的上述由内燃机尾气驱动涡轮吸气机高速转动产生吸气负压的步骤进一步包括:由内燃机尾气驱动涡轮机同轴转动给吸气机提供转动动力的步骤；吸气机高速转动产生吸气负压的步骤。
[0006]本发明的由空气冷却器利用吸气机产生的吸气负压，吸入自然空气作为冷源，对高温压缩空气进行冷却的步骤进一步包括:空气冷却器利用吸气机产生的吸气负压吸入自然空气进入空气冷却器芯体的步骤；空气冷却器芯体吸收压缩空气热量的步骤；空气冷却器芯体将吸入的热量传导给自然空气的步骤；涡轮吸气机从空气冷却器内将吸热后的自然空气吸入到吸气机的步骤；涡轮吸气机将吸热后的自然空气排放到自然界的步骤。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供第一种降低内燃机进气温度的装置，该装置包括:涡轮增压器、常规中冷器、气体管道。涡轮增压器包括涡轮机和压气机。涡轮增压器从压气机的进口吸入自然空气，压气机出气口和常规中冷器的压缩空气进口相连接；该装置还包括涡轮吸气机和空气冷却器，其中涡轮吸气机包括涡轮机和吸气机和其他附属部件；空气冷却器包括自然空气进口、自然空气出口、压缩空气进口、压缩空气出口和空气冷却器芯体，空气冷却器芯体包括散热管、散热带和主板，散热带焊接在散热管上，散热管焊接在主板上，散热管的内部和外部成为独立的自然空气通道和压缩空气通道；在空气冷却器中，自然空气通道和压缩空气通道共用一个空气冷却器芯体，一个在散热管内部流动，另一个在散热管外部流动。涡轮吸气机的涡轮机的进气口和内燃机尾气出气口连接，涡轮机的出气口排到废气管道；空气冷却器的自然空气进口直接连通自然空气，空气冷却器的自然空气出口和吸气机的进气口连接；吸气机的出气口直排到自然界；空气冷却器利用涡轮吸气机产生的吸气负压通过其自然空气进口吸入自然空气；空气冷却器的压缩空气进口和常规中冷器压缩空气出口连接，空气冷却器的压缩空气出口和内燃机进气口连接。
[0008]为了解决上述问题，本发明提供第二种降低内燃机进气温度的装置，该装置包括:涡轮增压器、常规中冷器、气体管道。涡轮增压器包括涡轮机和压气机。涡轮增压器从压气机的进口吸入自然空气，常规中冷器的压缩空气出口和内燃机的进气口相连接；该装置还包括涡轮吸气机和空气冷却器，其中涡轮吸气机包括涡轮机和吸气机和其他附属部件；空气冷却器包括自然空气进口、自然空气出口、压缩空气进口、压缩空气出口和空气冷却器芯体，空气冷却器芯体包括散热管、散热带和主板，散热带焊接在散热管上，散热管焊接在主板上，散热管的内部和外部成为独立的自然空气通道和压缩空气通道；在空气冷却器中，自然空气通道和压缩空气通道共用一个空气冷却器芯体，一个在散热管内部流动，另一个在散热管外部流动。涡轮吸气机的涡轮机的进气口和内燃机尾气出气口连接，涡轮机的出气口排到废气管道；空气冷却器的自然空气进口直接连通自然空气，空气冷却器的自然空气出口和吸气机的进气口连接；吸气机的出气口直排到自然界；空气冷却器利用涡轮吸气机产生的吸气负压通过其自然空气进口吸入自然空气；空气冷却器的压缩空气进口和压气机的出气口相连接，空气冷却器的压缩空气出口和常规中冷器的压缩空气进口连接。
[0009]为了解决上述问题，本发明提供第三种降低内燃机进气温度的装置，该装置是第一种装置和第二种装置的结合体。该装置包括:涡轮增压器、常规中冷器、气体管道。涡轮增压器包括涡轮机和压气机。涡轮增压器从压气机的进口吸入自然空气；该装置还包括涡轮吸气机、第一空气冷却器和第二空气冷却器，其中涡轮吸气机包括涡轮机和吸气机和其他附属部件；空气冷却器包括自然空气进口、自然空气出口、压缩空气进口、压缩空气出口和空气冷却器芯体，空气冷却器芯体包括散热管、散热带和主板，散热带焊接在散热管上，散热管焊接在主板上，散热管的内部和外部成为独立的自然空气通道和压缩空气通道；在空气冷却器中，自然空气通道和压缩空气通道共用一个空气冷却器芯体，一个在散热管内部流动，另一个在散热管外部流动。涡轮吸气机的涡轮机的进气口和内燃机尾气出气口连接，涡轮机的出气口排到废气管道；第一空气冷却器的自然空气进口和第二空气冷却器的自然空气出口相连接，第一空气冷却器的自然空气出口和吸气机的自然空气进口相连接，第二空气冷却器的自然空气进口直接连通自然空气，吸气机的出气口直排到自然界；第二空气冷却器利用涡轮吸气机产生的吸气负压通过其自然空气进口吸入自然空气，自然空气先流经第二空气冷却器然后流经第一空气冷却器；第一空气冷却器的压缩空气进口和压气机的出气口相连接，第一空气冷却器的压缩空气出口和常规中冷器的压缩空气进口相连接，常规中冷器的压缩空气出口和第二空气冷却器的压缩空气进口相连接，第二空气冷却器的压缩空气出口和内燃机的进气口相连接。压缩空气先流经第一空气冷却器然后流经常规中冷器最后流经第二空气冷却器，最终进入内燃机燃烧。
[0010]本发明的有益效果如下:
[0011]与现有技术相比，本发明由于增加了涡轮吸气机和空气冷却器，对进入内燃机的压缩空气进行多次冷却，让内燃机进气温度比采用传统冷却方式更低，降低进气温度可让内燃机燃烧更充分，节约燃料，效率更高，输出功率更大，消除内燃机爆震，降低噪音，提高运行可靠性，降低尾气排放温度，降低氮氧化物的排放和颗粒物的排放。
【附图说明】
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[0012]图1是现有技术当中的使用常规中冷器的内燃机进气冷却系统图。
[0013]图2是本发明降低内燃机进气温度装置的第一种实施例图。
[0014]图3是本发明降低内燃机进气温度装置中的空气冷却器的结构图。
[0015]图4是本发明降低内燃机进气温度装置中的涡轮吸气机的结构图。
[0016]图5是本发明降低内燃机进气温度装置的第二种实施例图。
[0017]图6是本发明降低内燃机进气温度装置的第三种实施例图。
【具体实施方式】
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[0018]下面结合附图2、附图3和附图4进一步阐述本发明的【具体实施方式】。
[0019]如附图2所示的降低内燃机进气温度的第一种装置，该装置包括涡轮增压器1、常规中冷器4、气体管道5、涡轮吸气机6和空气冷却器7，其中涡轮增压器包括涡轮机2和压气机3，涡轮吸气机6包括涡轮机61、吸气机62和其他附属部件。
[0020]如附图3所示涡轮吸气机6的涡轮机61包括尾气进口 601、尾气出口 602、尾气涡轮603、涡轮机外壳604 ;吸气机62包括自然空气进口 607、自然空气出口 608、吸气涡轮608和吸气机外壳610，其他附属部件包括轴承座和支架605、联动轴606。涡轮吸气机的作用是利用高温高压尾气驱动尾气涡轮高速转动同轴带动吸气涡轮高速转动产生吸气负压。
[0021]如附图4所示空气冷却器7包括自然空气进口 71、自然空气出口 72、压缩空气进口 73、压缩空气出口 74和空气冷却器芯体75 ;在空气冷却器芯体75中，自然空气通道和压缩空气通道共用一个芯体，一个在散热管内部流动，另一个在散热管外部流动。空气冷却器7的是高温的压缩空气和低温的自然空气进行热交换的场所，并确保两种气体相互隔离。
[0022]涡轮吸气机6的尾气进口 601和内燃机的尾气排气口连接，尾