CN104712450B

CN104712450B - 用于控制发动机系统的排气温度的系统及方法

Info

Publication number: CN104712450B
Application number: CN201410766769.4A
Authority: CN
Inventors: J.R.克努森; T.C.戈赛林; Y.熊; J.K.冯德埃赫
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Elpai American bidding company
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CA2874484A1; US20150159572A1; KR102202515B1; CA2874484C; CN104712450A; EP2884082A1; KR20150068326A; BR102014030958A2; BR102014030958A8; JP6666532B2; US9850841B2; JP2015113838A; BR102014030958B1

Abstract

本发明公开一种用于控制发动机系统的排气温度的系统及方法。该系统可包括构造成确定排气的温度的传感器；和构造成基于排气的温度大于或小于温度安全窗来调整发动机系统速度的控制器。

Description

用于控制发动机系统的排气温度的系统及方法

技术领域

本发明主要涉及控制发动机系统的排气温度的系统。更具体地，本发明涉及一种用于控制从发动机系统输送至涡轮增压器系统的涡轮机部件的排气的温度的系统。

背景技术

诸如内燃机之类的发动机可通过使燃料源燃烧来产生机械能，从而产生用于驱动附接至该内燃机的负载部件的机械动力。为了提高燃烧反应的效率，发动机系统可包括“涡轮增压器系统”，该“涡轮增压器系统”在将供给或“入口”空气引入至内燃机之前对其进行压缩。该涡轮增压器的压缩机可通过可旋转轴机械地连结至涡轮机部件。涡轮增压器的涡轮机部件可利用来自内燃机的排气被致动以使该轴旋转，从而为压缩机部件供以动力。

发动机系统和涡轮增压器系统的性能可至少部分取决于每一种系统的内部温度和被引导通过每一种系统的空气的温度。此外，辅助部件和系统的性能会受到离开该发动机和/或进入该涡轮增压器的排气的温度的影响。随着排气温度增大，对于涡轮增压器造成不良副作用的风险会同样增大。随着时间流逝，发动机和涡轮增压器系统的部件会由于承受较高排气温度、以及材料的结垢、和涡轮增压器中的轴承系统的磨损而经历蠕变效应。对于该问题的一种解决方案是用于通过减小发动机系统上的负载来降低排气温度。然而，调整驱动气体压缩机的内燃机上的负载通常需要调整联接至该发动机的压缩机的部件。调整压缩机的容积（pocket）通常是一种昂贵的人工过程。

发明内容

本发明公开了一种用于控制发动机系统的排气温度的系统。尽管在本说明书中作为示例关于带有涡轮增压器系统的发动机系统对本发明的实施方式进行了讨论，但明白的是，本发明的实施方式可应用于其它情形。

本发明的第一方面提供了一种用于控制从发动机系统传递至涡轮增压器系统的涡轮机部件的排气的系统，该系统包括：构造成确定排气的温度的传感器；和构造成基于排气的温度大于或小于温度安全窗来调整发动机系统速度的控制器。

其中，所述发动机系统包括构造成使燃料供应与所述加压空气流起反应以产生所述排气的内燃机。

其中，所述温度安全窗包括目标排气温度，且所述目标排气温度防止蠕变效应在所述涡轮增压器系统内发生。

其中，所述发动机系统的所述运行特性包括所述发动机系统的发动机尺寸、最大功率输出、发动机型号、和燃料供应中的一个。所述传感器定位在所述涡轮机部件的入口导管内。

本发明的第二方面提供了一种方法，所述方法用于控制从发动机系统产生至涡轮增压器系统的排气的温度，所述方法包括：响应于排气的温度大于或小于温度安全窗来调整发动机控制单元的发动机速度设定值（setpoint）；其中，所述调整该发动机速度设定值对应于发动机系统速度。

在一种优选的实施方式中，所述方法还包括确定调整后的发动机速度设定值是否高于最大速度；以及响应于所述发动机系统速度高于所述最大速度而将所述发动机速度设定值设定成所述最大速度。

在一种优选的实施方式中，所述方法还包括确定调整后的发动机速度设定值是否低于最小速度；以及响应于所述发动机系统速度低于所述最小速度而将所述发动机速度设定值设定成所述最小速度。

本发明的第三方面提供了一种涡轮机器系统，该系统包括：发动机系统；与该发动机系统流体连通的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括：构造成从该发动机系统接收排气的涡轮机部件；联接至该涡轮机部件的可旋转轴；联接至该可旋转轴的压缩机部件，其中，该压缩机部件构造成将加压空气流输送至该发动机系统；构造成确定从该发动机系统传递至该涡轮增压器系统的涡轮机部件的排气的温度的传感器；和构造成基于排气的温度超出温度安全窗来调整发动机系统速度的控制器。其中，所述发动机系统包括构造成使燃料供应与所述加压空气流起反应以产生所述排气的内燃机。

附图说明

本发明的这些和其它特征将通过结合附图对本发明的多个方面作出的下列详细说明而更易于得到理解，附图描绘了本发明的多个实施方式，其中：

图1示出了常规发动机系统和涡轮增压器系统的示意性描述。

图2示出了根据本发明的实施方式的发动机系统、涡轮增压器系统、和控制器的示意性描述。

图3示出了根据本发明的实施方式的控制器和发动机系统的方框图。

图4示出了联接至根据本发明的实施方式的发动机系统和涡轮增压器系统的计算装置的说明性环境。

图5示出了描绘了根据本发明的实施方式的过程的方法流程图。

注意，本发明的附图无需按照比例绘制。附图旨在仅描绘本发明的典型方面，并且因此不应被解释成限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示附图之间相同的元件。

具体实施方式

如在本说明书中所讨论的那样，本发明的多个方面主要涉及诸如内燃机之类的发动机系统及它们与涡轮增压器系统的相互作用。更具体地，如在本说明书中所讨论的那样，本发明的多个方面涉及一种用于控制从发动机系统产生并提供至涡轮增压器系统的排气的温度的系统和程序产品。

转向图1，示出了以常规方式设置的发动机系统10和涡轮增压器系统20的示意性描述。发动机系统10可以是用于将动力输送至其所联接的负载部件12的现在已知或后期研发的任何常规发动机组件。出于清楚的目的，提供了对于发动机系统10的简要说明。如图1中所示，发动机系统10可包括机械地联接至负载部件12的内燃机14。内燃机14可还与燃料供应（未示出）流体连通。内燃机14可将从燃料供应提供的燃料与加压空气流相结合，从而使燃烧反应发生并产生排气流。排气流被从内燃机14经由排气管线16进行输送。

涡轮增压器系统20可从外部源（未示出）获得入口空气（空气_入口），该入口空气被在涡轮增压器系统20中加压并提供至发动机系统10。从内燃机14产生的排气可通过排气管线16返回至涡轮增压器系统20。如在本领域中所知，“涡轮增压器”指的是可为提供至发动机系统的空气加压的部件或具有相似效果的其它装置。涡轮机系统20可包括可与可旋转轴26彼此联接的压缩机部件22和涡轮机部件24。涡轮增压器系统20的压缩机部件22可完全地或部分地由从发动机系统10产生的排气（空气_排放）供应动力。具体地，如在本说明书中的其它位置更为详细地所示，通过涡轮机部件24的排气可致动联接至可旋转轴26的若干涡轮机叶片28（图2）。当可旋转轴26旋转时，可产生用于驱动压缩机部件22的机械动力。涡轮增压器系统20的压缩机部件22可增大入口空气的压力，并将加压的入口空气输送至发动机系统10。本发明的实施方式可控制进入涡轮机系统22的涡轮机部件24的排气（空气_排放）的温度，以影响从涡轮增压器系统20提供至发动机系统10的空气的压缩量和最终温度。

转向图2，示出了根据本发明的实施方式的发动机系统110和涡轮增压器系统120。如在本说明书中的其它位置所述，涡轮增压器系统120可包括通过可旋转轴126彼此操作性地联接的压缩机部件122和涡轮机部件124。涡轮增压器系统120的可旋转轴126可产生用于使压缩机部件122运行的动力。发动机系统110可从压缩机部件122接收加压的入口空气（空气_入口）流，并且使加压的空气流与燃料起反应以根据任何已知的或后期研发的燃烧过程发热并产生能量。在实施方式中，包括内燃机14（图1）在内的发动机系统110可包括由若干燃烧室构成的往复式的或“活塞”发动机，在活塞致动燃烧室内的曲轴时，每一个燃烧室均周期性地膨胀和收缩。发动机系统110内发生反应的速率可部分由发动机系统110内的多个部件的速度驱动。例如，在往复式发动机中，反应速度可部分由飞轮和联接于其的曲轴的旋转速度驱动。当飞轮和曲轴的速度增大时，往复式发动机内的多个活塞的速度同样增大。在往复式发动机中，发动机速度可根据飞轮旋转的速率进行测量，即，单位为转/分钟（rpm）。燃料可通过利用化油器130被以与从压缩机22提供的空气的量成正比（in directproportion）的方式引入至发动机系统110，该化油器130可设置在燃料供应132（以虚线示出）与发动机系统110之间并与它们流体连通。包括例如内燃机14（图1）的部件在内的发动机系统110的燃烧室可使来自燃料供应132的燃料与加压空气起反应以产生机械能。节气门134可沿从压缩机22通向发动机系统110的路线设置。节气门134可呈控制从压缩机22流入到发动机系统110中的空气的流动的旋转部件的形式。通过控制将空气从压缩机22引入至发动机系统110的速率，可如本说明书中所述对节气门134进行调整，以影响发动机系统110的速度。在发动机系统110中从燃烧反应中产生的能量可用于为机械部件供以动力，同时来自燃烧的排气可进入排气管线116并返回至涡轮增压器系统120。

涡轮增压器系统120的涡轮机部件124可包括若干固定的叶片128。叶片128可连接至涡轮机轮部件129，该涡轮机轮部件129又可连接至轴126。当由从发动机系统110产生的排气（空气_排放）对叶片128作用时，叶片128可转动。为了引导排气通过涡轮机部件124的流动，若干喷嘴（未示出）可设置在涡轮机部件124的每一个叶片128与壳体之间。以这种方式，发动机110中的燃烧反应可使轴126旋转并产生用于为压缩机122供以动力的能量。为了管理发动机系统110的速度，发动机控制单元（ECU）140可被联接在发动机系统110与控制器150之间。如果需要，ECU 140可被物理地安装在发动机系统110的结构上或附接于该发动机系统110的结构。进一步明白的是，控制器150可联接至位于用户与发动机系统110之间的接口装置或者是该接口装置的一部分。控制器150由此可构造成控制或设定与整个发动机系统110、涡轮增压器系统120、和联接于本说明书中所述的多个系统（例如，空气压缩机系统）的任何负载部件相关的安全界限。ECU 140可包括能够将电气或机械信号转化成诸如旋转、致动等之类的机械力的任何当前已知的或后期研发的装置。具体地，ECU 140可以是联接至或形成发动机系统110的一部分的控制器部件。ECU 140可电气联接至发动机系统110内的诸如活塞、曲轴等之类的可移动部件，以便读取发动机系统110的诸如发动机速度之类的多个参数。再者，控制器150可通过诸如导线、网络、机械能量转换器等之类的部件操作性地（例如，机械地、电气地等）连接至ECU 140。ECU 140可由此或者单独地或者作为从控制器150提供的指令（例如，信号）的结果来调整发动机系统10的速度。例如，ECU 140可基于随着时间的流逝而改变的环境级的和系统级的因数周期性地调整发动机系统110的速度，以将发动机系统110保持在稳定的运行状态内。在实施方式中，控制器150可响应于用于发动机系统110和/或涡轮增压器系统120的若干性能变量来指示ECU 140调整发动机系统110的预期或稳定的运行状态。例如，控制器150可响应于排气（空气_排放）的温度大于或小于预期温度安全窗来指示ECU 140降低发动机系统110的速度，如在本说明书中详细描述的那样。尽管控制器150和ECU 140在本说明书中被作为示例示出为两个独立的部件，但明白的是，如果需要，控制器150和ECU 140可以是单个部件的一部分或控制系统的一部分。

为了测量性能变量（例如，温度），可将一个或多个传感器142安装在所感兴趣的区域中，例如涡轮增压器系统120的涡轮机部件124与发动机系统110之间。例如，传感器142可定位在排放管线116内、涡轮机部件124内、或在涡轮增压器系统120或发动机系统110的其它部件内。尽管传感器142被作为示例示出为单个单元，但本发明还设想将若干传感器142设置在发动机系统110和/或涡轮增压器系统120内。此外或作为选择，排气的温度可例如通过从数据的样本值在数值方面计算平均值或其它统计量来计算。传感器142可通过能够在两个部件之间传递数据的诸如导线、总线、无线网络等之类的任何当前已知的或后期研发的部件联接至控制器150。在实施方式中，传感器142可呈诸如数字式温度计之类的温度传感器的形式。传感器142可读取发动机系统110和/或涡轮增压器系统120内的一个或多个部件的温度。例如，传感器142可检测有时称之为“涡轮机入口温度”的与涡轮机部件124相关的排气（空气_排放）的温度，并将检测到的温度提供至控制器150。如果需要，传感器142可还检测其它性能变量，例如离开压缩机部件122的空气的压力、轴126的速度、和发动机系统110或涡轮增压器系统120的其它特性。例如，传感器142可以是诸如气压表之类的压力传感器，并且控制器150可从由传感器142检测到的压力值来数学上地获得离开发动机系统110的排气的温度，和其它量。

转向图3，示出了表示控制器150与发动机系统110之间的相互作用的示例性方框图。温度安全窗152可存储或固定在控制器150内，例如在存储器中。此外或作为选择，诸如预期最大排气温度154和预期最大发动机速度156之类的其它预期参数可还存储或固定在控制器150内，例如，在存储器中。为了调整发动机系统110的速度，控制器150可将信号158发送至ECU 140。信号158可例如为电流的幅度处于约4.0 mA至20 mA之间的电气信号。如在本说明书中的其它位置所述，ECU 140可包括能够将电信号转换成机械能的任何装置、和/或能够调整诸如发动机系统110之类的发动机的速度的任何控制系统，或者另外呈上述任何装置和/或任何控制系统的形式。例如，ECU 140可联接至节气门134（图2），使得ECU 140能够增大或减小提供至发动机系统110的空气/燃料混合物的量，以便影响发动机系统110的速度。在信号158内编码的指令可基于接收在控制器150中的数据

与诸如温度安全窗152之类的预期运行状况之间的关系使ECU 140调整发动机系统110的速度。尽管在本说明书中作为示例被描述成“窗”，但明白的是，温度安全窗152可作为选择呈最大温度值、最小温度值、和/或目标温度值的形式。温度安全窗152可还包括从公差范围或其它设计规格获得的上限值和下限值。发动机系统110的速度可作为由ECU 140调整的结果而增大、减小、或保持不变，从而影响发动机系统110和/或涡轮增压器系统120（图1、图2）的多个性能变量160。性能变量160可包括离开发动机系统110（图1、图2）的排气的温度和/或进入压缩机部件124（图2）的排气的温度、涡轮增压器系统120（图1）的运行速度或温度、或与发动机系统110或涡轮增压器系统120的运行状况相关的其它变量。性能变量160可例如利用传感器142进行测量并通过总线、数据线等传递至控制器150。具体地，控制器局域网（CAN）总线转换器162可将性能变量160传递至控制器150。控制器150可随后将性能变量160与诸如温度安全窗152之类的其它数据相比较，以便按需要进一步调整发动机系统110。在实施方式中，性能变量160可与温度相关，并且控制器150可通过将所获得的温度值与温度安全窗152相比较来计算进一步的指令。

转向图4，示出了说明性的环境200，该环境200包括控制器150、发动机系统110、和燃气涡轮机系统120。在这种意义上，环境200包括计算装置202，该计算装置202可执行本说明书中所述的过程，以便在运行期间调整诸如发动机系统110的速度和进入涡轮增压器系统120的排气的温度之类的变量。特别地，计算装置202可包括控制器系统204，该控制器系统204通过执行本说明书中所述的过程中的任一个/全部并实施本说明书中所述的实施方式中的任一个/全部而使得计算装置202能够调整发动机系统110的部件。

发动机系统110、涡轮增压器系统120和诸如温度传感器之类的至少一个传感器142可操作性地连接至（例如，经由无线、硬连线、或其它常规方式）计算装置202，使得计算装置202可响应于从传感器142获得的数据控制ECU 140的多个方面，如本说明书中所讨论的那样。尽管ECU 140和控制器150作为示例被示出为不同的单元，但控制器150和ECU 140可以是同一控制器或控制系统的一部分。ECU 140可又操作性地连接至发动机系统110，从而使得计算装置202能够调整发动机系统110的速度以便控制产生至涡轮增压器系统120的排气的温度。作为示例，ECU 140可联接至节气门134（图2），该节气门134可被打开或关闭以调整来自化油器130（图2）的空气/燃料混合物进入发动机系统110的速率。

计算装置202可与库（library）216通信。在实施方式中，库216可包括用于从发动机系统110进入涡轮增压器系统120的排气的预定的温度安全窗或温度设定值。具体地，该温度安全窗可存储在用于燃气涡轮机系统110的排气温度优化数据218（下文中称“温度数据218”）内。温度数据218可包括例如进入涡轮增压器系统120的涡轮机部件124（图1、图2）的排气的最佳温度或预期温度（℃）。尽管在本说明书中作为示例示出为包括“温度数据”，但所明白的是，库216可还包括与发动机系统110和涡轮增压器系统120相关的其它类型的数据，例如，与发动机系统110、涡轮增压器系统120、和/或联接至这些系统的诸如气体压缩机系统之类的其它部件和系统相关的压力数据、化学成分数据、时间数据等。控制器系统204可从库216读取温度数据218，并基于温度数据218自动调整发动机系统110的速度。在图5中作为示例示出的利用ECU 140和控制器150调整发动机系统110的一种示例方法通过PID（乘积、积分、微分）回路进行。PID回路主要包括用于通过交替减小和增大输入变量来调整输出变量直到达到预期值或“设定值”为止的过程。本发明的实施方式包括控制器150，该控制器150限定和/或调整发动机系统110的发动机速度“设定值”。ECU 140可包括用于响应于用户输入、控制器150、和/或其它因素来调整发动机系统110的速度的PID回路。具体地，ECU140可从控制器150接收调整后的设定值，并如由控制器150所指令的那样改变发动机系统110的速度。控制器系统204可响应于在本发明的实施方式中获得的数据和执行的步骤来调整或限定多个设定值。

如在图4中所示并且如在本说明书中的其它位置所述，温度数据218可包括发动机系统110的一个或多个排气温度、和/或预期最大排气温度和速度的“安全窗”。预期发动机速度可被例如以转/分钟（rpm）为单位来限定。温度安全窗152（图3）的上限值和下限值、预期最大排气温度154（图3）、和/或预期最大发动机速度156（图3）可包含用于发动机系统110的性能的温度或其它变量的预期或最佳范围。更具体地，温度安全窗152（图3）、预期最大排气温度154（图3）、和/或预期最大发动机速度156（图3）可包括排气温度或其它变量，在这些变量下，涡轮增压器系统120和发动机系统110在抑制住诸如蠕变之类的不期望的效果的同时，维持一定的功率输出。例如，该预期最大排气温度154（图3）或温度安全窗152（图3）的温度上限值可以是涡轮增压器系统120能够安全运行所处的温度。作为示例，温度上限值或目标温度可为例如约750℃。高于该温度，涡轮增压器系统120会处于在运行较长时间之后变得受损或被破坏的危险中。预期最大排气温度154（图3）和/或温度安全窗152（图3）的上限值可以是这样的温度，低于该温度，就可以有效防止与过高温度相关联的损坏和/或故障的温度。此外，温度安全窗152（图3）可还包括下限值，该下限值可在降低发动机系统110的速度以便适应高排气温度时防止ECU 140损失过多的功率输出。

温度数据218可被作为任何常规形式的数据存储在库216内。即，库216中所包括的温度数据218可限定发动机系统110的速度与进入涡轮增压器系统120的排气的温度之间的数值/数学关系（mathematical relationship），其中，该数据可被表现为或具体体现为包括但不限于查阅表、算法等的多种常规数据形式。

计算装置202作为示例被示出为包括处理部件222（例如，一个或多个处理器）、存储部件224（例如，存储分层结构）、输入/输出（I/O）部件226（例如，一个或多个I/O接口和/或装置）和通信路径228。一般来说，处理部件222执行诸如控制器系统204之类的程序代码，该程序代码至少部分固定在存储部件224中。在执行程序代码时，处理部件222可处理数据，这会导致从存储部件224和/或I/O部件226读取转换数据和/或将转换数据写入至存储部件224和/或I/O部件226，用于进一步处理。通信路径228在计算装置202中的每一个部件之间提供了通信线路。I/O部件226可包括一个或多个人工I/O装置，其使得人工用户212（例如，发动机系统110的操作者）能够与计算装置202和/或一个或多个通信装置相互作用以使得系统用户212能够利用任何类型的通信线路而与计算装置202通信。在这种意义上，控制器系统204可管理使人工和/或系统用户212能够与控制器系统204相互作用的一组接口（例如，图形用户接口、应用程序接口等）。此外，控制器系统204可利用任何解决方案来在存储部件224中管理（例如，存储、取出、产生、操作、组织、呈现等）数据，例如确定的发动机速度、检测到的排气温度、和温度数据218。更具体地，控制器系统204可将温度数据218存储在库216中，如在本说明书中所述。

在任何情况下，计算装置202可包括能够执行安装在其上的诸如控制器系统204之类的程序代码的一个或多个通用计算工业产品（例如，计算装置）。如在本说明书中所使用的那样，所明白的是，“程序代码”意指以任何语言、代码或符号表示的指令的任何聚集，其使得具有信息处理能力的计算装置直接或者在下列行为的任何组合之后执行特定的功能：（a）转换成另一种语言、代码或符号；（b）以不同的材料形式进行复制；和/或（c）解压缩。在这种意义上，控制器系统204可被具体表现为系统软件和/或应用软件的任何组合。

此外，控制器系统204可利用一组模块232实施。在该情况下，每一个模块232均可使计算装置202能够执行由控制器系统204使用的一个或多个任务，并且可以与控制器系统204的其它部分无关的方式单独地研发和/或实施。如在本说明书中所使用的那样，术语“模块”意指使计算装置202能够利用任何解决方案来实施结合其描述的功能。例如，“模块”可包括比较器、计算器、计时器、数据转换器等。当固定在包括处理部件222在内的计算装置202的存储部件224中时，每一个模块232均是实施该功能的部件的实质部分。无论如何，所明白的是，两个或多个部件、模块、和/或系统可共用它们相应的硬件和/或软件中的一些/全部。此外，所明白的是，本说明书中所讨论的功能中的一些可不被实施或者附加功能包括可以作为计算装置202的一部分被包括在内。

对于由多个计算装置构成的计算装置202而言，多个计算装置中的每一个都可仅具有固定在其（例如，一个或多个模块232）上的控制器系统204的一部分。然而，所明白的是，计算装置202和控制器系统204仅表示可执行本说明书中所述的过程的多种可能的等效计算机系统。在这种意义上，在其它实施方式中，由计算装置202和控制器系统204提供的功能可至少部分由包括带有或不带有程序代码的通用的和/或专用的硬件的任何组合在内的一个或多个计算装置实施。在每一个实施方式中，硬件和程序代码（如果包括的话）可分别利用标准的工程和编程技术形成。

当计算装置202包括多个计算装置时，这多个计算装置可在任何类型的通信线路上进行通信。此外，在执行本说明书中所述的过程时，计算装置202可利用任何类型的通信线路与一个或多个其它计算机系统通信。在任一情况中，该通信线路可包括多种类型的有线和/或无线线路的任何组合；包括一个或多个类型的网络的任何组合；和/或利用多种类型的传输技术和协议的任何组合。

计算装置202可利用任何解决方案获得或提供诸如温度数据218之类的数据。例如，计算装置202可从传感器142、一个或多个数据存储器、或其它独立的或相关的系统获得和/或取出温度数据218。在一些实施方式中，计算装置202可还将多个数据片发送至其它系统。

尽管在本说明书中被示出并描述成一种用于控制排气温度的系统，但所明白的是，本发明的多个方面还提供了多个替代实施方式。例如，在一个实施方式中，本发明提供了一种固定在至少一个计算机可读介质中的计算机程序，该计算机可读介质在被执行时使得计算机系统能够控制从发动机系统110产生的排气的温度。在这种意义上，该计算机可读介质包括诸如控制器系统204（图3）之类的程序代码，该程序代码执行本说明书中所述的过程和/或实施方式中的一些或全部。所明白的是，术语“计算机可读存储介质”包括现今已知的或后期研发的任何类型的非瞬时的或有形的表达介质中的一种或多种，程序代码的副本可由计算装置从该表达介质中领会、复制、或以其它方式通信。例如，该计算机可读存储介质可包括：一个或多个便携式的存储工业产品；计算装置的一个或多个记忆/存储部件；纸张；等。

在实施方式中，本发明提供了一种用于通过调整发动机部件110的速度来控制排气的温度的系统。在该情况中，可获得（例如，产生、维持、使可获得等）诸如计算装置202之类的计算机系统，并且可获得（例如，产生、购买、使用、修改等）用于执行本说明书中所述过程的一个或多个部件并将其部署于计算机系统。在这种意义上，该部署可包括下列情况中的一个或多个：（1）将程序代码安装在计算装置上；（2）将一个或多个计算和/或I/O装置添加至该计算机系统；（3）结合和/或修改该计算机系统以使得它能够执行本说明书中所述的过程；等。

转向图5，示出了描绘根据本发明的系统和方法的实施方式的过程的示例性流程图。图5中的过程流程图将结合图2-3特别是图4进行说明，图4示出了用于执行参照图5的过程流程所描述的动作的环境200。

在步骤S1中，模块232可读取或获得与排气的温度相关的温度数据218。在步骤S1中获得的温度数据218可被存储例如在库216中，并且可以是从发动机系统110产生并提供至涡轮增压器系统120的涡轮机部件124的排气的温度。带有比较器功能的一个或多个模块232可随后将步骤S1中获得的排气的温度与包括有温度数据218并存储在诸如库216中之类的环境200中的预期温度和/或温度安全窗相比较。带有比较器功能的模块232可随后在步骤S2中确定排气是否超出（即，大于或小于）温度安全窗、或处于该温度安全窗内、和/或大致等于该预期排气温度。

一旦步骤S2中的比较表明排气温度小于预期温度和/或温度安全窗，带有计算功能、控制功能、和发信号功能的模块232就可在步骤S3中增大用于发动机系统110的速度的发动机速度“设定”值。如在本说明书中的其它位置所述，“设定值”主要指的是具体变量的预期值或目标值。在本发明的实施方式中，“设定值”可指的是发动机系统110的预期速度。为了调整发动机系统110的速度，带有控制功能和发信号功能的模块232可指令ECU 140增大（在步骤S3中）或减小（在步骤S7中）发动机速度设定值。ECU 140可包含用于发动机系统110的速度的现有发动机速度设定值（例如，约1000 rpm），并且模块232可指令ECU 140增大或减小该数值以调整发动机系统110的速度。由此，即使将1000 rpm的发动机速度从用户提供至ECU 140，控制器150的模块232也可超越用户的选定运行温度以适应增大的排气温度。如在本说明书中的其它位置所述，ECU 140可通过打开或关闭设置在发动机系统110与燃料供应132之间的节气门134来调整发动机系统110的运行速度。

在于步骤S3中增大发动机速度设定值之后，带有测量功能、比较功能、和判断功能的模块232可在步骤S4中确定发动机系统110的运行速度是否超过最大速度。该最大速度可存储在例如库216中并可限定发动机系统110能够安全地运行所处的运行速度的上限值。由此，步骤S4的判断可核查控制器150是否已使ECU 140将发动机系统110的运行速度增大至超出其技术能力。作为示例，步骤S4中使用的最大速度可由用户限定，并且对于一些发动机型号可以是例如约1200转/分钟（rpm）。在比较模块232确定发动机系统110的速度低于该最大速度的情况下，模块232可在步骤S5中确定发动机系统110的当前运行速度是否匹配提供至ECU 140的发动机速度设定值。

在将运行速度与最大速度和/或设定值相比较之后，带有停用或控制功能的模块232可在步骤S6中响应于发动机速度超出其最大速度或具有大致等于发动机设定值的运行速度而停用、或暂停该PID回路。在步骤S6中的PID回路的任何停用可以是暂时的或永久的。在排气温度是稳定的并且处于温度安全窗内或大致等于预期温度的情况下，可在步骤S6中永久地停用PID回路。在再次启用该PID回路之前，步骤S6中的PID回路的暂时停用可例如使发动机系统110能够以匀速运行持续设定时间，以便适应排气的温度可在一段时间之后增大的情形。如果PID回路在步骤S6中并不被停用，或者PID回路的暂时停用终止，则根据本发明的过程可在返回至步骤S1之前暂时停止，此时，模块232可获得另一排气温度。

如果步骤S2中的比较表明该排气温度处于温度安全窗内和/或大致等于预期温度，则该过程可即刻行进至步骤S6，在那里，PID回路可利用模块232被暂停或被停用。在该情况下，控制器系统204并不调整ECU 140的发动机速度设定值，这是因为该排气温度并不是过高或过低的。此外，该过程可返回至步骤S1以使模块232能够在步骤S1中获得其它/进一步的温度数据，以便监控排气的温度是否已随着时间的流逝而增大。

在步骤S2中的比较表明排气温度大于温度安全窗和/或预期温度的情况下，带有计算器功能和/或控制器功能的模块232可响应于排气温度高于温度安全窗和/或预期温度来降低发动机速度设定值。步骤S7可包括通信至ECU 140的控制器150，在那里，可以已经存储或输入了现有发动机速度设定值。例如，步骤S7中的控制器150可通过将发动机速度设定值降低至来自发动机系统110的排气将不超过温度安全窗和/或预期温度的数值而来超越/覆盖（override）发动机系统110的用户的预期运行速度。在于步骤S7中降低发动机速度设定值之后，带有比较功能和判断功能的模块232可在步骤S8中评估发动机速度是否低于最小速度。与步骤S4的最大速度相反，步骤S8的最小速度是这样的速度，低于该速度，发动机系统110就会牺牲相当大的功率输出以求排气温度的最小或非实质性降低。在一些发动机系统中，发动机系统110的最小速度可例如为约900转/分钟（rpm）。

在模块232在步骤S8中确定发动机系统110的速度高于最小速度的情况下，发动机系统110有效地补偿升高的排气温度。该过程可随后返回至步骤S1并反复进行，从而使发动机系统110的功率输出能够随着降低该排气温度而逐渐增大。在获得更高的排气温度之前，确定发动机速度低于最小速度的模块232可在步骤S6中暂停或停用该PID回路，以防止排气温度增大甚至远超过该温度安全窗和/或预期排气温度。

本说明书中所讨论的实施方式的技术效果包括用于控制从发动机系统传递至涡轮增压器系统的涡轮机部件的排气温度的能力。此外，本发明的实施方式可防止从发动机传递的排气温度超过阈值温度、温度安全窗、或可限定例如涡轮增压器系统或其它部件经历蠕变效应或其它形式的损坏所处的温度的相似量。此外，本发明的实施方式可通过增大或减小发动机系统的速度来调整运行特性（例如，来自发动机系统的排气温度）。

已经出于说明和描述的目的呈现出了对于本发明的多个方面进行的前述说明。它并非意欲是穷尽的或者将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然，许多修改和变化都是可能的。对于本领域技术人员而言会是明显的这种修改和变化均包括在本发明的如由所附权利要求所限定的范围内。

本说明书中所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的并且并不意欲限制本发明。如在本说明书中所使用的那样，单数形式“一个”、“一种”和“该”意欲同样包括复数形式，除非本说明书中以其它方式明确表明。将进一步明白的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或其组合的存在或添加。

本说明书使用示例来公开包括最佳模式的发明，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。这种其它示例旨在处于权利要求书的范围内，只要它们具有与该权利要求书的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与该权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元件。

Claims

1.一种用于控制排气的系统，所述系统包括：

传感器，所述传感器构造成确定所述排气的温度，其中，所述排气被从发动机系统传递至涡轮增压器系统的涡轮机部件，其中所述传感器布置在涡轮增压器系统的涡轮机部件和发动机系统之间；和

控制器，所述控制器构造成基于所述排气的温度大于或小于温度安全窗来调整所述发动机系统的运行速度，

其中所述控制器构造成如果所述排气的温度大于所述温度安全窗则降低所述发动机系统的运行速度，且如果所述排气的温度小于所述温度安全窗则增大所述发动机系统的运行速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器被进一步构造成通过降低所述发动机系统的所述运行速度来降低所述排气的温度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡轮增压器系统还包括：

与所述发动机系统流体连通的涡轮增压器压缩机部件，其中，所述涡轮增压器压缩机部件将加压空气流提供至所述发动机系统；和

可旋转轴，所述可旋转轴将所述涡轮增压器压缩机部件联接至所述涡轮增压器系统的涡轮机部件。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度安全窗包括目标排气温度。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度安全窗基于所述发动机系统的运行特性。

6.一种用于控制排气的方法，所述方法用于控制从发动机系统产生至涡轮增压器系统的排气的温度，其中在涡轮增压器系统的涡轮机部件和发动机系统之间测量所述温度，包括：

响应于所述排气的温度大于或小于温度安全窗来调整发动机控制单元的发动机速度设定值；

其中，所述发动机速度设定值的调整对应于调整发动机系统速度，

其中所述方法包括：如果所述排气的温度大于所述温度安全窗则降低所述发动机速度设定值，且如果所述排气的温度小于所述温度安全窗则增大所述发动机速度设定值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

降低所述发动机速度设定值，其中，降低的发动机速度设定值导致降低所述排气的温度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器系统还包括：

涡轮增压器涡轮机部件，所述涡轮增压器涡轮机部件构造成接收从所述发动机系统产生的所述排气；

可旋转轴，所述可旋转轴将所述涡轮增压器压缩机部件联接至所述涡轮增压器涡轮机部件。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发动机系统包括构造成使燃料供应与加压空气流起反应以产生所述排气的内燃机。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定调整后的发动机速度设定值是否高于最大速度；以及

响应于所述发动机系统速度高于所述最大速度而将所述发动机速度设定值设定成所述最大速度。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定调整后的发动机速度设定值是否低于最小速度；以及

响应于所述发动机系统速度低于所述最小速度而将所述发动机速度设定值设定成所述最小速度。

12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发动机系统速度的调整包括打开和关闭所述发动机系统的节气门中的一项。

13.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温度安全窗基于在所述发动机系统中使用的燃料的成分。

14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用于从定位在所述涡轮增压器系统内的温度传感器读取所述排气的温度的程序代码。

15.一种涡轮机械系统，包括：

发动机系统；

与所述发动机系统流体连通的涡轮增压器系统，所述涡轮增压器系统包括：

涡轮机部件，所述涡轮机部件构造成从所述发动机系统接收排气；

可旋转轴，所述可旋转轴联接至所述涡轮机部件；

压缩机部件，所述压缩机部件联接至所述可旋转轴，其中，所述压缩机部件构造成将加压空气流输送至所述发动机系统；

传感器，所述传感器构造成确定从所述发动机系统传递至所述涡轮增压器系统的所述涡轮机部件的所述排气的温度，其中所述传感器布置在涡轮增压器系统的涡轮机部件和发动机系统之间；和

控制器，所述控制器构造成基于所述排气的温度超出温度安全窗来调整发动机系统速度，

其中所述控制器构造成如果所述排气的温度大于所述温度安全窗则降低所述发动机系统速度，且如果所述排气的温度小于所述温度安全窗则增大所述发动机系统速度。