JP2015113838A - エンジンシステムの排気ガス温度を制御するシステムおよびプログラム製品 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンシステムの排気ガス温度を制御するシステムおよびプログラム製品を提供する。
【解決手段】本開示の態様は、エンジンシステムからターボ過給機システムのタービンコンポーネントにもたらされる排気ガスを制御するシステムを含む。本システムは、排気ガスの温度を判断するよう構成されるセンサと、排気ガスの温度が温度安全窓より高いか低いかに応じて、エンジンシステム速度を調整するよう構成される制御器とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、エンジンシステムの排気ガス温度を制御するシステムに関する。より詳しくは、本開示は、エンジンシステムからターボ過給機システムのタービンコンポーネントにもたらされる排気ガスの温度を制御するシステムおよびプログラム製品に関する。

エンジン、例えば、内燃機関は、燃料源を燃焼することによって、機械的エネルギーを生成することができ、それにより、内燃機関に取り付けられた負荷コンポーネントを駆動するために使用される機械的動力を生成する。燃焼反応の効率を向上するために、エンジンシステムは、内燃機関に導入される前に、供給すなわち「入口」空気を圧縮する、「ターボ過給機システム」を備えることができる。ターボ過給機の圧縮機は、回転可能シャフトにより、タービンコンポーネントに機械的にリンクすることができる。ターボ過給機のタービンコンポーネントは、内燃機関からの排気ガスで、シャフトを回転するよう作動することができ、それにより、圧縮機コンポーネントに動力を伝える。

エンジンシステムおよびターボ過給機システムの性能は、少なくとも部分的に、各システムの内部温度と、そこを通る空気の温度とに左右される可能性がある。さらに、補助コンポーネントおよびシステムの性能は、エンジンから出る、および／またはターボ過給機に入る、排出ガスの温度に影響される可能性がある。排気ガス温度が高くなると、ターボ過給機での望ましくない副次的効果の危険性も高まる可能性がある。時間とともに、エンジンおよびターボ過給機システムのコンポーネントは、より高い排気ガス温度を受けることにより、およびターボ過給機内での材料のはげ落ちやベアリングシステムの摩擦により、クリープ効果にさらされる可能性がある。この問題に対する解決策の１つは、エンジンシステムでの負荷を減らすことによって、排気ガス温度を下げることである。しかしながら、ガス圧縮機を駆動する内燃機関の負荷を調整することは、エンジンに結合される圧縮機のコンポーネントの調整をすることを必要とすることが多い。圧縮機のポケットを調整することは、通常は、高価な、手作業による処理である。

エンジンシステムの排気ガス温度を制御するシステムおよびプログラム製品を開示する。本開示の実施形態は、ターボ過給機を有するエンジンシステムに関して本明細書での例により説明するが、本開示の実施形態は、他の状態に適用してもよいことが理解されよう。

本発明の第１の態様は、エンジンシステムから、ターボ過給機システムのタービンコンポーネントにもたらされる排気ガスを制御するシステムを提供する。本システムは、排気ガスの温度を判断するよう構成されるセンサと、排気ガスの温度が温度安全窓より高いか低いかに基づいて、エンジンシステム速度を調整するよう構成される制御器とを備える。

本発明の第２の態様は、コンピュータ読込み可能ストレージメディアに格納されるプログラム製品を提供する。プログラム製品は、実行されると、エンジンシステムからターボ過給機システムにもたらされる排気ガスの温度を制御するよう動作し、コンピュータ読込み可能ストレージメディアは、プログラムコードを備え、プログラムコードは、排気ガスの温度が温度安全窓より高いか低いかに応じてエンジン制御ユニットのエンジン速度設定値を調整し、エンジン速度設定値を調整することは、エンジンシステム速度に対応する。

本発明の第３の態様は、エンジンシステムと、エンジンシステムと流体連通するターボ過給機システムとを備えるシステムを提供する。ターボ過給機システムは、エンジンシステムから排気ガスを受け取るよう構成されるタービンコンポーネントと、タービンコンポーネントに結合される回転可能シャフトと、回転可能シャフトに結合され、圧縮気流をエンジンシステムにもたらすよう構成される、圧縮機コンポーネントと、エンジンシステムから、ターボ過給機システムのタービンコンポーネントにもたらされる排気ガスの温度を判断するよう構成されるセンサと、排気ガスの温度が温度安全窓を外れることに基づいて、エンジンシステム速度を調整するよう構成される制御器とを備える。

本発明のこれらおよび他の特徴は、本発明のさまざまな実施形態を示す添付図面と併せて本発明のさまざまな態様についての以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

従来のエンジンシステムおよびターボ過給機システムの概略図である。 本開示の一実施形態による、エンジンシステム、ターボ過給機システム、および制御器の概略図である。 本開示の一実施形態による、制御器およびエンジンシステムのブロック図である。 本開示の一実施形態による、エンジンシステムおよびターボ過給機システムに結合されるコンピューティングデバイスによる例示的環境である。 本開示の実施形態による処理を示す、方法フローダイアグラムである。

本発明の図面は、必ずしも縮尺に従っていないことに留意されたい。本図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではない。本図面では、同一の参照符号は、図面間で同一の要素を意味する。

本明細書で説明するように、本発明の態様は、一般に、内燃機関などのエンジンシステム、およびターボ過給機システムとの連携に関する。より詳しくは、本明細書で説明するように、本発明の態様は、エンジンシステムから生じ、ターボ過給機システムにもたらされる、排気ガスの温度を制御するシステムおよびプログラム製品に関する。

図１を参照すると、従来の方式で配置される、エンジンシステム１０およびターボ過給機システム２０の概略図を示す。エンジンシステム１０は、現在知られているか、または後に開発される、任意の従来のエンジン組立体であり、そこに結合される負荷コンポーネント１２に動力をもたらすことができる。エンジンシステム１０について、明瞭にするために、簡潔な記述を行う。図１に示すように、エンジンシステム１０は、負荷コンポーネント１２に機械的に結合される内燃機関１４を備えることができる。内燃機関１４はまた、燃料供給部（図示せず）と流体連通することができる。内燃機関１４は、圧縮空気の流れで燃料供給部からもたらされる燃料を燃焼することができ、それにより、燃焼反応を引き起こし、排気ガスの流れを発生させる。排気ガスの流れは、排気ガス線１６を介して、内燃機関１４からもたらされる。

ターボ過給機システム２０は、ターボ過給機システム２０で圧縮され、エンジンシステム１０にもたらされる、外部源（図示せず）からの入口空気（Ａｉｒ_入口）を取得することができる。内燃機関１４から生じた排気ガスは、排気ガス線１６を通って、ターボ過給機システム２０に戻ることができる。当技術分野で知られているように、「ターボ過給機」は、エンジンシステムか、または他の同様の機能を有するデバイスにもたらされる空気を圧縮することが可能なコンポーネントを意味する。タービンシステム２０は、圧縮機コンポーネント２２およびタービンコンポーネント２４を備えることができ、圧縮機コンポーネント２２およびタービンコンポーネント２４は、回転可能シャフト２６により、互いに結合され得る。ターボ過給機システム２０の圧縮機コンポーネント２２は、エンジンシステム１０から生じる排気ガス（Ａｉｒ_排気）によって、完全に、または部分的に動作することが可能である。具体的には、本明細書の他の部分でさらに詳細に説明するように、タービンコンポーネント２４を通る排気ガスは、回転可能シャフト２６に結合されるいくつかのタービンバケット２８（図２）を作動することができる。回転可能シャフト２６が回転することで、圧縮機コンポーネント２２を駆動するための機械的動力を生成することができる。ターボ過給機システム２０の圧縮機コンポーネント２２は、入口空気の圧力を高め、圧縮された入口空気を、エンジンシステム１０にもたらすことができる。本開示の実施形態は、タービンシステム２２のタービンコンポーネント２４に入る排気ガス（Ａｉｒ_排気）の温度を制御して、圧縮の程度およびターボ過給機システム２０からエンジンシステム１０にもたらされる空気の結果としての温度に影響を及ぼすことができる。

図２を参照すると、本開示の一実施形態によるエンジンシステム１１０およびターボ過給機システム１２０を示す。本明細書の他の部分で説明するように、ターボ過給機システム１２０は、圧縮機コンポーネント１２２およびタービンコンポーネント１２４を備えることができ、圧縮機コンポーネント１２２およびタービンコンポーネント１２４は、回転可能シャフト１２６により、互いに動作可能に結合される。ターボ過給機システム１２０の回転可能シャフト１２６は、動力を生成し、圧縮機コンポーネント１２２を動作させることができる。エンジンシステム１１０は、圧縮機コンポーネント１２２からの圧縮入口空気（Ａｉｒ_入口）の流れを受け取り、その圧縮気流を燃料と反応させ、既知であるか、または後に開発される何らかの燃焼処理により、熱およびエネルギーを生成することができる。一実施形態において、内燃機関１４（図１）を備えるエンジンシステム１１０は、いくつかの燃焼チャンバから構成される、往復運動する、すなわち、「ピストン」エンジンを備えることができ、各燃焼チャンバは、ピストンが燃焼チャンバ内で、クランクシャフトを作動するよう、周期的に拡張および縮小する。エンジンシステム１１０内で反応が起こる割合は、エンジンシステム１１０内のさまざまなコンポーネントの速度によって、部分的に押し上げることができる。例えば、往復動エンジンでは、反応速度は、フライホイールおよびそこに結合されているクランクシャフトの回転速度によって、部分的に押し上げることができる。フライホイールおよびクランクシャフトの速度が増すにつれ、往復動エンジン内のさまざまなピストンの速度もまた増す。往復動エンジンでは、エンジン速度は、フライホイールが回転する割合、例えば、毎分回転数（ｒｐｍ）の点から測定することができる。燃料は、気化器１３０を使用することにより、圧縮機１２２からもたらされる空気の量に正比例して、エンジンシステム１１０にもたらすことができ、気化器１３０は、燃料供給部１３２（点線で示す）とエンジンシステム１１０との間に位置し、燃料供給部１３２と流体連通することができる。エンジンシステム１１０の燃焼チャンバは、例えば、内燃機関１４（図１）のコンポーネントを含み、燃料供給部１３２からの燃料を、圧縮空気と反応させ、機械的エネルギーを生成することができる。スロットル１３４は、圧縮機１２２からエンジンシステム１１０に繋がる線に沿って設置することができる。スロットル１３４は、圧縮機１２２からエンジンシステム１１０への空気の流れを制御する、回転コンポーネントの形態をとることができる。圧縮機１２２からの空気がエンジンシステム１１０にもたらされる割合を制御することによって、スロットル１３４は、本明細書で説明するように調整され、エンジンシステム１１０の速度に影響を及ぼすことができる。エンジンシステム１１０において燃焼反応により生成したエネルギーは、機械的コンポーネントを作動するために使用することができ、一方、燃焼による排気ガスは、排気ガス線１１６に入り、ターボ過給機システム１２０に戻ることができる。

ターボ過給機システム１２０のタービンコンポーネント１２４は、いくつかの固定ブレード１２８を備えることができる。ブレード１２８は、タービン・ホイール・コンポーネント１２９に接続され、さらに、シャフト１２６に繋がることができる。ブレード１２８は、エンジンシステム１１０から生じた排気ガス（Ａｉｒ_排気）によって作動されると、回転することができる。タービンコンポーネント１２４を通る排気ガスの流れを導くために、いくつかのノズル（図示せず）を、各ブレード１２８と、タービンコンポーネント１２４のハウジングとの間に位置づけることができる。このような方法で、エンジン１１０における燃焼反応により、シャフト１２６は回転し、エネルギーを生成して、圧縮機１２２を動作させることができる。エンジンシステム１１０の速度を管理するために、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１４０を、エンジンシステム１１０と、制御器１５０との間に結合することができる。希望であれば、ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０の構造上に物理的に据え付けるか、または取り付けることができる。制御器１５０は、利用者とエンジンシステム１１０との間のインターフェースに結合されるか、またはインターフェースの一部とすることができることがさらに理解される。したがって、制御器１５０は、エンジンシステム１１０、ターボ過給機システム１２０、および本明細書で説明するさまざまなシステムに結合される任意の負荷コンポーネント（例えば、ガス圧縮機システム）の全体に関連する限界を、安全に制御または設定するよう構成することができる。ＥＣＵ１４０は、電気的または機械的信号を、機械的な力、例えば、回転、作動などに変換することを可能にする、現在既知であるか、または後に開発される任意のデバイスを備えることができる。具体的には、ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０の一部に結合されるか、エンジンシステム１１０の一部を形成する、制御器コンポーネントとすることができる。ＥＣＵ１４０は、ピストンやクランクシャフトなどの、エンジンシステム１１０内の可動部分に電気的に結合し、エンジンシステム１１０のさまざまなパラメータ、例えば、エンジン速度を読み取ることができる。また、制御器１５０は、ワイヤ、ネットワーク、および機械的エネルギー変換器などのコンポーネントを通じて、ＥＣＵ１４０に、動作可能に（例えば、機械的に、または電子的になど）結合することができる。したがって、ＥＣＵ１４０は、独立して、または制御器１５０からもたらされる命令（例えば、信号）の結果として、エンジンシステム１１０の速度を調整することができる。例えば、ＥＣＵ１４０は、時間とともに変化する環境レベルおよびシステムレベル要因に基づいて、エンジンシステム１１０の速度を周期的に調整して、エンジンシステム１１０を、安定動作状態内に保持することができる。一実施形態において、制御器１５０は、エンジンシステム１１０および／またはターボ過給機システム１２０に対するいくつかの性能変数に応じて、エンジンシステム１１０の所望の、または安定動作状態を調整するよう、ＥＣＵ１４０に指示することができる。例えば、制御器１５０は、ＥＣＵ１４０に指示して、本明細書で詳細に説明するように、排気ガス（Ａｉｒ_排気）の温度が所望の温度安全窓より高いか低いかに応じて、エンジンシステム１１０の速度を下げることができる。制御器１５０およびＥＣＵ１４０は、２つの独立したコンポーネントとして本明細書に例示したが、制御器１５０およびＥＣＵ１４０は、希望であれば、単一コンポーネントまたは制御システムの一部とすることができる。

性能変数（例えば、温度）を測定するために、１つまたは複数のセンサ１４２を、関心領域、例えば、ターボ過給機システム１２０のタービンコンポーネント１２４と、エンジンシステム１１０との間に取り付けることができる。例えば、センサ１４２は、排気線１１６内に、タービンコンポーネント１２４内に、またはエンジンシステム１１０もしくはターボ過給機システム１２０の他のコンポーネント内に、設置してもよい。センサ１４２は、単一ユニットとして例示するが、本開示では、エンジンシステム１１０および／またはターボ過給機システム１２０内に設置される、複数のセンサ１４２もまた意図する。さらに、またはあるいは、排気ガスの温度は、例えば、データのサンプルから平均または他の統計値を数学的に計算することによって、計算することができる。センサ１４２は、２つのコンポーネント間でデータの伝達を可能にする、例えば、ワイヤ、バス、無線ネットワークなどの、現在既知であるか、または後に開発される任意のコンポーネントによって、制御器１５０に結合することができる。一実施形態において、センサ１４２は、デジタル温度計などの温度センサの形態をとることができる。センサ１４２は、エンジンシステム１１０および／またはターボ過給機システム１２０内の１つまたは複数のコンポーネントの温度を読み取ることができる。例えば、センサ１４２は、タービンコンポーネント１２４に対して、「タービン入口温度」として知られる、排気ガス（Ａｉｒ_排気）の温度を検出し、検出された温度を制御器１５０にもたらすことができる。センサ１４２はまた、他の性能変数、例えば、圧縮機コンポーネント１２２を出る空気の圧力、シャフト１２６の速度、およびエンジンシステム１１０もしくはターボ過給機システム１２０の他の特性を、希望であれば、検出することができる。例えば、センサ１４２は、バロメータなどの圧力センサとすることができ、制御器１５０は、エンジンシステム１１０を出る排気ガスの温度を、センサ１４２によって検出された圧力値、および他の数量から、数学的に導出することができる。

図３を参照すると、制御器１５０と、エンジンシステム１１０との間の連携を表すブロック図の一例を示す。温度安全窓１５２は、制御器１５０内、例えば、メモリ内に、格納または固定することができる。さらに、またはあるいは、他の所望のパラメータ、例えば、所望の最大排気ガス温度１５４および所望の最大エンジン速度１５６も、制御器１５０内、例えば、メモリ内に、格納または固定することができる。エンジンシステム１１０の速度を調整するために、制御器１５０は、信号１５８をＥＣＵ１４０に送信することができる。信号１５８は、例えば、約４．０ｍＡと２０ｍＡとの間の大きさの電流を有する電気信号とすることができる。本明細書の他の部分で説明するように、ＥＣＵ１４０は、電気信号を機械的エネルギーに変換することができる任意のデバイス、および／またはエンジンシステム１１０などのエンジンの速度を調整することができる任意の制御システムを備えるか、またはそれらの形態をとることができる。例えば、ＥＣＵ１４０は、スロットル１３４（図２）に結合することができ、ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０にもたらされる空気／燃料混合物の量を増減し、エンジンシステム１１０の速度に影響を及ぼすことが可能となる。信号１５８内で符号化された命令により、ＥＣＵ１４０は、温度安全窓１５２などの、制御器１５０で受信したデータと所望の動作状態との間の関係に基づいて、エンジンシステム１１０の速度を調整することができる。本明細書で「窓」として例示したが、温度安全窓１５２は、代わりに、最大温度値、最小温度値、および／または標的温度値の形式とすることができることが理解されよう。温度安全窓１５２はまた、許容範囲または他の設計仕様から生じた上限値および下限値を含むことができる。エンジンシステム１１０の速度は、速くなるか、遅くなるか、またはＥＣＵ１４０によって調整された結果と同じ状態を維持することができ、それにより、エンジンシステム１１０および／またはターボ過給機システム１２０（図１および図２）のさまざまな性能変数１６０に影響を及ぼす。性能変数１６０は、エンジンシステム１１０（図１および図２）から出る排気ガスの温度ならびに／もしくはタービンコンポーネント１２４（図２）に入る排気ガスの温度、ターボ過給機システム１２０（図１）の動作速度もしくは温度、またはエンジンシステム１１０もしくはターボ過給機システム１２０の動作状態に関する他の変数を含むことができる。性能変数１６０は、例えば、センサ１４２で測定することができ、バスやデータ線などを通じて制御器１５０に接続することができる。具体的には、制御器エリアネットワーク（ＣＡＮ）バス変換器１６２により、性能変数１６０を制御器１５０に伝えることができる。その場合、制御器１５０は、性能変数１６０を、他のデータ、例えば、温度安全窓１５２と比較して、要望通りに、エンジンシステム１１０をさらに調整することができる。一実施形態において、性能変数１６０は、温度に関することができ、制御器１５０は、取得した温度値を、温度安全窓１５２と比較することによって、さらなる命令を算出することができる。

図４を参照すると、制御器１５０、エンジンシステム１１０、およびガスタービンシステム１２０を含む、例示的環境２００を示す。この場合、環境２００は、本明細書で説明する処理を実行して、エンジンシステム１１０の速度、および動作中にターボ過給機システム１２０に入る排気ガスの温度などの変数を調整することができるコンピューティングデバイス２０２を備える。特に、コンピューティングデバイス２０２は、制御器システム２０４を備えることができ、コンピューティングデバイス２０２が、本明細書で説明する処理の一部／すべてを実行し、本明細書で説明する実施形態の一部／すべてを実施することによって、エンジンシステム１１０のコンポーネントを調整することを可能にする。

エンジンシステム１１０、ターボ過給機システム１２０、および少なくとも１つのセンサ１４２、例えば、温度センサは、コンピューティングデバイス２０２に（例えば、無線、有線、または他の従来手段を介して）可動に接続することができ、コンピューティングデバイス２０２は、本明細書で説明するように、センサ１４２が取得したデータに応じて、ＥＣＵ１４０の態様を制御することができる。ＥＣＵ１４０および制御器１５０は、別個のユニットであるとして例示しているが、制御器１５０およびＥＣＵ１４０は、同じ制御器または制御システムの一部としてもよい。さらに、ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０に可動に接続することができ、それにより、コンピューティングデバイス２０２が、エンジンシステム１１０の速度を調整して、ターボ過給機システム１２０にもたらされる排気ガスの温度を制御することが可能になる。一例として、ＥＣＵ１４０は、スロットル１３４（図２）に結合してもよく、スロットル１３４は、気化器１３０（図２）からの空気／燃料混合物がエンジンシステム１１０に入る速度を調整するために、開閉することができる。

コンピューティングデバイス２０２は、ライブラリ２１６と通信することができる。一実施形態において、ライブラリ２１６は、エンジンシステム１１０からターボ過給機システム１２０に入る排気ガスに対する、所定の温度安全窓または温度設定値を含むことができる。具体的には、温度安全窓は、ガスタービンシステム１２０に対する排気ガス温度最適値データ２１８（以下、「温度データ２１８」）内に格納することができる。温度データ２１８は、例えば、ターボ過給機システム１２０のタービンコンポーネント１２４（図１および図２）に入る排気ガスの、最適な、または所望の温度（℃）を含んでもよい。「温度データ」を含むとして本明細書で例を挙げ説明するが、ライブラリ２１６はまた、エンジンシステム１１０およびターボ過給機システム１２０に関連する他の種類のデータ、例えば、エンジンシステム１１０、ターボ過給機システム１２０、および／またはそれらに結合される、ガス圧縮機システムなどの他のコンポーネントおよびシステムに関連する、圧力データ、化学組成物データ、または時間データなどを含むことができる。制御器システム２０４は、ライブラリ２１６から温度データ２１８を読み取り、温度データ２１８に基づいて、エンジンシステム１１０の速度を自動的に調整することができる。ＥＣＵ１４０および制御器１５０によりエンジンシステム１１０を調整する方法の一例は、図５で例示し、ＰＩＤ（積、積分、微分）ループによるものである。ＰＩＤループは、一般に、所望の値、すなわち、「設定値」に達するまで、入力変数を交互に増減することによって、出力変数を調整する処理を含む。本開示の実施形態は、エンジンシステム１１０のエンジン速度「設定値」を定義および／または調整する制御器１５０を含む。ＥＣＵ１４０は、利用者入力、制御器１５０、および／または他の要因に応じて、エンジンシステム１１０の速度を調整するＰＩＤループを含むことができる。具体的には、ＥＣＵ１４０は、制御器１５０から、調整済み設定値を受け取り、制御器１５０によって指示されたように、エンジンシステム１１０の速度を変更することができる。制御器システム２０４は、本開示の実施形態で取得されるデータおよび実行されるステップに応じて、さまざまな設定値を調整または定義することができる。

図４に示すように、および本明細書の他の部分で説明するように、温度データ２１８は、１つまたは複数の排気ガス温度の「安全窓」、および／または所望の最大排気ガス温度ならびにエンジンシステム１１０の速度を含むことができる。所望のエンジン速度は、例えば、毎分回転数（ｒｐｍ）で定義することができる。温度安全窓１５２（図３）の上限値ならびに下限値、所望の最大排気ガス温度１５４（図３）、および／または所望の最大エンジン速度１５６（図３）は、エンジンシステム１１０の性能に対する温度または他の変数の所望の、または最適な範囲を包含することができる。より具体的には、温度安全窓１５２（図３）、所望の最大排気ガス温度１５４（図３）、および／または所望の最大エンジン速度１５６（図３）は、ターボ過給機システム１２０およびエンジンシステム１１０が、クリープなどの望まない影響に抵抗しながら、ある動力出力を維持する、排気ガス温度または他の変数を含むことができる。例えば、所望の最大排気ガス温度１５４（図３）または温度安全窓１５２（図３）の上限温度値は、ターボ過給機システム１２０が安全に動作することができる温度とすることができる。一例として、上限温度値または標的温度は、例えば、約７５０℃とすることができる。この温度を超えると、ターボ過給機システム１２０は、長時間の動作の後、破壊または損傷などの危険に瀕する可能性がある。所望の最大排気ガス温度１５４（図３）および／または温度安全窓１５２（図３）の上限値は、極めて高い温度と関連する損傷および／または故障を効果的に防ぐ温度とすることができる。さらに、温度安全窓１５２（図３）はまた、下限値を含むことができ、それにより、ＥＣＵ１４０が、エンジンシステム１１０の速度を落として排気ガス温度を高くする場合に、非常に多くの動力出力を犠牲にすることを防ぐことができる。

温度データ２１８は、任意の従来形式のデータとして、ライブラリ２１６内に格納することができる。すなわち、ライブラリ２１６に含まれる温度データ２１８は、エンジンシステム１１０の速度と、ターボ過給機システム１２０に入る排気ガスの温度との間の数学的関係を定義することができ、データは、これらに限定されないが、ルックアップテーブルやアルゴリズムなどを含む、さまざまな従来のデータ形式で表現または実施することができる。

コンピューティングデバイス２０２は、処理コンポーネント２２２（例えば、１つまたは複数のプロセッサ）、ストレージコンポーネント２２４（例えば、ストレージ階層）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント２２６（例えば、１つまたは複数のＩ／Ｏインターフェースおよび／またはデバイス）、および通信経路２２８を含むものとして例示する。通常、処理コンポーネント２２２は、制御器システム２０４などの、ストレージコンポーネント２２４に少なくとも部分的に格納されるプログラムコードを実行する。プログラムコードを実行しながら、処理コンポーネント２２２は、データを処理することができ、その結果、ストレージコンポーネント２２４および／またはＩ／Ｏコンポーネント２２６から／に、送信データを読み込んで、および／または書き込んで、さらなる処理を行うことができる。通信経路２２８は、コンピューティングデバイス２０２内の各コンポーネント間での通信リンクをもたらす。Ｉ／Ｏコンポーネント２２６は、１つまたは複数のヒューマンＩ／Ｏデバイスを備えることができ、人間の利用者２１２（例えば、エンジンシステム１１０のオペレータ）が、コンピューティングデバイス２０２および／または１つまたは複数の通信デバイスと相互通信することを可能にし、システム利用者２１２が、任意の種類の通信リンクを使用して、コンピューティングデバイス２０２と通信することを可能にする。ここで、制御器システム２０４は、人間および／またはシステム利用者２１２が、制御器システム２０４と相互通信することを可能にする一組みのインターフェース（例えば、グラフィカル・ユーザ・インターフェースおよびアプリケーション・プログラム・インターフェースなど）を管理することができる。さらに、制御器システム２０４は、ストレージコンポーネント２２４内のデータを管理（例えば、格納、検索、生成、操作、編成、または提示など）することができ、そのようなデータには、任意の解決策を使用して、判断されたエンジン速度、検出された排気ガス温度、および温度データ２１８などがある。より具体的には、制御器システム２０４は、本明細書で説明するように、ライブラリ２１６に温度データ２１８を格納することができる。

いずれにしても、コンピューティングデバイス２０２は、そこにインストールされた、制御器システム２０４などの、プログラムコードを実行することが可能な、１つまたは複数の汎用コンピューティング製品（例えば、コンピューティングデバイス）を備えることができる。本明細書で使用する場合、「プログラムコード」という用語は、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスに、直接、または以下（ａ）から（ｃ）の任意の組み合わせ後に、特定の機能を実行させる、任意の言語での命令、コードもしくは記号の任意の集合を意味することが理解されよう。（ａ）他の言語、コード、もしくは記号への変換、（ｂ）異なるマテリアル形式での複製、および／または（ｃ）復元。ここで、制御器システム２０４は、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして実現することができる。

さらに、制御器システム２０４は、一組みのモジュール２３２を使用して実施することができる。この場合、各モジュール２３２は、コンピューティングデバイス２０２が、制御器システム２０４によって使用される１つまたは複数のタスクを実行することを可能にすることができ、制御器システム２０４の他の部分から別々に構築される、および／または実施されることが可能である。本明細書で使用される場合、「モジュール」という用語は、コンピューティングデバイス２０２が、任意の解決策を使用して、それと併せて説明される機能を実施することを可能にするプログラムコードを意味する。例えば、「モジュール」は、コンパレータ、計算器、タイマ、およびデータ変換器などを含むことができる。処理コンポーネント２２２を備えるコンピューティングデバイス２０２のストレージコンポーネント２２４内に格納される場合、各モジュール２３２は、機能を実施するコンポーネントの相当な部分である。にもかかわらず、２つ以上のコンポーネント、モジュール、および／またはシステムが、各ハードウェアおよび／またはソフトウェアの一部／すべてを共有することができることが理解されよう。さらに、本明細書で説明する機能の一部は実施されない可能性があるか、または追加の機能がコンピューティングデバイス２０２の一部として含まれる可能性があることが理解されよう。

複数のコンピューティングデバイスで構成されるコンピューティングデバイス２０２の場合、複数のコンピューティングデバイスのそれぞれは、そこに格納された制御器システム２０４（例えば、１つまたは複数のモジュール２３２）の一部のみを有してもよい。しかしながら、コンピューティングデバイス２０２および制御器システム２０４は、本明細書で説明する処理を実行することができるさまざまな潜在的に同等なコンピュータシステムを表すだけであることが理解されよう。ここで、他の実施形態において、コンピューティングデバイス２０２および制御器システム２０４によって提供される機能は、プログラムコードを有するか、または有さない汎用および／または特定用途ハードウェアの任意の組み合わせを備える１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって少なくとも部分的に実施することができる。各実施形態において、ハードウェアおよびプログラムコードは、備わっている場合、それぞれ、標準エンジニアリングおよびプログラミング技術を使用して作り出すことができる。

コンピューティングデバイス２０２が、複数のコンピューティングデバイスを備える場合、複数のコンピューティングデバイスは、任意の種類の通信リンクで通信可能である。さらに、本明細書で説明する処理を実行しながら、コンピューティングデバイス２０２は、任意の種類の通信リンクを使用して、１つまたは複数の他のコンピュータシステムと通信することができる。いずれの場合でも、通信リンクは、さまざまな種類の有線および／または無線リンクの任意の組み合わせを備えることができ、１つまたは複数の種類のネットワークの任意の組み合わせを備えることができ、および／またはさまざまな種類の伝送技術およびプロトコルの任意の組み合わせを使用することができる。

コンピューティングデバイス２０２は、任意の解決策を使用して、温度データ２１８などのデータを取得または提供することができる。例えば、コンピューティングデバイス２０２は、センサ１４２、１つまたは複数のデータストア、または他の独立もしくは依存システムから、温度データ２１８を取得および／または検索することができる。いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス２０２はまた、さまざまなデータを、他のシステムに送信することができる。

排気ガス温度を制御するシステムとして本明細書で示し、説明したが、本発明の態様は、さらに、さまざまな代替実施形態を提供することが理解されよう。例えば、一実施形態において、本発明は、少なくとも１つのコンピュータ読込み可能メディアに格納されて、実行されると、コンピュータシステムがエンジンシステム１１０からもたらされる排気ガスの温度を制御することを可能にするコンピュータプログラムを提供する。ここで、コンピュータ読込み可能メディアは、本明細書で説明する処理および／または実施形態の一部またはすべてを実施する、制御器システム２０４（図３）などの、プログラムコードを備える。「コンピュータ読込み可能メディア」という用語は、現在既知であるか、または後に開発される、プログラムコードのコピーがコンピューティングデバイスによって認識される、複製される、または通信される、任意の種類の非一時的または有形表現媒体の１つまたは複数を備えることが理解されよう。例えば、コンピュータ読込み可能ストレージメディアは、１つまたは複数の携帯用ストレージ製品、コンピューティングデバイスの１つまたは複数のメモリ／ストレージコンポーネント、および紙などを備えることができる。

一実施形態において、本発明は、エンジンコンポーネント１１０の速度を調整することによって、排気ガスの温度を制御するシステムを提供する。この場合、コンピューティングデバイス２０２などのコンピュータシステムを取得する（例えば、作成する、維持する、または利用するなど）ことができ、および本明細書で説明する処理を実行するための１つまたは複数のコンポーネントを取得して（例えば、作成する、購入する、使用する、または改造するなど）、コンピュータシステムに配置することができる。ここで、配置することには、（１）プログラムコードをコンピューティングデバイスにインストールすること、（２）１つまたは複数のコンピューティングデバイスおよび／またはＩ／Ｏデバイスをコンピュータシステムに追加すること、（３）コンピュータシステムを組み込むおよび／または変更して、本明細書で説明する処理を実行することを可能にすることなどの、１つまたは複数を備えることができる。

図５を参照すると、本発明の実施形態による処理を示す、フローダイアグラムの一例を示す。図５の処理フローダイアグラムは、図２から図３と、特に、図４とともに参照され、図５の処理フローを参照して説明される動作を実行するための環境２００を図示する。

ステップＳ１では、モジュール２３２は、排気ガスの温度に関連する温度データ２１８を読み取るか、または取得することができる。ステップＳ１で取得された温度データ２１８は、例えば、ライブラリ２１６に格納することができ、エンジンシステム１１０から生じ、ターボ過給機システム１２０のタービンコンポーネント１２４にもたらされた排気ガスの温度である可能性がある。コンパレータ機能を有する１つまたは複数のモジュール２３２は、次いで、ステップＳ１で取得した排気ガスの温度と、温度データ２１８に含まれ、環境２００における、例えば、ライブラリ２１６に格納される、所望の温度および／または温度安全窓とを比較することができる。コンパレータ機能を有するモジュール２３２は、次いで、ステップＳ２で、排気ガスが、温度安全窓の範囲外（例えば、より高いか、より低いか）であるか、範囲内であるか、および／または所望の排気ガス温度に実質的に等しいか、について判断することができる。

ステップＳ２での比較で、排気ガス温度が所望の温度および／または温度安全窓より低いことが示されると、計算機能、制御機能、および報知機能を有するモジュール２３２は、ステップＳ３で、エンジンシステム１１０の速度に対するエンジン速度「設定値」を増やす。本明細書の他の部分で説明するように、「設定値」は、一般に、特定の変数の所望の、すなわち、標的値に関する。本開示の実施形態において、「設定値」は、エンジンシステム１１０の所望の速度を意味することができる。エンジンシステム１１０の速度を調整するために、制御機能および報知機能を有するモジュール２３２は、ＥＣＵ１４０に指示して、エンジン速度設定値を増加する（ステップＳ３）か、または低減する（ステップＳ７）することができる。ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０の速度に対する既存のエンジン速度設定値（例えば、約１０００ｒｐｍ）を含んでもよく、モジュール２３２は、ＥＣＵ１４０に指示して、この値を増減し、エンジンシステム１１０の速度を調整することができる。したがって、１０００ｒｐｍのエンジン速度が、利用者からＥＣＵ１４０にもたらされた場合でも、制御器１５０のモジュール２３２は、利用者が選択した動作速度をオーバーライドして、排気ガス温度を高めることを可能にする。本明細書の他の部分で説明するように、ＥＣＵ１４０は、エンジンシステム１１０と燃料供給部１３２との間に設置されるスロットル１３４を開閉することによって、エンジンシステム１１０の動作速度を調整することができる。

ステップＳ３でのエンジン速度設定値の増加に続いて、測定機能、比較機能、および判断機能を有するモジュール２３２は、ステップＳ４で、エンジンシステム１１０の動作速度が、最高速度を超えたかどうかを判断することができる。最高速度は、例えば、ライブラリ２１６に格納することができ、エンジンシステム１１０が安全に動作することが可能な動作速度の上限を定義することができる。したがって、ステップＳ４での判断により、制御器１５０が、ＥＣＵ１４０に、技術的性能を超えて、エンジンシステム１１０の動作速度を高めさせたかを判断することができる。一例として、ステップＳ４で使用される最高速度は、利用者が判断することができ、例えば、何らかのエンジンモデルに対して、約１２００ｒｐｍ（毎分回転数）としてもよい。比較モジュール２３２が、エンジンシステム１１０の速度が最高速度未満であると判断した場合、モジュール２３２は、ステップＳ５で、エンジンシステム１１０の現在の動作速度が、ＥＣＵ１４０にもたらされたエンジン速度設定値と整合するかを判断することができる。

動作速度と、最高速度および／または設定値とを比較すると、無効または制御機能を有するモジュール２３２は、エンジン速度が最高速度を超えたか、またはエンジン速度設定値に実質的に等しい動作速度に達したことに応じて、ステップＳ６でＰＩＤループを無効にするか、または一時停止にすることができる。ステップＳ６で、ＰＩＤを無効にすることは、一時的なものとも、恒久的なものともすることができる。ＰＩＤループは、ステップＳ６で、排気ガス温度が安定し、温度安全窓内であるか、または所望の温度に実質的に等しい状況で、恒久的に無効にすることができる。ステップＳ６でＰＩＤループを一時的に無効にすることにより、例えば、エンジンシステム１１０は、ＰＩＤループが再び有効になる前に、設定時間を超えて一定速度で動作することを可能にし、排気ガスの温度が、その後、高まることを可能にする状況を実現する。ＰＩＤループがステップＳ６で無効にならないか、またはＰＩＤループの一時的な無効状態が終了した場合、本開示による処理は、ステップＳ１に戻る前に、短時間、一時停止することができ、モジュール２３２は、排気ガスの他の温度を取得することができる。

ステップＳ２での比較により、排気ガス温度が、温度安全窓内である、および／または所望の温度に実質的に等しいことを示された場合、処理は、ステップＳ６に直ちに移行することができ、ＰＩＤループは、モジュール２３２により一時停止するか、または無効とすることができる。この場合、制御器システム２０４は、排気ガス温度が高すぎることも、低すぎることもないので、ＥＣＵ１４０のエンジン速度設定値を調整しない。さらに、処理は、ステップＳ１に戻り、モジュール２３２が、ステップＳ１でさらなる温度データを取得し、排気ガスの温度が時間とともに増加したかをモニタリングすることを可能にすることができる。

ステップＳ２での比較により、排気ガス温度が、温度安全窓および／または所望の温度より高いことが示された場合、計算器機能および／または制御器機能を有するモジュール２３２は、排気ガス温度が温度安全窓および／または所望の温度を超えたことに応じて、エンジン速度設定値を下げることができる。ステップＳ７は、制御器１５０がＥＣＵ１４０と通信することを含むことができ、既存のエンジン速度設定値を格納または入力してもよい。例えば、ステップＳ７での制御器１５０は、エンジンシステム１１０からの排気ガスが温度安全窓および／または所望の温度を超えない値にエンジン速度設定値を減らすことによって、エンジンシステム１１０の利用者が所望する動作速度をオーバーライドすることができる。ステップＳ７でエンジン速度設定値を減らしたことに続き、比較および判断機能を有するモジュール２３２は、ステップＳ８で、エンジン速度が最低速度未満であるかを評価することができる。ステップＳ４の最高速度と対照的に、ステップＳ８の最低速度は、エンジンシステム１１０が、排気ガス温度の低減を最小または微量にするために、著しい動作出力を犠牲にする速度である。エンジンシステムによっては、エンジンシステム１１０の最低速度は、例えば、約９００ｒｐｍ（毎分回転数）とすることができる。

モジュール２３２が、ステップＳ８で、エンジンシステム１１０の速度が最低速度を超えたと判断した場合、エンジンシステム１１０は、排気ガス温度の上昇を効率的に補償している。次いで、本処理はステップＳ１に戻って繰り返すことができ、エンジンシステム１１０の動力出力を、排気ガス温度が下がるにつれて徐々に高めることを可能にする。より多くの排気ガス温度を取得する前に、モジュール２３２によりエンジン速度が最低速度未満であると判断されると、ステップＳ６でＰＩＤループが一時停止または無効とされ、排気ガス温度が、温度安全窓および／または所望排気ガス温度をさらに超えて高まることを防ぐことができる。

本明細書で説明した実施形態の技術的効果は、エンジンシステムからターボ過給機システムのタービンコンポーネントにもたらされる排気ガス温度を制御する能力を含む。さらに、本開示の実施形態は、エンジンからもたらされた排気ガス温度が、閾値温度、温度安全窓、または、例えば、ターボ過給機システムもしくは他のコンポーネントがクリープ効果もしくは他の形の損傷にさらされる温度を定義することができる同様の数量を超えることを防ぐことができる。さらに、本開示の実施形態により、エンジンシステムの速度を上げ下げすることによって、機能特性（例えば、エンジンシステムからの排気ガス温度）を調整することができる。

本発明のさまざまな態様についての上記説明は、例示および説明のために提示した。本開示は、本発明を網羅するものでも、開示した形式に厳密に限定するものでもなく、多くの変形および変更が可能であることが明らかである。当業者に明らかであろうそのような変形および変更は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲内に含まれる。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える」および／または「備えている」という表現は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントが存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。

本明細書は最良の形態を含む本発明を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が本発明を実施することを可能にするための例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

１０ エンジンシステム
１２ 負荷コンポーネント
１４ 内燃機関
１６ 排気ガス線
２０ ターボ過給機システム
２２ 圧縮機コンポーネント
２４ タービンコンポーネント
２６ 回転可能シャフト
２８ タービンバケット
１１０ エンジンシステム
１１６ 排気線
１２０ ターボ過給機システム
１２２ 圧縮機コンポーネント
１２４ タービンコンポーネント
１２６ 回転可能シャフト
１２８ 固定ブレード
１２９ タービン・ホイール・コンポーネント
１３０ 気化器
１３２ 燃料供給部
１３４ スロットル
１４０ ＥＣＵ
１４２ センサ
１５０ 制御器
１５２ 安全窓
１５４ 排気ガス温度
１５６ エンジン速度
１５８ 信号
１６０ 性能変数
２００ 環境
２０２ コンピューティングデバイス
２０４ 制御器システム
２１６ ライブラリ
２１８ 温度データ
２２２ 処理コンポーネント
２２４ ストレージコンポーネント
２２６ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント
２２８ 通信経路
２３２ モジュール

Claims (15)

1. 排気ガスを制御するシステムであって、前記システムは、前記排気ガスの温度を判断するよう構成されるセンサ（１４２）を備え、前記排気ガスは、エンジンシステム（１１０）から、ターボ過給機システム（１２０）のタービンコンポーネント（１２４）にもたらされ、前記システムはさらに、前記排気ガスが、温度安全窓（１５２）より高いか低いかに基づいて、前記エンジンシステム（１１０）の動作速度を調整するよう構成される制御器（１５０）を備える、システム。
2. 前記制御器（１５０）が、前記エンジンシステム（１１０）の前記動作速度を下げることによって、前記排気ガスの前記温度を下げるようさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ターボ過給機システム（１２０）がさらに、前記エンジンシステム（１１０）と流体連通するターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）を備え、前記ターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）が、圧縮気流を前記エンジンシステム（１１０）にもたらし、前記ターボ過給機システム（１２０）がさらに、前記ターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）を、ターボ過給機タービンコンポーネント（１２４）に結合する回転可能シャフト（１２６）を備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記温度安全窓（１５２）が、標的排気ガス温度を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記温度安全窓（１５２）が、前記エンジンシステム（１１０）の動作特性に基づく、請求項１に記載のシステム。
6. コンピュータ読込み可能ストレージメディアに格納されるプログラム製品であって、前記プログラム製品は、実行されると、エンジンシステム（１１０）からターボ過給機システム（１２０）にもたらされる排気ガスの温度を制御するよう動作し、前記コンピュータ読込み可能ストレージメディアは、プログラムコードを備え、前記プログラムコードは、前記排気ガスの温度が温度安全窓（１５２）より高いか低いかに応じてエンジン制御ユニットのエンジン速度設定値を調整し、前記エンジン速度設定値の前記調整は、エンジンシステム（１１０）速度を調整することに対応する、プログラム製品。
7. 前記エンジン速度設定値を下げるプログラムコードをさらに備え、前記下げられたエンジン速度設定値が、前記排気ガスの前記温度を結果として下げる、請求項６に記載のプログラム製品。
8. 前記ターボ過給機システム（１２０）がさらに、前記エンジンシステム（１１０）からもたらされる前記排気ガスを受け取るよう構成されるターボ過給機タービンコンポーネント（１２４）と、前記エンジンシステム（１１０）と流体連通するターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）とを備え、前記ターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）が、圧縮気流を前記エンジンシステム（１１０）にもたらし、前記ターボ過給機システム（１２０）がさらに、前記ターボ過給機圧縮機コンポーネント（１２２）を前記ターボ過給機タービンコンポーネント（１２４）に結合する回転可能シャフト（１２６）を備える、請求項６に記載のプログラム製品。
9. 前記エンジンシステム（１１０）が、供給燃料を前記圧縮気流と反応させて、前記排気ガスを発生させるよう構成される内燃機関（１４）を備える、請求項６に記載のプログラム製品。
10. 前記調整されたエンジン速度設定値が最高速度を超えたかどうかを判断し、前記エンジンシステム速度が前記最高速度を超えたことに応じて、前記エンジン速度設定値を、前記最高速度に設定するプログラムコードをさらに備える、請求項６に記載のプログラム製品。
11. 前記調整されたエンジン速度設定値が最低速度未満であるかどうかを判断し、前記エンジンシステム速度が前記最低速度未満であることに応じて、前記エンジン速度設定値を、前記最低速度に設定するプログラムコードをさらに備える、請求項６に記載のプログラム製品。
12. 前記エンジンシステム速度の前記調整は、前記エンジンシステム（１１０）のスロットル（１３４）を開けることと、閉じることとの一方を含む、請求項６に記載のプログラム製品。
13. 前記温度安全窓（１５２）が、前記エンジンシステム（１１０）で使用される燃料の組成物に基づく、請求項６に記載のプログラム製品。
14. 前記ターボ過給機システム（１２０）内に位置する温度センサ（１４２）からの前記排気ガスの前記温度を読み取るためのプログラムコードをさらに備える、請求項６に記載のプログラム製品。
15. システムであって、エンジンシステム（１１０）と、前記エンジンシステム（１１０）と流体連通するターボ過給機システム（１２０）とを備え、前記ターボ過給機システム（１２０）が、前記エンジンシステム（１１０）から排気ガスを受け取るよう構成されるタービンコンポーネント（１２４）と、前記タービンコンポーネント（１２４）に結合される回転可能シャフト（１２６）と、前記回転可能シャフト（１２６）に結合され、圧縮気流を前記エンジンシステム（１１０）にもたらすよう構成される、圧縮機コンポーネント（１２２）と、前記エンジンシステム（１１０）から、前記ターボ過給機システム（１２０）の前記タービンコンポーネント（１２４）にもたらされる前記排気ガスの温度を判断するよう構成されるセンサ（１４２）と、前記排気ガスの前記温度が温度安全窓（１５２）を外れることに基づいて、エンジンシステム速度を調整するよう構成される制御器（１５０）とを備える、システム。