用于控制发动机系统的排气温度的系统及方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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】
[0011]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:
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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】
[0018]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。
[0019]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。
[0020]涡轮增压器系统20可从外部源(未示出)获得入口空气(空气λα)，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#K)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。
[0021]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 direct proport1n)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。
[0022]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#?)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，E⑶140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