具有激光點火和測量的發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有激光點火和測量的發(fā)動機(jī)。公開了用于提高混合動力車輛的發(fā)動機(jī)起動效率的方法和系統(tǒng)。在一種示范性的方法中，一種方法包括運行發(fā)動機(jī)汽缸中的激光點火裝置，并且響應(yīng)于激光點火裝置的操作而識別發(fā)動機(jī)位置；和用所述激光點火裝置點火汽缸中的空氣和燃料混合物。
【專利說明】具有激光點火和測量的發(fā)動機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請涉及具有激光點火和測量的發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在混合動力電動車輛(HEV)并且特別是停止-起動的車輛中，在選擇的條件期間內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(ICE)可以關(guān)閉或停用。關(guān)閉發(fā)動機(jī)可以通過避免諸如怠速狀態(tài)等某些狀態(tài)而節(jié)省燃料。當(dāng)這種情況發(fā)生時，發(fā)動機(jī)的曲軸和凸輪軸可以在發(fā)動機(jī)循環(huán)的未知位置中停止。為了重新起動發(fā)動機(jī)，可以確定發(fā)動機(jī)/活塞的位置以便可以提供順序和準(zhǔn)確的加注燃料和火花正時，以實現(xiàn)可靠的低排放起動。因此，在起動期間精確和實時地知道發(fā)動機(jī)活塞位置可以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的火花正時和燃料傳輸?shù)膮f(xié)同。
[0003]活塞或發(fā)動機(jī)位置確定的一些方法依賴于具有有限的齒和一個間隙的曲軸正時輪，以提供與曲軸測量協(xié)同的同步。一個示例在US7765980中示出，其中曲軸位置通過曲軸角度傳感器來識別。
[0004]然而，本文的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到利用這種方法的問題。例如，根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度，相對于凸輪軸位置識別曲軸位置的時間量能夠變化。確定凸輪軸和曲軸之間的相對定位(為了識別發(fā)動機(jī)和活塞位置)的這種可變性能夠?qū)е聦崿F(xiàn)和保持快速同步、可靠的燃燒和減少的排放物的能力的降低。而且，識別發(fā)動機(jī)位置的任何延遲之后能夠延遲發(fā)動機(jī)起動。當(dāng)響應(yīng)于車輛發(fā)動要求而重新起動發(fā)動機(jī)時，這種延遲于是變換成車輛響應(yīng)的延遲，降低了客戶的滿意度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一種示范性的方法中，上述一些問題可以通過以下方法來解決，該方法包括操作發(fā)動機(jī)汽缸中的激光點火裝置并且響應(yīng)于激光點火裝置的操作而識別發(fā)動機(jī)位置；和用該激光點火裝置點火汽缸中的空氣和燃料混合物。
[0006]以這種方式，例如在發(fā)動機(jī)起動期間，能夠利用激光點火系統(tǒng)來增加發(fā)動機(jī)和活塞位置識別的精確度。例如，這種方法可以更快和更準(zhǔn)確地提供關(guān)于發(fā)動機(jī)/活塞位置、速度等的信息。通過在發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)動期間(或甚至在起動轉(zhuǎn)動之前)更早地識別這種信息，能夠?qū)崿F(xiàn)與曲軸的更快的同步，產(chǎn)生較早的燃料傳輸和發(fā)動機(jī)燃燒。
[0007]在另一個示例中，識別發(fā)動機(jī)位置包括識別由活塞反射的并且由汽缸中的傳感器測量的多普勒頻移。
[0008]在另一個示例中，該方法還包括根據(jù)經(jīng)由激光點火裝置識別的多個發(fā)動機(jī)位置指示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0009]在另一個示例中，該方法包括:在從靜止的發(fā)動機(jī)起動的第一點火事件之前，操作發(fā)動機(jī)汽缸中的激光點火裝置，并且響應(yīng)于在該汽缸中感測的光而識別發(fā)動機(jī)位置；以及以根據(jù)識別的發(fā)動機(jī)位置的點火正時用該激光點火裝置點火該汽缸中的空氣和燃料混合物。[0010]在另一個示例中，該方法還包括響應(yīng)于識別的發(fā)動機(jī)位置噴射燃料以產(chǎn)生所述混合物。
[0011]在另一個示例中，燃料被直接噴射到該汽缸中。
[0012]在另一個示例中，所述方法進(jìn)一步包括響應(yīng)于多個識別的發(fā)動機(jī)位置而指示激光點火系統(tǒng)的裳退。
[0013]在另一個示例中，根據(jù)凸輪軸位置進(jìn)一步識別發(fā)動機(jī)位置。
[0014]在另一個示例中,所述發(fā)動機(jī)是自動關(guān)閉的。
[0015]在另一個實施例中,所述發(fā)動機(jī)起動是自動的發(fā)動機(jī)重新起動。
[0016]在另一個示例中，一種方法包括:響應(yīng)于怠速停止?fàn)顩r而關(guān)閉發(fā)動機(jī)；在自發(fā)動機(jī)重新起動關(guān)閉的第一燃燒事件之前，操作發(fā)動機(jī)汽缸中的激光點火裝置和響應(yīng)于在該汽缸中感測的光而識別發(fā)動機(jī)位置；以及以根據(jù)識別的發(fā)動機(jī)位置的點火正時而用激光點火裝置點火汽缸中的空氣和燃料混合物。
[0017]應(yīng)當(dāng)明白，提供上面的概述是為了以簡單的形式介紹選擇的概念，所述概念將在【具體實施方式】中進(jìn)一步描述。這并不意味著確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，要求保護(hù)的主題的范圍由所附權(quán)利要求唯一地限定。而且，要求保護(hù)的主題不限于解決上面指出的或在本公開的任意部分中指出的任何缺點的實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出示范性的混合動力車輛的示意圖。
[0019]圖2示出示范性的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意圖。
[0020]圖3示出示范性的發(fā)動機(jī)的汽缸的示意圖。
[0021]圖4示出停止在其行駛周期中的隨機(jī)位置的示范性的四汽缸發(fā)動機(jī)。
[0022]圖5示出氣門正時和相對于示范性的直接噴射發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)循環(huán)期間的發(fā)動機(jī)位置的活塞位置的示范性的曲線圖。
[0023]圖6示出氣門正時和相對于示范性的進(jìn)氣道燃料噴射發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)循環(huán)期間的發(fā)動機(jī)位置的活塞位置的示范性的曲線圖。
[0024]圖7示出用于在車輛行駛周期的發(fā)動機(jī)運行期間完成各種車載診斷程序的示范性方法。
[0025]圖8示出在示范性車輛行駛周期的運行期間用于起動或重新起動發(fā)動機(jī)的示范性方法。
[0026]圖9示出用于根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行狀態(tài)以兩種模式運行激光系統(tǒng)的示范性方法。
[0027]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的用于識別發(fā)動機(jī)衰退的示范性方法。
【具體實施方式】
[0028]提供用于提高諸如圖1所示的混合動力車輛的發(fā)動機(jī)起動效率的方法和系統(tǒng)。在一個示例中，在發(fā)動機(jī)起動順序中利用諸如圖2-4所示的連接到發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的激光點火系統(tǒng)可以更快和更早地實現(xiàn)活塞位置確定和精確度。例如，圖5-6分別示出直接噴射發(fā)動機(jī)和進(jìn)氣道燃料噴射發(fā)動機(jī)的活塞位置和氣門正時的曲線圖。對于圖4的采樣的發(fā)動機(jī)位置，這些曲線圖示出了連接到控制器的激光系統(tǒng)如何可以兩種功率模式運行。首先，低功率模式可以用來確定發(fā)動機(jī)的位置，而其次，高功率模式可以用來點火空氣/燃料混合物。圖7-10示出用于提高可以由圖1-2的發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行的發(fā)動機(jī)起動的效率的各種示范性的控制程序。
[0029]參考圖1，其示意地示出了具有混合動力推進(jìn)系統(tǒng)10的車輛。混合動力推進(jìn)系統(tǒng)10包括連接到變速器16的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)20。變速器16可以是手動變速器、自動變速器或其組合。而且，可以包括各種附加的部件，例如，液力變矩器和/或諸如主減速器單元的其他檔位等。變速器16還被示出連接到可以接觸道路表面的驅(qū)動輪14。
[0030]在這個示范性實施例中，混合動力推進(jìn)系統(tǒng)還包括能量轉(zhuǎn)換裝置18,其可以包括馬達(dá)、發(fā)電機(jī)等其他裝置及其組合。能量轉(zhuǎn)換裝置18還被示出為連接到能量儲存裝置22，其可以包括蓄電池、電容器、飛輪、壓力容器等。能量轉(zhuǎn)換裝置可以運行以吸收來自車輛運動和/或發(fā)動機(jī)的能量，并且將該吸收的能量轉(zhuǎn)換成適合于由能量儲存裝置儲存的能量形式(換句話說，提供發(fā)電機(jī)運行)。能量轉(zhuǎn)換裝置也可以運行以提供對驅(qū)動輪14和/或發(fā)動機(jī)20的輸出(功率、做功、扭矩、速度等)(換句話說，提供馬達(dá)運行)。應(yīng)當(dāng)明白，在一些實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置可以包括馬達(dá)和/或發(fā)電機(jī)以及用于在能量儲存裝置和車輛驅(qū)動輪和/或發(fā)動機(jī)之間提供合適的能量轉(zhuǎn)換的各種其他組件。
[0031]所示的發(fā)動機(jī)20、能量轉(zhuǎn)換裝置18、變速器16和驅(qū)動輪14之間的連接可以表示機(jī)械能從一個組件到另一個組件的傳輸，而能量轉(zhuǎn)換裝置18和能量儲存裝置22之間的連接可以表示諸如電能、機(jī)械能等各種能量形式的傳輸。例如，扭矩可以從發(fā)動機(jī)20傳遞以經(jīng)由變速器16驅(qū)動車輛驅(qū)動輪14。正如上面所描述的，能量儲存裝置22可以構(gòu)造成運行在發(fā)電機(jī)模式和/或馬達(dá)模式中。在發(fā)電機(jī)模式中，系統(tǒng)10可以吸收來自發(fā)動機(jī)20和/或變速器16的一些或全部輸出，這可以減少傳輸?shù)津?qū)動輪14的驅(qū)動輸出的量。而且由能量轉(zhuǎn)換裝置接收的該輸出可以用來充電能量儲存裝置22。可替換地，能量儲存裝置22可以接收來自諸如插電到主電源的外部能量源24的電荷。在馬達(dá)模式中，能量轉(zhuǎn)換裝置可以例如通過利用儲存在電池中的電能而向發(fā)動機(jī)20和/或變速器16提供機(jī)械輸出。
[0032]混合動力推進(jìn)實施例可以包括完全混合動力系統(tǒng)，其中車輛能夠只依靠發(fā)動機(jī)運行，只依靠能量轉(zhuǎn)換裝置(例如，馬達(dá))運行或依靠其組合運行。也可以采用輔助或適度的混合動力結(jié)構(gòu)，其中發(fā)動機(jī)是主要的扭矩源，其中混合動力推進(jìn)系統(tǒng)用來選擇性地傳輸增加的扭矩，例如在踩加速器踏板或其他條件期間。還有，也可以用起動機(jī)/發(fā)電機(jī)和/或智能交流系統(tǒng)。
[0033]從上面可見，應(yīng)當(dāng)理解示范性混合動力推進(jìn)系統(tǒng)能夠具有各種運行模式。例如，在第一種模式中，發(fā)動機(jī)20接通并且用作向驅(qū)動輪14提供動力的扭矩源。在這種情況下，車輛以“發(fā)動機(jī)接通”模式運行并且燃料從燃料系統(tǒng)100供給到發(fā)動機(jī)20 (圖2中詳細(xì)示出)。燃料系統(tǒng)100包括燃料蒸氣回收系統(tǒng)110，用以儲存燃料蒸氣并且減少來自混合動力車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的排放物。
[0034]在另一種模式中，推進(jìn)系統(tǒng)可以利用作為推動車輛的扭矩源的能量轉(zhuǎn)換裝置18(例如，電動馬達(dá))來運行。在制動、低速期間，在交通燈等處停止時，可以采用“發(fā)動機(jī)關(guān)閉”模式運行。在可以叫做“輔助”模式的又一種模式中，可以提供可替換的扭矩源，并且扭矩源以與由發(fā)動機(jī)20提供的扭矩協(xié)同的方式動作。正如上面所指出的，能量轉(zhuǎn)換裝置18也可以發(fā)電機(jī)模式運行，在該模式中，來自發(fā)動機(jī)20和/或變速器16的扭矩被吸收。而且，在不同的燃燒模式之間在發(fā)動機(jī)20轉(zhuǎn)換期間(例如，在火花點火模式和壓縮點火模式之間的轉(zhuǎn)換期間)，能量轉(zhuǎn)換裝置18可以用來增加或吸收扭矩。
[0035]上面參考圖1描述的各種組件可以由車輛控制系統(tǒng)41控制，該車輛控制系統(tǒng)包括控制器12，控制器12具有用于執(zhí)行調(diào)節(jié)車輛系統(tǒng)、多個傳感器42和多個執(zhí)行器44的各種程序和子程序的計算機(jī)可讀指令。
[0036]圖2示出多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)20的示范性汽缸的示意圖。發(fā)動機(jī)20可以至少部分地由包括控制器12的控制系統(tǒng)和經(jīng)由輸入裝置130來自車輛操作者132的輸入控制。在這個示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。
[0037]發(fā)動機(jī)20的燃燒汽缸30可以包括其中設(shè)置有活塞36的燃燒汽缸壁32。活塞36可以連接到曲軸40，以便將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸40可以經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)連接到車輛的至少一個驅(qū)動輪。燃燒汽缸30可以經(jīng)由進(jìn)氣道43接收來自進(jìn)氣歧管45的進(jìn)氣并且可以經(jīng)由排氣道48排出燃燒氣體。進(jìn)氣歧管45和排氣道48可以經(jīng)由各自的進(jìn)氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒汽缸30連通。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以包括兩個或兩個以上的進(jìn)氣門和/或兩個或兩個以上的排氣門。
[0038]在本示例中，進(jìn)氣門52和排氣門54可以經(jīng)由相應(yīng)的凸輪驅(qū)動系統(tǒng)51和53通過凸輪驅(qū)動被控制。凸輪驅(qū)動系統(tǒng)51和53中的每個可以包括一個或多個凸輪并且可以利用可以由控制器12操作的凸輪廓線變換(CPS)系統(tǒng)、可變凸輪正時(VCT)系統(tǒng)、可變氣門正時(VVT)系統(tǒng)和/或可變閥門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或多個，從而改變閥/氣門運行。為了能夠?qū)崿F(xiàn)凸輪位置的檢測，凸輪驅(qū)動系統(tǒng)51和53應(yīng)該具有齒輪。進(jìn)氣門52和排氣門54的位置可以分別由位置傳感器55和57來確定。在可替換的實施例中，進(jìn)氣門52和/或排氣門54可以由電動氣門驅(qū)動來控制。例如，汽缸30可以可替換地包括經(jīng)由電動氣門驅(qū)動控制的進(jìn)氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪驅(qū)動控制的排氣門。
[0039]燃料噴射器66被示出為直接連接到燃燒汽缸30，以便經(jīng)由電子驅(qū)動器68與從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例地將燃料直接噴射到燃燒汽缸中。以這種方式，燃料噴射器66提供到燃燒汽缸30中的已知的燃料的直接噴射。例如，該燃料噴射器可以安裝在燃燒汽缸的側(cè)面上或燃燒汽缸的頂部中。燃料可以經(jīng)由包括燃料箱、燃料泵和燃料導(dǎo)軌的燃料傳輸系統(tǒng)(未示出)傳輸?shù)饺剂蠂娚淦?6。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以可替換地或附加地包括設(shè)置在進(jìn)氣道43中的燃料噴射器，其構(gòu)造成提供到燃燒汽缸30上游的進(jìn)氣道中的已知的燃料的進(jìn)氣道噴射。
[0040]進(jìn)氣道43可以包括充氣運動控制閥(CMCV) 74和CMCV板72，并且還可以包括具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在這個具體的示例中，節(jié)流板64的位置可以經(jīng)由提供給電動馬達(dá)或包括節(jié)氣門62的執(zhí)行器的信號而由控制器12改變，該構(gòu)造可以叫做電子節(jié)氣門控制(ETC)0以這種方式，節(jié)氣門62可以運行以改變在其他發(fā)動機(jī)燃燒汽缸中提供給燃燒汽缸30的進(jìn)氣。進(jìn)氣道43可以包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122，以用于向控制器12提供相應(yīng)的信號MAF和MAP。
[0041]排氣傳感器126被示出為連接到催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣道48。傳感器126可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何合適的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋?傳感器、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱的EGO)、NOx、HC或CO傳感器。該排氣系統(tǒng)可以在空燃比傳感器的上游和/或下游包括起燃催化劑和車身底部催化劑、以及排氣歧管。在一個示例中，催化轉(zhuǎn)化器70可以包括多個催化劑磚。在另一個示例中，可以使用每個具有多個催化劑磚的多個排放控制裝置。在一個示例中，催化轉(zhuǎn)化器70可以是三元催化劑。
[0042]在圖2中將控制器12示出為微型計算機(jī)，包括:微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、在這個具體的示例中示為只讀存儲器芯片106的用于可執(zhí)行程序和校正值的電子存儲介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲器108、?；畲鎯ζ?KAM) 109和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可以接收來自連接到發(fā)動機(jī)20的傳感器的各種信號和信息，除了上面提到的那些信號之外，還包括:來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量；來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT);在一些示例中，可以選擇性地包括來自連接至IJ曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118 (或其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置感器的節(jié)氣門位置(TP);以及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP?；魻栃?yīng)傳感器118可以任選地包括在發(fā)動機(jī)20中，因為它以類似于在本文中所述的發(fā)動機(jī)激光系統(tǒng)的能力起作用。存儲介質(zhì)只讀存儲器106可以用表示由處理器102可執(zhí)行的指令的計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)編程，以用于執(zhí)行在下面描述的方法及其變體。
[0043]激光系統(tǒng)92包括激光輻射器/激發(fā)器88和激光控制單元(IXU) 90。IXU90使激光輻射器88產(chǎn)生激光能量。IXU90可以接收來自控制器12的操作指令。激光輻射器88包括激光振蕩部分86和光匯聚部分84。該光匯聚部分84將由激光振蕩部分86產(chǎn)生的激光光線匯聚在燃燒汽缸30的激光焦點82上。
[0044]激光系統(tǒng)92構(gòu)造成以多于一種能力運行，其中每種運行的正時均是基于四沖程燃燒循環(huán)的發(fā)動機(jī)位置的。例如，在發(fā)動機(jī)的做功沖程期間，包括發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)動、發(fā)動機(jī)暖機(jī)運行和已經(jīng)暖機(jī)的發(fā)動機(jī)運行期間，激光能量可以用來點火空氣/燃料混合物。在進(jìn)氣沖程的至少一部分期間，由燃料噴射器66噴射的燃料可以形成空氣/燃料混合物，其中以激光輻射器88產(chǎn)生的激光能量點火空氣/燃料混合物開始在其他情況下非可燃燒的空氣/燃料混合物的燃燒，并且向下驅(qū)動活塞36。
[0045]IXU90可以引導(dǎo)激光輻射器88根據(jù)工況將激光能量聚焦在不同的位置。例如，激光能量可以聚焦在汽缸30的內(nèi)部區(qū)域中遠(yuǎn)離汽缸壁32的第一位置，以便點火空氣/燃料混合物。在一個實施例中，該第一位置可以靠近做功沖程的上止點(TDC)。而且，IXU90可以引導(dǎo)激光輻射器88以產(chǎn)生指向該第一位置的第一多個激光脈沖，并且自靜止的第一燃燒可以接收來自激光輻射器88的激光能量，該激光能量大于傳輸?shù)降谝晃恢靡杂糜诤竺娴娜紵募す饽芰俊?br> [0046]控制器12控制LCU90并且具有非瞬變的計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)，該計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)包括編碼用以根據(jù)溫度，例如ECT，調(diào)節(jié)激光能量傳輸?shù)奈恢谩＜す饽芰靠梢员灰龑?dǎo)到汽缸30內(nèi)的不同位置。控制器12還可以包括用于確定發(fā)動機(jī)20的運行模式的附加的或可替換的傳感器，包括附加的溫度傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器以及檢測發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、空氣量和燃料噴射量的傳感器。附加地或可替換地，LCU90可以直接與各種傳感器通信(例如用于檢測ECT的溫度傳感器)以用于確定發(fā)動機(jī)20的運行模式。
[0047]如上所述，圖2僅示出了多汽缸發(fā)動機(jī)的一個汽缸，并且每個汽缸可以同樣包括其自己的進(jìn)氣/排氣門組、燃料噴射器、激光點火系統(tǒng)等。
[0048]圖3示出激光系統(tǒng)92如何可以在上面參考圖2所描述的汽缸30中的活塞36的方向上放射脈沖。由激光系統(tǒng)92放射的脈沖，例如圖3所示的脈沖302，可以被引導(dǎo)朝向活塞306的頂表面313。脈沖302可以從該活塞的頂表面313反射，并且返回脈沖例如脈沖304可以被激光系統(tǒng)92接收，該脈沖然后可以用來確定活塞36在汽缸30內(nèi)的位置。由激光系統(tǒng)92放射的脈沖可以具有由所述激光的不同功率模式產(chǎn)生的不同的能量。由于激光可以高功率模式操作以點火空氣/燃料混合物，或以低功率模式操作以監(jiān)控活塞的位置、速度等，因此具有多個操作模式的激光系統(tǒng)提供了不同的優(yōu)點。
[0049]圖3示出激光系統(tǒng)92的示范性操作，該激光系統(tǒng)92包括激光輻射器/激發(fā)器88、檢測系統(tǒng)94和LCU90。LCU90使激光輻射器88產(chǎn)生激光能量，該激光能量然后可以被引導(dǎo)朝向活塞36的頂表面313，如302所示。LCU90可以從控制器12接收諸如功率模式的操作指令。當(dāng)不以高功率點火空氣/燃料混合物時，激光系統(tǒng)92可以放射低功率脈沖，以精確地測量從汽缸頂部到活塞的距離。例如，在點火期間，所用的激光脈沖可以高能量密度快速地脈動，以點火空氣/燃料混合物。相反，在確定活塞位置期間，所用的激光脈沖可以低能量密度掃描頻率，以確定活塞位置。例如，用可重復(fù)的線性頻率斜升頻率調(diào)制激光可以用來確定發(fā)動機(jī)中的一個或多個活塞的位置。檢測傳感器94可以作為激光系統(tǒng)的部件設(shè)置在汽缸的頂部中，并且可以接收從活塞36的頂表面313反射的返回脈沖304。在激光放射之后，反射離開活塞的光能可以被傳感器檢測。
[0050]光脈沖的放射和由檢測器進(jìn)行的反射光的檢測之間的時間差還可以與時間閾值進(jìn)行比較，以便確定激光裝置的衰退是否已經(jīng)發(fā)生。例如，由于激光系統(tǒng)92到活塞的頂表面313的距離非常小，因此由檢測系統(tǒng)94進(jìn)行的激光脈沖的檢測可以在皮秒時間范圍內(nèi)發(fā)生。因此，比預(yù)期的最佳范圍大得多的時間閾值，例如I納秒，可以用作與測量的時間差相比較的參考值。因此，其反射的光能用大于I納秒的時間來檢測的任何放射的激光脈沖可以指示激光系統(tǒng)的衰退。在一些示例中，活塞的位置可以由頻率調(diào)制方法利用以可重復(fù)的線性頻率斜升頻率調(diào)制的激光束來確定。可替換地，相移方法可以用來確定該距離。通過觀察多普勒頻偏或通過比較在兩個不同時刻處的采樣位置，能夠推斷活塞位置、速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信息(RPM測量)。然后可以分別通過位置傳感器55和57確定進(jìn)氣門52和排氣門54的位置，以便識別發(fā)動機(jī)的實際位置。一旦確定了發(fā)動機(jī)中的每個活塞的位置和/或速度，則控制器例如控制器12可以處理該信息，以確定發(fā)動機(jī)的位置狀態(tài)或操作模式?；谟杉す獯_定的活塞位置，發(fā)動機(jī)的這種位置狀態(tài)還可以基于發(fā)動機(jī)的幾何形狀。例如，發(fā)動機(jī)的位置狀態(tài)可以取決于發(fā)動機(jī)是V型發(fā)動機(jī)還是直列式發(fā)動機(jī)。一旦有關(guān)的發(fā)動機(jī)位置信號指示發(fā)動機(jī)已經(jīng)同步，則該系統(tǒng)信息也可以用來確定曲軸角度和凸輪位置，以便得到用于發(fā)動機(jī)中的每個活塞的TDC和下止點(BDC)的信息。
[0051]例如，控制器12可以控制IXU90，并且可以包括非瞬變的計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)，該計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)包含代碼用以根據(jù)工況例如根據(jù)活塞36相對于TDC的位置而調(diào)節(jié)激光能量傳輸?shù)奈恢?。正如在下面關(guān)于圖4所描述的，激光能量可以被引導(dǎo)到汽缸30內(nèi)的不同位置?？刂破?2也可以包括用于確定發(fā)動機(jī)20的操作模式的附加的或可替代的傳感器，正如上面關(guān)于圖2所描述的，包括附加的溫度傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器以及檢測發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、空氣量和燃料噴射量的傳感器。附加地或可替換地，LCU90可以與例如霍爾效應(yīng)傳感器118的各種傳感器直接通信，以用于確定發(fā)動機(jī)20的操作模式。
[0052]在一些示例中，發(fā)動機(jī)系統(tǒng)20可以包括在開發(fā)的車輛中，以便當(dāng)滿足怠速停止條件時進(jìn)行怠速停止，并且當(dāng)滿足重新起動條件時自動重新起動。這種怠速停止系統(tǒng)可以增加燃料節(jié)省，減少排氣排放、噪聲等。在這樣的發(fā)動機(jī)中，發(fā)動機(jī)操作可以終止在行駛周期內(nèi)的任意位置。當(dāng)開始重新啟用發(fā)動機(jī)的過程后，激光系統(tǒng)可以用來確定發(fā)動機(jī)的具體位置?；谶@種估計，激光系統(tǒng)可以進(jìn)行關(guān)于哪個汽缸將首先被加注燃料以便從靜止開始發(fā)動機(jī)重新啟用過程的判斷。在構(gòu)造成進(jìn)行怠速停止運行的車輛中，其中發(fā)動機(jī)停止和重新起動在驅(qū)動操作中重復(fù)多次，可以為更多的可重復(fù)的起動提供將發(fā)動機(jī)停止在希望的位置，并且因此當(dāng)發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)減速到靜止時的關(guān)閉期間(在燃料噴射、火花點火等的停用之后)，激光系統(tǒng)可以用來測量發(fā)動機(jī)位置，使得馬達(dá)扭矩或其他阻力扭矩可以響應(yīng)于測量的活塞/發(fā)動機(jī)位置而可變地施加于發(fā)動機(jī)，以便將發(fā)動機(jī)停止位置控制在希望的停止位置。
[0053]在另一個實施例中，當(dāng)因為馬達(dá)被關(guān)斷或者因為車輛決定以電動模式操作而使得車輛關(guān)閉其發(fā)動機(jī)時，發(fā)動機(jī)的汽缸可以相對于活塞36在燃燒汽缸30中的位置以及進(jìn)氣門52和排氣門54的位置而以不受控的方式最終停止。
[0054]對于具有四個或四個以上汽缸的發(fā)動機(jī)，當(dāng)曲軸處于靜止時，總是可以存在位于排氣門關(guān)閉(EVC)和進(jìn)氣門關(guān)閉(IVC)之間的汽缸。
[0055]作為一個示例，圖4示出能夠?qū)⑷剂现苯訃娚涞饺紵业闹绷兴母装l(fā)動機(jī)的示例，其停止在行駛周期的任意位置，并且示出了激光點火系統(tǒng)如何可以提供能夠在各汽缸間進(jìn)行比較以識別潛在的衰退的測量。應(yīng)當(dāng)明白，圖4所示的示范性的發(fā)動機(jī)位置在性質(zhì)上是示范性的，并且其他的發(fā)動機(jī)位置也是可能的。
[0056]在所述附圖中413處插入的是示范性的直列式發(fā)動機(jī)汽缸體402的示意圖。在該汽缸體內(nèi)是四個獨立的汽缸，其中汽缸1-4分別用404、406、408和410標(biāo)注。汽缸的截面圖被示出為根據(jù)以415示出的示范性行駛周期中的所述汽缸的點火次序而排列。在這個示例中，發(fā)動機(jī)位置是使得汽缸404處在行駛周期的排氣沖程中的位置。排氣門412因此處在打開位置，而進(jìn)氣門414關(guān)閉。由于接下來汽缸408在所述循環(huán)中點火，所以它處在其做功沖程并且因此排氣門416和進(jìn)氣門418都處在關(guān)閉位置。汽缸408中的活塞位于靠近BDC。汽缸410處在壓縮沖程中，并且因此排氣門420和進(jìn)氣門422都處在關(guān)閉位置。在本示例中，汽缸406最后點火，并且因此其處于進(jìn)氣沖程位置。因此，在進(jìn)氣門426打開時，排氣門424關(guān)閉。
[0057]發(fā)動機(jī)中的每個獨立的汽缸可以包括與該汽缸連接的激光系統(tǒng)，如上面描述的圖2所示，其中激光系統(tǒng)92連接到汽缸30。正如在本文中所描述的，這些激光系統(tǒng)既可以用來為汽缸點火，也可以用來確定凸輪和該汽缸內(nèi)的活塞的位置。例如，圖4示出了連接到汽缸404的激光系統(tǒng)451，連接到汽缸408的激光系統(tǒng)453，連接到汽缸410的激光系統(tǒng)457，以及連接到汽缸406的激光系統(tǒng)461。
[0058]如上所述，激光系統(tǒng)可以用來測量活塞的位置。活塞在汽缸中的位置可以相對于任何合適的參考點測量，并且可以利用任何合適的比例因數(shù)。例如，汽缸的位置可以相對于汽缸的TDC位置和/或該汽缸的BDC位置來測量。例如，圖4示出了在TDC位置通過汽缸的橫截面的直線428和在BDC位置通過汽缸的橫截面的直線430。雖然在活塞位置的確定期間多個參考點和比例尺均是可行的，但是這里示出的示例是基于活塞在汽缸內(nèi)的位置的。例如，可以使用基于與燃燒室內(nèi)的已知位置相比較的測量偏移的比例尺。換句話說，相對于以428示出的TDC位置和以430示出的BDC的位置，圖4中以432示出的活塞頂表面的距離可以用來確定活塞在汽缸中的相對位置。為了簡單起見，示出了用于從激光系統(tǒng)到活塞的距離的校準(zhǔn)的采樣比例尺。基于這個比例尺，原點428表示為X (其中X=O對應(yīng)于TDC)，并且對應(yīng)于由活塞行進(jìn)的最大線性距離的距激光系統(tǒng)最遠(yuǎn)的活塞的位置430被表示為xmax (其中X=xmax對應(yīng)于BDC)。例如，在圖4中，從TDC428 (其可以取作原點)到汽缸404中的活塞的頂表面432的距離471可以與從TDC428到汽缸410中的活塞的頂表面432的距離475基本相同。距離471和475可以小于(相對于TDC428)從TDC428分別到汽缸408和406中的活塞的頂表面的距離473和477。
[0059]該活塞可以周期性地運行，并且因此它們在汽缸內(nèi)的位置可以通過相對于TDC和/或BDC的單個量度而相關(guān)。一般而言，在該圖中到達(dá)432的這個距離可以表示為ΛΧ。激光系統(tǒng)可以測量每個活塞在其汽缸內(nèi)的這個變量，并且然后利用該信息來確定是否有必要進(jìn)行進(jìn)一步的動作。例如，如果該變量在兩個或更多個汽缸中相差達(dá)閾值量，則激光系統(tǒng)可以向控制器發(fā)送信號，以指示發(fā)動機(jī)性能衰退超過可允許的閾值。在這個示例中，控制器可以將該編碼解釋為診斷信號，并且產(chǎn)生指示衰退已經(jīng)發(fā)生的消息。該變量X被理解成表示可以由所述系統(tǒng)測量的多個量度，其中的一個示例在上面已經(jīng)描述。所給出的示例是基于由激光系統(tǒng)測量的距離的，其可以用來識別活塞在其汽缸內(nèi)的位置。
[0060]圖5示出了對于具有1-3-4-2的點火次序的四汽缸發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)循環(huán)的四個沖程(進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣)內(nèi)的示例性氣門正時和相對于發(fā)動機(jī)位置(曲軸角度)的活塞位置的曲線圖500。根據(jù)用于選擇第一點火汽缸的準(zhǔn)則，發(fā)動機(jī)控制器可以構(gòu)造成識別區(qū)域，正如在本文中所描述的，在所述區(qū)域中，第一點火汽缸可以基于由通過活塞反射的激光脈沖測量的發(fā)動機(jī)位置而定位?；钊麖腡DC逐漸向下移動，在進(jìn)氣沖程的末尾達(dá)到底部的BDC0活塞然后在壓縮沖程的末尾返回到頂部的TDC?；钊缓笤谧龉_程期間再次朝著BDC向下往回移動，在排氣沖程的末尾返回到其原始頂部位置TDC。正如所描述的，該曲線圖以曲軸角度(CAD)示出沿X軸的發(fā)動機(jī)位置。
[0061]曲線502和504分別示出了在正常的發(fā)動機(jī)運行期間排氣門和進(jìn)氣門的氣門升程輪廓線。當(dāng)活塞在做功沖程的末尾觸底時排氣門恰好可以打開。當(dāng)活塞完成排氣沖程時，排氣門可以關(guān)閉，排氣門可以保持打開至少到下一個循環(huán)的隨后的進(jìn)氣沖程開始。以同樣的方式，在開始進(jìn)氣沖程時或在開始進(jìn)氣沖程之前，進(jìn)氣門可以打開，并且可以保持打開至少到開始隨后的壓縮沖程。
[0062]正如在上面參考圖2-4所描述的，發(fā)動機(jī)控制器12可以構(gòu)造成識別第一點火汽缸，在該第一點火汽缸中，在發(fā)動機(jī)從怠速停止?fàn)顩r重新啟用期間開始燃燒。例如，在圖4中，作為確定發(fā)動機(jī)的位置的手段，可以利用激光系統(tǒng)測量活塞在汽缸中的位置而確定第一點火汽缸。這個確定的發(fā)動機(jī)的位置可以用來確定第一點火汽缸的位置。圖5中所示的例子與直接噴射發(fā)動機(jī)(DI)有關(guān)，其中第一點火汽缸可以被選擇成設(shè)置在EVC之后，但是在隨后的EVO之前(一旦發(fā)動機(jī)位置被識別并且活塞位置與識別的凸輪軸同步)。作為比較，圖6示出了進(jìn)氣道燃料噴射發(fā)動機(jī)(PFI)的第一點火汽缸，其中第一點火汽缸可以被選擇成設(shè)置在IVC之前。[0063]在本文中圖5參考圖4以進(jìn)一步詳細(xì)說明了如何進(jìn)行關(guān)于當(dāng)發(fā)動機(jī)重新啟用后哪個汽缸首先點火的判斷，以及激光如何可以協(xié)同行駛周期的四個沖程內(nèi)不同功率模式的正時。對于圖4所示的示范性的結(jié)構(gòu)，發(fā)動機(jī)的位置可以在圖5所示的直線Pl處由激光系統(tǒng)檢測。在這個示例中，在P1，汽缸404處在排氣沖程中。因此，對于這個示范性的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，汽缸408處在做功沖程中，汽缸410處在壓縮沖程中，而汽缸406處在進(jìn)氣沖程中。一般而言，在發(fā)動機(jī)開始重新啟用過程之前，一個或多個激光系統(tǒng)可以點火在圖5中的510處所示的低功率脈沖，以確定發(fā)動機(jī)的位置。而且，由于在這個示例中利用了 DI發(fā)動機(jī)，因此在進(jìn)氣門打開(IVO)之后，燃料可以噴射到汽缸室中。噴射輪廓線由506-509給出。例如，在圖5中所示的示范性發(fā)動機(jī)循環(huán)期間，在圖5中506處的方塊示出了燃料何時噴射到汽缸404中，方塊507示出了燃料何時噴射到汽缸408中，方塊508示出燃料何時噴射到汽缸410中，而方塊509示出燃料何時噴射到汽缸406中。
[0064]當(dāng)汽缸已經(jīng)被識別為下一個點火汽缸時，在空氣/燃料混合物被引進(jìn)汽缸中并且關(guān)聯(lián)的活塞已經(jīng)受壓縮之后，連接到識別的下一個點火汽缸的激光可以產(chǎn)生高功率脈沖以點火該汽缸中的空氣/燃料混合物，從而發(fā)生做功沖程。例如，在圖5中，在燃料噴射506到汽缸404中之后，激光系統(tǒng)，例如激光系統(tǒng)451，產(chǎn)生512處的高功率脈沖以點火該汽缸中的燃料。同樣，在汽缸點火順序中在汽缸404的下一個的汽缸408接收來自激光系統(tǒng)例如激光系統(tǒng)453的高功率脈沖，以點火在507處噴射到汽缸408中的燃料。在汽缸408之后的下一個點火汽缸是汽缸410，其接收來自激光系統(tǒng)例如激光系統(tǒng)457的隨后的高功率脈沖，以點燃在508處噴射到汽缸408中的燃料，等等。
[0065]在圖6中，為了比較提供了類似于圖5所示的DI發(fā)動機(jī)的PFI發(fā)動機(jī)輪廓線的示范性的PFI發(fā)動機(jī)輪廓線。DI發(fā)動機(jī)和PFI發(fā)動機(jī)之間的一個區(qū)別涉及燃料是否被直接噴射到燃燒室中或者燃料是否在進(jìn)入燃燒室之前被噴射到進(jìn)氣歧管中以與空氣混合。在圖2-4中所示的DI系統(tǒng)中，在汽缸的進(jìn)氣沖程期間，燃料被直接噴射到燃燒室中并且因此與空氣混合。相反，PFI系統(tǒng)在排氣沖程期間將燃料噴射到進(jìn)氣歧管中，以便空氣和燃料在被噴射到汽缸室之前混合。由于這種區(qū)別，發(fā)動機(jī)控制器可以基于在該系統(tǒng)中存在的燃料噴射系統(tǒng)的類型而發(fā)送不同的指令組。
[0066]在圖6所示的PFI發(fā)動機(jī)輪廓線中，在時刻Pl之前，一個或多個激光系統(tǒng)可以點火低功率脈沖510，以確定發(fā)動機(jī)的位置。由于該發(fā)動機(jī)是PFI，燃料可以在IVO之前被噴射到進(jìn)氣歧管中。在時刻P1，控制器通過激光測量而識別發(fā)動機(jī)活塞位置并且識別凸輪軸位置，使得可以按計劃同步燃料傳輸?；诒粋鬏?shù)娜剂狭浚刂破骺梢栽贗VO之前識別下一個將被加注燃料的汽缸，使得能夠提供進(jìn)氣道噴射的燃料的關(guān)閉的氣門噴射。噴射輪廓線如圖6中的606-608所示。
[0067]例如，參考圖4，但是關(guān)于PFI發(fā)動機(jī)而不是DI發(fā)動機(jī)，606處的方塊示出了在發(fā)動機(jī)重新啟用之后燃料何時可以被噴射到第一點火汽缸的進(jìn)氣歧管(在圖2-3中用45大致示出)中。如圖6所示，汽缸408是能夠被加注燃料的下一個汽缸，并且因此燃料噴射606按計劃進(jìn)行，使得當(dāng)經(jīng)由激光點火脈沖618點火時，汽缸408是從靜止點火的第一個汽缸。在重新啟用后，由于汽缸410是點火順序中的下一個汽缸，因此根據(jù)該順序燃料噴射607可以在IVO之前發(fā)生。在EVO之前，高功率脈沖620可以從激光系統(tǒng)457傳輸以點燃混合物。在所述順序中的下一個點火汽缸是汽缸406，其隨后在IVO之前噴射燃料608。盡管沒有示出，但是來自激光系統(tǒng)461的高功率激光脈沖可以用來點火這個空氣/燃料混合物。燃料噴射的量可以根據(jù)自第一汽缸燃燒事件的燃燒計數(shù)而逐漸減少。
[0068]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，其示出了用于在車輛行駛周期的發(fā)動機(jī)運行期間完成各種車載診斷程序的示例性方法700。
[0069]在步驟702，車輛工況可以被估測和/或推斷。如上所述，控制系統(tǒng)12可以接收來自與車輛推進(jìn)系統(tǒng)組件關(guān)聯(lián)的一個或多個傳感器的傳感器反饋，例如，來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值、發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT)、節(jié)氣門位置(TP)等。估測的工況可以包括，例如車輛駕駛員請求的輸出或扭矩(例如，基于踏板位置)的指示、燃料箱的燃料水平、發(fā)動機(jī)燃料使用率、發(fā)動機(jī)溫度、車載能量儲存裝置的充電狀態(tài)(S0C)、包括溫度和濕度的環(huán)境狀況、發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度、氣候控制請求(例如，空氣調(diào)節(jié)或加熱請求)等。
[0070]在步驟704，基于估測的車輛工況，可以選擇車輛運行模式。例如，可以確定車輛是運行在電動模式(其中車輛利用來自車載系統(tǒng)能量儲存裝置例如蓄電池的能量而推動)、發(fā)動機(jī)模式(其中車輛利用來自發(fā)動機(jī)的能量而推動)、還是輔助模式(其中車輛利用來自蓄電池的至少一些能量和來自發(fā)動機(jī)的至少一些能量而推動)。
[0071]在步驟706，方法700包括確定是否以電動模式運行車輛。例如，如果發(fā)動機(jī)處于怠速的時間周期大于閾值，則控制器可以任選地確定車輛應(yīng)當(dāng)以電動模式運行?？商鎿Q地，如果發(fā)動機(jī)扭矩請求小于閾值，則車輛可以轉(zhuǎn)換到電動運行模式。
[0072]如果在步驟706方法700確定車輛以電動模式運行，則方法700進(jìn)行到步驟708。在步驟708，方法700包括以電動模式運行車輛，其中系統(tǒng)蓄電池用于推動車輛并且滿足駕駛員扭矩請求。在一些示例中，即便在步驟708選擇了電動模式，該例程也可以繼續(xù)監(jiān)控車輛扭矩要求和其他車輛工況，以便檢查是否將進(jìn)行發(fā)動機(jī)模式(或發(fā)動機(jī)輔助模式)的突然轉(zhuǎn)換。具體說，當(dāng)處在電動模式時，在步驟710，控制器可以確定是否請求了對發(fā)動機(jī)模式的轉(zhuǎn)換。
[0073]然而，如果在步驟706，確定車輛未以電動模式運行，則方法700進(jìn)行到步驟712。在步驟712，車輛可以發(fā)動機(jī)模式運行，其中發(fā)動機(jī)被用來推動車輛并且滿足駕駛員扭矩要求?？商鎿Q地，車輛可以輔助模式運行(未示出)，其中車輛推進(jìn)力歸因于來自蓄電池的至少一些能量和來自發(fā)動機(jī)的一些能量。
[0074]如果在步驟712請求發(fā)動機(jī)模式，或如果在步驟710發(fā)生了從電動模式到發(fā)動機(jī)模式的轉(zhuǎn)換，則步驟714示出了車輛可以起動或重新起動發(fā)動機(jī)。圖8中示出了在車輛行駛周期的運行期間用于起動或重新起動發(fā)動機(jī)的一種示范性方法800。
[0075]在步驟802，方法800包括確定是否執(zhí)行發(fā)動機(jī)冷起動。例如，當(dāng)排氣起燃催化劑低于閾值溫度(例如起燃溫度)或發(fā)動機(jī)溫度(從發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度推斷)低于閾值溫度時，響應(yīng)于發(fā)動機(jī)從靜止的起動，可以確認(rèn)發(fā)動機(jī)冷起動。在一個示例中，在行駛周期期間的第一次發(fā)動機(jī)起動可以是冷起動。也就是說，當(dāng)發(fā)動機(jī)起動以開始發(fā)動機(jī)模式的車輛運行時，從靜止到起動轉(zhuǎn)動的發(fā)動機(jī)的第一數(shù)量的燃燒事件可以處在較低的溫度并且可以構(gòu)成冷起動。作為另一個示例，車輛可以電動模式起動并且然后轉(zhuǎn)換到發(fā)動機(jī)模式。在本文中，在給定的車輛行駛周期中，在從電動模式到發(fā)動機(jī)模式的轉(zhuǎn)換期間，第一次發(fā)動機(jī)起動可以是冷起動。[0076]如果在步驟802確認(rèn)發(fā)動機(jī)冷起動，則方法800進(jìn)行到步驟808以接合發(fā)動機(jī)起動機(jī)。例如，發(fā)動機(jī)控制器可以發(fā)送信號到起動機(jī)作為開始起動活動的手段。
[0077]在步驟810，方法800包括確定發(fā)動機(jī)位置。例如，基于選擇的準(zhǔn)則，發(fā)動機(jī)控制器可以構(gòu)造成在發(fā)動機(jī)啟用期間確定發(fā)動機(jī)的位置，以便識別并定位第一點火汽缸，從而開始燃燒。例如，如上所述，每個汽缸可以連接到能夠產(chǎn)生高或低能量光學(xué)信號的激光系統(tǒng)。當(dāng)以高能量模式運行時，激光可以用作點火系統(tǒng)以點火空氣/燃料混合物。在一些示例中，高能量模式也可以用來加熱汽缸，以便減少汽缸中的摩擦。當(dāng)以低能量模式運行時，也包括能夠捕獲反射光的檢測裝置的激光系統(tǒng)可以用來確定汽缸內(nèi)的閥位置。在一些運行模式期間，例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)運行時，反射光可以產(chǎn)生其他有利的光學(xué)信號。例如，當(dāng)來自激光系統(tǒng)的光被反射離開運動的活塞時，該光將具有相對于初始放射的光的不同的頻率。這種可檢測的頻率偏移已知為多普勒效應(yīng)并且與活塞的速度具有已知的關(guān)系?；钊奈恢煤退俣瓤梢杂脕韰f(xié)同點火事件的正時和空氣/燃料混合物的噴射。位置信息還可以用來確定在起動活動期間哪個汽缸首先點火。
[0078]在步驟812，方法800包括確定凸輪軸位置。例如，進(jìn)氣門52和排氣門54的位置可由位置傳感器55和57分別確定。在一些實施例中，發(fā)動機(jī)20的每個汽缸可以包括設(shè)置在汽缸的上部區(qū)域的至少兩個進(jìn)氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0079]發(fā)動機(jī)還可以包括凸輪位置傳感器，其數(shù)據(jù)可以與激光系統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)合并，以確定發(fā)動機(jī)位置和凸輪正時。因此，在步驟814，方法800包括識別哪個汽缸在循環(huán)中首先點火。例如，發(fā)動機(jī)位置和閥位置信息可以由控制器處理，以便確定發(fā)動機(jī)處在其行駛周期中的哪個位置。一旦發(fā)動機(jī)位置被確定，則控制器在重新啟用后可以識別哪個汽缸首先點火。
[0080]在步驟816，方法800包括按計劃進(jìn)行燃料噴射。例如，控制器可以處理發(fā)動機(jī)位置和凸輪正時信息，以在行駛周期中計劃用于燃料噴射的下一個汽缸。在步驟818，方法800包括按計劃進(jìn)行燃料噴射。例如，一旦燃料噴射按計劃進(jìn)行到點火順序中的下一個汽缸，則控制器可以接著按計劃通過連接到下一個點火汽缸的激光系統(tǒng)而點火空氣/燃料混合物，以便開始發(fā)動機(jī)操作。
[0081]返回到步驟802，如果在步驟802不確認(rèn)發(fā)動機(jī)冷起動，則該程序進(jìn)行到步驟804，以確定是否存在發(fā)動機(jī)熱起動。例如，當(dāng)排氣起燃催化劑處在閾值溫度(例如起燃溫度)或高于閾值溫度時，或當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度(從發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度推斷)處在或高于閾值溫度時，響應(yīng)于從靜止的發(fā)動機(jī)起動可以確認(rèn)發(fā)動機(jī)熱起動。在一個示例中，發(fā)動機(jī)可以起動從而以發(fā)動機(jī)模式開始車輛運行，并且在車輛運行的持續(xù)時間之后，發(fā)動機(jī)可以暫時停止以進(jìn)行發(fā)動機(jī)怠速停止或以電動模式繼續(xù)車輛運行。然后，在以電動模式運行的持續(xù)時間之后，或當(dāng)滿足從怠速停止重新起動的條件時，可以重新起動發(fā)動機(jī)(例如，從靜止)從而以發(fā)動機(jī)模式重新開始車輛運行。在這些狀態(tài)期間，從靜止到起動轉(zhuǎn)動的發(fā)動機(jī)的第一多個燃燒事件可以處于更高溫度(由于在先的發(fā)動機(jī)運行)并且可以構(gòu)成熱起動。
[0082]如果在步驟804沒有基于從控制系統(tǒng)接收的信息而確認(rèn)熱起動，則方法800進(jìn)行到步驟806以繼續(xù)發(fā)動機(jī)的運行。例如，響應(yīng)于對車輛推進(jìn)系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)模式中起作用的確定，發(fā)動機(jī)運行可以在車輛行駛周期期間被繼續(xù)監(jiān)控。
[0083]圖9示出了用于基于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)20的運行狀態(tài)而以兩種功率模式運行激光系統(tǒng)92的示范性的方法900。如圖9的示范性方法所示，激光系統(tǒng)可以兩種功率模式運行。例如，連接到汽缸的激光點火系統(tǒng)可以低功率模式運行以測量活塞位置、速度等，并且可以高功率模式運行以點火噴射到燃燒室30中的空氣/燃料混合物。在所示的實施例中，控制器可以用來確定發(fā)動機(jī)處在其行駛周期中的哪個位置。在處理發(fā)動機(jī)位置信息之后，信號可以被發(fā)送到激光系統(tǒng)，以便傳送該信息。該信號在性質(zhì)上可以是電氣的或者其可以通過光學(xué)、機(jī)械或一些其他裝置發(fā)送。
[0084]在步驟901，方法900包括利用至少一個激光系統(tǒng)來監(jiān)控發(fā)動機(jī)位置。例如，在圖4中，激光系統(tǒng)451可以用來確定汽缸404中的活塞的位置。進(jìn)氣門414的位置和排氣門412的位置然后可以由凸輪傳感器確定，以便識別發(fā)動機(jī)的實際位置。
[0085]在步驟902，方法900包括確定是否將進(jìn)行激光點火。例如，激光系統(tǒng)92可以接收來自控制器的信息并且利用該信息來確定將使用哪種運行模式。
[0086]如果在步驟902，確定將進(jìn)行激光點火，則方法900進(jìn)行到步驟904，在步驟904，方法900包括在發(fā)動機(jī)的汽缸中以高功率模式脈動激光。如在上面參考圖2-4所述，發(fā)動機(jī)控制器可以構(gòu)造成識別第一點火汽缸，在該第一點火汽缸中，在從怠速停止?fàn)顟B(tài)的發(fā)動機(jī)重新啟用期間開始燃燒。例如，如果控制器12確定高功率脈沖應(yīng)該被傳輸?shù)狡资?04，則在步驟904，激光輻射器88可以產(chǎn)生高功率脈沖以點火該汽缸中的空氣/燃料混合物。在發(fā)動機(jī)重新啟用之后，激光系統(tǒng)可以用來確定活塞的位置。
[0087]但是，如果在步驟902確定不進(jìn)行激光點火，則方法900進(jìn)行到步驟906。在步驟906，方法900包括確定是否要求活塞位置。例如，如果控制器12確定不需要高能量脈沖，則在步驟906，可以任選地決定激光系統(tǒng)是否應(yīng)該產(chǎn)生低能量脈沖，從而在從冷起動狀態(tài)重新啟用之前測量例如發(fā)動機(jī)的位置。
[0088]如果在步驟906請求測量活塞位置，則方法900進(jìn)行到步驟908。例如，在步驟908,低功率脈沖可以由激光系統(tǒng)451傳輸，以確定汽缸404內(nèi)的活塞的位置。同樣，激光系統(tǒng)453、457和461也可以傳輸?shù)凸β拭}沖，以分別確定汽缸408、410和406內(nèi)的活塞的位置。
[0089]在步驟910，方法900包括確定發(fā)動機(jī)的位置信息。例如，在圖4中，發(fā)動機(jī)控制器12可以進(jìn)行一系列計算，以根據(jù)從激光器和凸輪位置傳感器接收的數(shù)據(jù)而計算發(fā)動機(jī)的位置。
[0090]在步驟912，方法900包括利用發(fā)動機(jī)位置信息來確定其他系統(tǒng)信息。例如，收集的汽缸數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步被處理以計算曲軸40的曲軸角度?？商鎿Q地，控制器可以利用發(fā)動機(jī)位置以確保發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃料傳輸是同步的。
[0091]在步驟914，方法900包括識別哪個汽缸在該循環(huán)中被首先點火。例如，在圖5的描述中，控制器利用激光系統(tǒng)來測量活塞在其汽缸內(nèi)的位置。然后，這些信息與凸輪位置傳感器檢測的進(jìn)氣門和排氣門的位置結(jié)合以確定發(fā)動機(jī)的位置。從所識別的發(fā)動機(jī)的位置，控制器能夠識別并按計劃安排在行駛周期中將被點火的下一個汽缸。
[0092]在步驟916，方法900包括判斷是否繼續(xù)以激光監(jiān)控發(fā)動機(jī)。一旦識別了下一個點火的汽缸，則控制器可以確定是否用激光系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)動機(jī)性能。如果控制器決定不利用激光系統(tǒng)來監(jiān)控發(fā)動機(jī)位置，則在步驟918，控制器可以例如任選地利用曲軸傳感器118來監(jiān)控發(fā)動機(jī)的位置。[0093]圖10是說明了如上所述使用一個或多個激光系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)動機(jī)的示例性方法1000的流程圖。例如，方法1200可以由控制系統(tǒng)41實施。該方法包括基于激光測量方法與獲得的其他系統(tǒng)信息的結(jié)合而診斷發(fā)動機(jī)的示范性動作。例如，在一個實施例中，如果發(fā)動機(jī)包括其活塞經(jīng)由曲軸連接的至少兩個汽缸，則至少一個激光系統(tǒng)可以用來測量至少一個汽缸的位置，以確定活塞在其汽缸室30內(nèi)的位置。由于活塞在其汽缸室30內(nèi)的位置可以與至少另一個活塞的位置有關(guān)，所以位置測量可以用來評估在發(fā)動機(jī)行駛周期期間該組活塞是否例如在可接受的正時容限限度內(nèi)運行。而且，來自第一汽缸中的第一激光系統(tǒng)的測量可以用來識別另一個汽缸中的基于激光的測量的衰退。還有，來自第一汽缸中的第一激光系統(tǒng)的測量可以用來識別經(jīng)由傳感器118確定的發(fā)動機(jī)曲軸位置的衰退。
[0094]在步驟1002，控制系統(tǒng)可以利用收集的系統(tǒng)信息來確定是否存在能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控的一組條件。在一個實施例中，該一組條件可以是預(yù)定義的并且儲存在例如查找表中。在另一個示例中，該一組條件可以包括發(fā)動機(jī)是否正在旋轉(zhuǎn)并且還未燃燒，并且多個汽缸中的每個均包括激光點火系統(tǒng)和IR傳感器。
[0095]如果控制器確定診斷程序是被準(zhǔn)許的，則在步驟1004，控制器可以收集來自汽缸的數(shù)據(jù)，以識別衰退是否已經(jīng)發(fā)生。如果在采樣系統(tǒng)狀況后，沒有觸發(fā)診斷程序，則該例程結(jié)束。
[0096]在步驟1006，控制系統(tǒng)比較具體的量度和來自其他發(fā)動機(jī)汽缸的數(shù)據(jù)，以便評估在行駛周期期間總的發(fā)動機(jī)性能。在一個實施例中，被比較的數(shù)據(jù)可以在由該激光系統(tǒng)引導(dǎo)時由每個激光系統(tǒng)收集，或在第二實施例中，具體的參考數(shù)據(jù)可以儲存在查找表中，以便直接與測量的數(shù)據(jù)比較。進(jìn)行診斷比較以確定發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。在一個示例中，所述例程可以比較在相同時間采樣或在相互的閾值時間內(nèi)的來自多個汽缸的多個活塞位置測量值。例如，來自第一汽缸的基于激光的測量值(Λχ?)可以與同時進(jìn)行的第二汽缸的基于激光的測量值(Λχ2)進(jìn)行比較，其中第一和第二汽缸已知為在兩個活塞之間具有規(guī)定的關(guān)系，例如如圖4或5所示。以這種方式，活塞位置可以相互比較，并且如果它們的差別大于閾值量，則如在下面所討論的，在步驟1008可以指示衰退。在另一個示例中，多個基于激光的位置測量值可以在發(fā)動機(jī)旋·轉(zhuǎn)期間從第一汽缸產(chǎn)生，并且被與從曲軸傳感器118指示的發(fā)動機(jī)位置變化相比較。如果經(jīng)由基于激光的測量的活塞位置的變化與曲軸傳感器指示的位置變化不一致，則可以再次指示衰退。在又一個示例中，三個或三個以上的基于激光的位置測量可以從發(fā)動機(jī)的三個不同的汽缸產(chǎn)生并且相互比較以識別哪個汽缸的測量值(如果存在的話)與另外兩個或更多個測量值的不一致達(dá)閾值。還有，基于激光的位置測量可以與經(jīng)由凸輪軸傳感器指示的凸輪軸位置進(jìn)行比較，以識別不一致并且因此識別潛在的衰退。
[0097]如果確定活塞的正時大于閾值限度，則步驟1008示出信號可以被發(fā)送給控制器，引導(dǎo)控制器設(shè)置指示發(fā)動機(jī)正時的衰退已經(jīng)發(fā)生的診斷代碼。
[0098]應(yīng)當(dāng)明白，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法在性質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實施例不被認(rèn)為具有限制意義，因為許多變化是可行的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機(jī)類型。而且，本發(fā)明的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0099]下面的權(quán)利要求具體指出被認(rèn)為新穎和非顯而易見的特定的組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“一種”元件或“第一”元件或其等價物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個或多個這種元件的并入，既不要求也不排除兩個或更多個這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其他組合和子組合可以通過修改本權(quán)利要求或在本申請和相關(guān)申請中提出新權(quán)利要求來主張。這些權(quán)利要求，無論比原權(quán)利要求在范圍上更寬、更窄、相同或不同，都被認(rèn)為包含在本發(fā)明的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 操作發(fā)動機(jī)汽缸中的激光點火裝置，并且響應(yīng)于該激光點火裝置的操作而識別發(fā)動機(jī)位置；和 用所述激光點火裝置點火所述汽缸中的空氣和燃料混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光點火裝置被操作以在發(fā)動機(jī)處于靜止并且在從靜止后的第一燃燒事件之前期間以及在發(fā)動機(jī)關(guān)閉期間發(fā)動機(jī)被停用之后識別發(fā)動機(jī)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述激光點火裝置以低功率操作以識別發(fā)動機(jī)位置，并且以高功率操作以點火所述空氣和燃料混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在從發(fā)動機(jī)靜止后所述汽缸中的任何燃燒之前，所述激光點火裝置以低功率操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識別發(fā)動機(jī)位置包括確定發(fā)動機(jī)活塞位置并且識別所述汽缸的汽缸沖程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括響應(yīng)于所述激光操作而確定發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，并且基于確定的發(fā)動機(jī)位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而調(diào)節(jié)燃料噴射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料噴射正時和噴射量基于識別的發(fā)動機(jī)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于第一燃料噴射的汽缸選擇基于所述發(fā)動機(jī)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中運行所述激光裝置包括: 將光脈沖放射和由檢測器進(jìn)行的反射光的檢測之間的時間差與時間閾值進(jìn)行比較，以便確定所述激光裝置的衰退是否已經(jīng)發(fā)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識別發(fā)動機(jī)位置包括用可重復(fù)的線性頻率斜升頻率調(diào)制所述激光；和 基于由所述頻率的偏移指示的距離確定活塞位置，所述頻率的偏移通過由所述活塞產(chǎn)生的感測的激光的反射而測量。
【文檔編號】F02P23/04GK103850853SQ201310610782
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】D·R·馬丁, K·J·米勒 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司