激光點火安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于激光點火系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和方法。激光裝置可以在接收到激光裝置已從汽缸被移除的指示時被禁用。移除可基于汽缸活塞與激光點火裝置之間的估計距離被推斷出。
【專利說明】激光點火安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001] 本申請涉及用于改進使用激光點火系統(tǒng)的安全性的方法和系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 交通工具上的發(fā)動機系統(tǒng)，例如混合動力電動汽車（HEV)和配置用于怠速停止操 作的交通工具，可配置激光點火系統(tǒng)。除了引發(fā)汽缸燃燒，激光點火系統(tǒng)可在發(fā)動機啟動的 過程中用于準確確定每個汽缸中的活塞的位置，使適當的汽缸被選擇用于第一燃燒事件。 因此提商發(fā)動機重新啟動的能力。
[0003] 激光點火系統(tǒng)可以定期診斷。在一個實例中，維修技術人員可取出激光裝置以便 對系統(tǒng)進行測試。然而，本發(fā)明的發(fā)明人已經認識到在此類診斷的過程中可發(fā)生潛在的損 壞。作為實例，在診斷過程中，由裝置輸出的激光脈沖可引起嚴重的眼睛安全隱患。例如， 如果經驗不足的技工不熟悉激光裝置的高峰值功率，在測試期間探查或擅自改動激光點火 裝置，激光輸出可攻擊人的眼睛，可能造成不可挽回的傷害。


【發(fā)明內容】

[0004] 在一個示例中，一些上述問題可通過激光點火安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和方法解決。方法可 包括基于裝置相對于發(fā)動機汽缸的位置來調節(jié)發(fā)動機激光點火裝置。以此方式，當發(fā)動機 點火系統(tǒng)的激光裝置從汽缸中被取出時可被禁用。
[0005] 例如，激光點火系統(tǒng)可用于在燃燒條件下發(fā)射高功率激光脈沖以點燃汽缸的空 氣-燃料混合物。在非燃燒條件下，激光點火系統(tǒng)可用于確定汽缸活塞位置，其中通過發(fā)射 高功率激光至汽缸中來確定活塞相對于激光點火裝置的位置。例如，可基于從激光脈沖被 發(fā)射到激光脈沖被檢測逝去的時間推斷出距離。除了使用活塞位置信息來選擇用于發(fā)動機 重新啟動程序的發(fā)動機汽缸，所估計的距離還可用于確定激光點火裝置是否已從汽缸中移 除。具體地，如果活塞和激光點火裝置之間的推斷距離大于閾值（其中閾值基于汽缸長度 或活塞和裝置之間的最大可能距離，例如當活塞在BDC(下止點）時），可斷定激光裝置已 經被從汽缸中移除（例如，用于測試）。因此，當被請求時，激光點火裝置被禁用使得不從 裝置發(fā)射激光脈沖。僅當確認激光點火裝置已被重新安裝到汽缸中時（例如遵循來自操作 員的重設輸入），激光點火裝置可以重新啟用。以此方式，提供用于激光點火裝置的安全聯(lián) 鎖，當在汽缸外側對激光裝置進行處理時減少發(fā)生損壞的可能性。
[0006] 應當理解上述概要被提供以簡化的形式引入在【具體實施方式】中進一步描述的精 選構思。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，其中本發(fā)明的范圍由遵 循【具體實施方式】的權利要求書唯一地限定。此外，所要求保護的主題并不限于解決以上或 在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1示出配置有激光點火系統(tǒng)的示例內燃發(fā)動機的示意圖。
[0008] 圖2示出在發(fā)動機汽缸中發(fā)射并檢測激光脈沖以確定活塞是否在激光點火裝置 的正常范圍內。
[0009] 圖3示出用于基于汽缸活塞位置禁用汽缸的激光點火裝置的方法的高級流程圖。 [0010] 圖4示出基于汽缸活塞位置調節(jié)激光點火裝置的功率輸出的示例。

【具體實施方式】
[0011] 方法和系統(tǒng)被提供用于禁用配置有激光點火系統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)（如圖1中的發(fā)動 機系統(tǒng)）中的激光點火裝置。在非燃燒條件下，可通過從激光點火系統(tǒng)發(fā)射低功率激光脈 沖至汽缸中并檢測它們從汽缸活塞的頂表面反射離開來執(zhí)行活塞位置確定，如圖2所示。 控制器可經配置執(zhí)行控制程序，例如圖3的程序，以轉變激光點火裝置在燃燒條件下的高 功率模式（對汽缸空氣/燃燒混合物進行點火）和在非燃燒條件下的低功率模式之間的操 作，從而估計汽缸活塞的位置和從活塞到激光裝置的距離?？刂破骺苫谒烙嫷奈恢霉?計來確認激光點火裝置安裝在汽缸中，并在激光點火裝置已從汽缸中被移除的條件下禁用 裝置。圖4示出在激光點火裝置從發(fā)動機汽缸移除時禁用激光點火裝置的示例。
[0012] 參照圖1，圖中示出多汽缸內燃發(fā)動機20的示例汽缸的示意圖。發(fā)動機20可至少 部分由包括控制器12的控制系統(tǒng)和交通工具操作員132在輸入設備130上的輸入進行控 制。在示例中，輸入設備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。
[0013] 發(fā)動機20的燃燒汽缸30可包括其中設有活塞36的燃燒汽缸壁32?；钊?6可聯(lián) 接于曲軸40使得活塞的往復運動轉換成曲軸的旋轉運動。曲軸40可通過中間傳動系統(tǒng)聯(lián) 接于至少一個驅動輪。燃燒汽缸30可通過進氣通道43接收來自進氣歧管45的空氣并通 過排氣通道48排出燃燒氣體。進氣歧管45和排氣通道48可以選擇性地通過各自的進氣 閥52和排氣閥54與燃燒汽缸30連通。在一些實施例中，燃燒汽缸30可包括兩個或更多 進氣門和/或兩個或更多排氣門。
[0014] 在該示例中，進氣門52和排氣門54可通過各自的凸輪致動系統(tǒng)51和53由凸輪 致動進行控制。每個凸輪致動系統(tǒng)51和53可包括一個或多個凸輪并且可利用凸輪輪廓線 變換（CPS)、可變凸輪正時（VCT)、可變氣門正時（VVT)和/或可由控制器12操作以改變氣 門操作的可變氣門升程（WL)系統(tǒng)中的一個或多個。為使得能夠檢查凸輪位置，凸輪致動 系統(tǒng)51和53應當具有齒輪。進氣門52和排氣門54的位置可分別通過位置傳感器55和 57確定。在可選實施例中，進氣門52和/或排氣門54可通過電動氣門致動進行控制。例 如，汽缸30可以可選地包括通過電動氣門致動控制的進氣門和通過包括CPS和/或VCT系 統(tǒng)的凸輪致動控制的排氣門。
[0015] 燃料噴射器66被示出為直接聯(lián)接于燃燒汽缸30以用于直接噴射燃料到其中，其 中所述燃料與通過電子驅動器68從控制器12接收的信號FPW的脈沖寬度成比例。通過這 種方式，燃料噴射器66提供俗稱直接噴射燃料到燃燒汽缸30中。例如，燃料噴射器可安裝 在燃燒汽缸所在的側或安裝在燃燒汽缸的頂部中。燃料可通過包括燃料箱、燃料泵和燃料 軌的燃料輸送系統(tǒng)（未不出）輸送至燃料噴射器66。在一些實施例中，作為另外一種選擇 或除此之外，燃燒汽缸30可包括設置在進氣通道43中的燃料噴射器的配置，所述配置提供 俗稱的進氣口噴射燃料至在燃燒汽缸30上游的進氣口。
[0016] 進氣通道43可包括進氣運動控制閥（CMVC) 74和CMCV板72并且還可包括具有節(jié) 流板64的節(jié)流閥62。在該具體示例中，節(jié)流板64的位置可由控制器12通過被提供到包括 節(jié)流閥62的電動馬達或致動器的信號進行改變，即可稱作電子節(jié)流控制（ETC)的配置。通 過這種方式，節(jié)流閥62可操作以改變被提供至除其它發(fā)動機燃燒汽缸外的燃燒汽缸30的 進入空氣。進氣通道43可包括空氣流量傳感器120和進氣壓力傳感器122,以用于提供各 信號MAF (空氣流量）和MAP (進氣壓力）至控制器12。
[0017] 排氣傳感器126被示出為聯(lián)接于在催化式排氣凈化系統(tǒng)70上游的排氣通道48。 傳感器126可以是用于提供排氣空氣/燃料比率的任何合適的傳感器，例如線性氧傳感器 或UEG0(通用或寬域的排氣氧）、二態(tài)氧傳感器或EG0(排氣氧傳感器）、HEG0 (加熱EG0)、 N0X (氮氧化物）、HC (碳化氫）或C0 (-氧化碳）傳感器。排氣系統(tǒng)可包括起燃催化劑和車 身底部催化劑，以及排氣歧管，上游和/或下游空氣/燃料比率傳感器。在一個示例中，催 化轉換器70可包括多個催化劑磚。在另一個示例中，可使用多個排放控制裝置，其中每個 帶有多個磚。在一個示例中，催化轉換器70可以是三元型催化劑。
[0018] 控制器12在圖1中被示出為微計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行程序和在該具體示例中被示出為只讀存儲器芯片106的校準值的電子存 儲介質、隨機存取存儲器108、包括存儲器109以及數據總線。
[0019] 除了前面討論的那些信號，控制器12還可接收來自傳感器的各種信號和信息，其 中所述傳感器聯(lián)接于發(fā)動機20,包括來自空氣流量傳感器120的導入空氣流量（MAF)的測 量；來自聯(lián)接于冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度（ETC);在一些示例 中，來自聯(lián)接于曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其它類型）的表面點火感測信號（PIP)可 被任選地包括在內；來自節(jié)流閥位置傳感器的節(jié)流閥位置（TP);以及來自于傳感器122的 絕對進氣壓力信號，MAP?；魻栃獋鞲衅?18可被任選地包括在發(fā)動機20中，因為其以與 本文所描述的發(fā)動機激光系統(tǒng)類似的性能運行。存儲介質只讀存儲器106可以用計算機可 讀數據進行編程，表示用于執(zhí)行下面描述的方法以及它們的變體的可由處理器102執(zhí)行的 指令。
[0020] 激光系統(tǒng)92包括激光激勵源88、激光檢測系統(tǒng)94以及激光控制單元（IXU) 90。 LCU90引起激光激勵源88產生激光能量。LCU90可接收來自控制器12的操作指令。激光 激勵源88包括激光振蕩部86和聚光部84。聚光部84將由激光振蕩部86產生的激光聚集 在燃燒汽缸30的激光焦點82上。
[0021] 激光系統(tǒng)92經配置通過基于四沖程燃燒循環(huán)的發(fā)動機位置的每個操作正時以多 于一個容量操作。例如，激光能量可被用于在發(fā)動機的作功沖程期間點燃空氣/燃料混合 物，包括在發(fā)動機啟動轉動、發(fā)動機預熱運轉、和熱發(fā)動機運轉期間。由燃料噴射器66噴射 的燃料可在至少一部分進氣沖程期間形成空氣/燃料混合物，其中利用激光激勵源88產生 的激光能量點燃空氣/燃料混合物開始燃燒否則的話不可燃的空氣/燃料混合物并驅動活 塞36向下。激光能量還可用于確定發(fā)動機位置，包括當發(fā)動機休息時（例如在怠速停止期 間）各個汽缸活塞的位置?；钊恢眯畔⒖捎糜谶x擇在發(fā)動機重啟動期間哪個發(fā)動機汽缸 開始燃燒。如下面詳細描述的，激光能量還可用于測量激光裝置與活塞之間的距離。所估 計的距離可用于推斷出激光裝置是否安裝在汽缸蓋中，或從那里移除。
[0022] IXU90可根據工況引導激光激勵源88將激光能量聚焦在汽缸的不同位置上。例 如，激光能量可聚焦在汽缸30的內部區(qū)域中遠離汽缸壁32的位置上。在一個示例中，當激 光能量被用于點燃空氣-燃料混合物時，位置包括接近作功沖程的上止點（TDC)。在另一個 示例中，當能量被用于活塞位置和激光裝置安裝確定時，位置包括汽缸活塞的頂表面。進一 步地，激光脈沖可讀取在活塞表面上的識別標記。例如，每個活塞可在頂表面包含唯一的條 形碼，其包括對應于各汽缸的識別信息。在活塞位置確定的過程中，激光脈沖可聚焦在位于 活塞36上的條形碼83上，以便確定激光點火裝置88是否安裝在汽缸中。由于每個條形碼 對于給定汽缸的活塞是唯一的，不正確的條形碼讀取可指示激光點火裝置從該特定汽缸被 移除，并且因此可采取步驟來禁用該裝置。在一個示例中，條形碼可以是活塞的永久部分， 因為紙會燃燒掉。在另一個示例中，條形碼可被包括在活塞鑄件中或者可被印在活塞頂上。 或者，形狀或數字字母字符可被印在活塞頂上，可通過光學裝置觀察到并被處理以確認正 確的激光安裝。
[0023] 圖2示出激光系統(tǒng)92的示例操作，所述激光系統(tǒng)92包括激光激勵源88、檢測系統(tǒng) 94和IXU90。IXU90使得激光激勵源88產生并發(fā)射激光能量脈沖，其被朝向活塞36的頂表 面213,具體朝向條形碼83,如202所示。LCU90可從控制器12接收操作指令，例如功率模 式。例如，在點火條件下，LCU90可以較高的功率模式操作，使得激光系統(tǒng)92頻繁地發(fā)射較 高能量強度的激光脈沖，以便點燃汽缸空氣/燃料混合物。作為另一個示例，在非燃燒條件 下，LCU90可以較低的功率模式操作，使得激光系統(tǒng)92發(fā)射較低功率的脈沖，以便精確測量 從活塞頂部到汽缸頂部的距離。在一個示例中，在較低功率的模式下，帶有重復的線性頻率 斜坡的激光脈沖的頻率調制可用于確定發(fā)動機的一個或多個活塞的位置。位于汽缸頂部的 檢測傳感器94可被配置作為激光系統(tǒng)的一部分，并且可接收從活塞36的頂表面213反射 的返回脈沖。
[0024] 控制器可基于從激光點火裝置發(fā)射激光脈沖至汽缸中到檢測器檢測到所反射的 激光脈沖（遵循從活塞反射離開）逝去的時間推斷出活塞的位置。時間-距離算法可轉換 行進一個距離所消耗的時間，以便準確地確定活塞的位置。因此，活塞與激光點火裝置之間 的距離可以在范圍216內變化，所述范圍216具有對應于最大可能距離（當活塞處于BDC 時發(fā)生）的上限218和對應于最小可能距離（當活塞處于TDC時發(fā)生）的下限217。例如， 當活塞位于TDC時，從激光點火裝置發(fā)射激光脈沖至汽缸中到檢測到從活塞反射離開之后 的激光所逝去的時間將更短，并且距離也將更短。然而，當活塞位于BDC時，逝去的時間將 更長并且對應的距離也將更長。在另一個示例中，范圍216對應于汽缸的長度。
[0025] 在一些示例中，活塞的位置和到活塞的距離可通過頻率調制方法確定，所述方法 利用帶有重復線性頻率斜坡的頻率調制激光束?；蛘?，可利用相移法確定距離。通過觀察多 普勒頻移或通過比較兩個不同時間的樣本位置，活塞位置、速度或發(fā)動機轉速信息（RPM測 量）可以被推斷出來。然后進氣門52和排氣門54的位置分別可以通過位置傳感器55和 57確定，以便識別發(fā)動機的實際位置。一旦發(fā)動機中每個活塞的位置和/或速度已被確定， 控制器，例如，控制器12,可處理信息以確定發(fā)動機的位置狀態(tài)或操作模式。此類發(fā)動機位 置狀態(tài)基于由激光確定的活塞位置，還可基于發(fā)動機的幾何形狀。例如，發(fā)動機的位置狀態(tài) 可取決于發(fā)動機是V型發(fā)動機還是直列式發(fā)動機。一旦相關的發(fā)動機位置信號指示發(fā)動機 已經被同步，系統(tǒng)信息還可用于確定曲柄角和凸輪位置，以便找到用于發(fā)動機中每個活塞 的TDC和BDC的信息。
[0026] 因此，盡管激光點火裝置安裝在汽缸中，所估計的活塞位置，和所估計的活塞與激 光點火裝置之間的距離在范圍216內。然而，如果激光點火裝置被從汽缸中移除，所估計的 活塞位置，和所估計的活塞與激光點火裝置之間的距離，可超出范圍216?？刂破骺蓪z測 反射的激光脈沖所用的時間與閾值進行比較（或將激光裝置與活塞之間的距離與閾值進 行比較），以便確定激光點火裝置是否安裝在汽缸中或從汽缸中被移除。在一個示例中，在 激光點火裝置的診斷測試期間，維修技術人員可將激光裝置從汽缸中移除。如果所估計的 距離高于閾值，其中閾值基于汽缸的長度，或基于當活塞在BDC時與活塞相距的距離，可確 定激光點火裝置已從汽缸中被移除。同樣地，如果檢測反射的激光脈沖所用的時間比當活 塞處于BDC時檢測反射的激光脈沖所用的時間長，可確定激光點火裝置已經被移除。
[0027] 在一個示例中，當激光裝置安裝在汽缸中時，由于激光系統(tǒng)92到活塞213的頂表 面的距離變小，通過檢測系統(tǒng)94檢測激光脈沖可發(fā)生在皮秒時間范圍內。相比之下，當激 光裝置在汽缸外面時，由于激光系統(tǒng)92到活塞213的頂表面的距離大于距離范圍216,通過 激光系統(tǒng)94檢測激光脈沖可發(fā)生在比預期最佳范圍大的多的時間范圍內。例如，在納秒范 圍內。在一個示例中，1納秒的值可被采用作為基準值或閾值時間，以用于比較所測量的時 間差從而識別激光是否在汽缸外面。因此，如果激光脈沖被發(fā)射并且檢測到反射脈沖的時 間大于1納秒，可以推斷出對應汽缸的激光點火裝置已經被移除。
[0028] 圖3示出用于基于推斷出的裝置相對于汽缸活塞的位置調節(jié)聯(lián)接于發(fā)動機汽缸 的激光點火裝置的操作的示例方法。具體地，方法涉及操作激光系統(tǒng)來確定激光點火裝置 是否聯(lián)接于汽缸或從汽缸被移除。裝置因此可以啟用或禁用。因此，激光點火裝置還可操 作以便在燃燒事件過程中點燃汽缸中的空氣-燃料混合物。
[0029] 在302,方法包括估計和/或推斷發(fā)動機工況。這些可包括，例如，發(fā)動機轉速、發(fā) 動機溫度、催化劑溫度、增壓水平、MAP、MAF、環(huán)境條件（溫度、壓力、濕度等等）。在304,方 法包括確定是否請求激光點火。例如，如果發(fā)動機燃燒條件存在，可確定請求激光點火。在 304,如果確定將要執(zhí)行激光點火，則在305,確認激光裝置正確地安裝在汽缸中。在一個示 例中，可基于激光裝置正確地讀取活塞上的條形碼來確認正確的安裝。例如，激光裝置可掃 描穿過指定的條形碼區(qū)域。由于交替的深色和淺色區(qū)域按照與條形寬度相關的順序進行反 射，光檢測器能夠識別反射光的順序并提供安裝驗證。如果每個汽缸設有不同的條形碼，則 汽缸讀取也可被識別。通過這種方式，如果激光被重新安裝在錯誤的汽缸中，控制系統(tǒng)可提 供錯誤代碼或消息來說明激光在錯誤的汽缸中。如果系統(tǒng)使用CCD照相機，字母數字字符 可以被從活塞頂部讀出并按照與條形碼類似的方式進行處理。
[0030] 如果未確認正確的安裝，程序結束。只有當確認正確的激光裝置安裝時，在306,激 光點火裝置可在較高功率模式下操作，并且從激光點火裝置發(fā)射高功率脈沖至發(fā)動機的汽 缸中。高功率激光脈沖可用于點燃汽缸空氣-燃料混合物并由此引發(fā)汽缸燃燒。
[0031] 如果未在304確認激光點火條件，則在308,激光點火裝置可在較低功率模式下操 作，并且從裝置向汽缸內部發(fā)射低功率脈沖。例如，在非燃燒條件下，激光點火裝置可在較 低功率模式下操作，同時發(fā)動機關閉或停用（例如，置于怠速停止）。較低功率模式可用于 確定活塞在汽缸中的位置。例如，在從休息開始進行第一燃燒事件之前，激光點火裝置可在 較低功率下操作，以便估計激光點火裝置與汽缸的活塞之間的距離。低功率激光脈沖可以 被朝向汽缸內部發(fā)射。發(fā)射的激光脈沖然后從活塞頂表面反射離開并且通過激光檢測裝置 檢測反射的激光脈沖。測量從發(fā)射激光脈沖到檢測到激光脈沖逝去的時間。然后將時間值 轉換為距離值，以便確定激光點火裝置與汽缸的活塞之間的距離，并因此推斷出活塞在汽 缸中的位置。通過確定活塞在汽缸中的位置，可確定包括汽缸沖程的發(fā)動機位置。控制器 可利用在非燃燒條件下收集到的發(fā)動機位置和活塞位置數據，來選擇用于在后續(xù)發(fā)動機啟 動期間的第一燃燒事件的汽缸。例如，活塞位置和發(fā)動機位置可用于識別第一點火汽缸，所 述第一點火汽缸從怠速停止條件時在發(fā)動機重新啟動的過程中開始燃燒。
[0032] 在310,激光點火裝置還可讀取位于活塞頂表面的條形碼。例如，低功率脈沖可反 射離開并讀取條形碼83 (如圖2所示）。因此，由于用于每個活塞的條形碼對于對應的汽缸 是唯一的，通過讀取條形碼，可確定特定活塞的位置，在汽缸的激光點火裝置已經被移除的 事件中，條形碼數據可用于識別已經被移除激光點火裝置的汽缸。
[0033] 為讀取條形碼，激光裝置可掃描穿過指定的條形碼區(qū)域。由于交替的深色和淺色 區(qū)域按照與條形寬度相關的順序進行反射，光檢測器能夠識別反射光的順序并提供安裝驗 證。如果每個汽缸設有不同的條形碼，則汽缸讀取也可被識別。通過這種方式，如果激光被 重新安裝在錯誤的汽缸中，控制系統(tǒng)可提供錯誤代碼或消息來說明激光在錯誤的汽缸中。 如果系統(tǒng)使用CCD照相機，字母數字字符可以被從活塞頂部讀出并按照與條形碼類似的方 式進行處理。
[0034] 本發(fā)明的 申請人:已經認識到，除了提供與氣缸活塞位置相關的信息，所估計的激 光點火裝置與活塞之間的距離還可用于推斷出激光點火裝置是否已經從汽缸被移除（或 從汽缸蓋分離）。具體地，當激光點火裝置安裝在汽缸時，活塞位置可位于由上限和下限限 定的范圍之內的任何位置。如在圖2中討論的，范圍的上限對應于當活塞處于BDC并且活 塞表面與激光裝置之間的距離最大時的位置，而范圍的下限對應于當活塞處于TDC并且活 塞表面與激光裝置之間的距離最小時的位置。相比之下，如果激光點火裝置從汽缸被移除， 距離可超出預期范圍。作為可選示例，當激光點火裝置安裝在汽缸中時，推斷出的活塞位置 可以在激光點火裝置的閾值距離之內，其中閾值基于當活塞處于BDC時激光裝置與活塞之 間的距離和當活塞處于TDC時的該距離。相比之下，如果激光點火裝置從汽缸被移除，推斷 出的活塞位置可大于閾值距離。
[0035] 仍然進一步地，由于推斷出的活塞位置基于從激光點火裝置發(fā)射激光脈沖到發(fā)動 機汽缸中到檢測到從活塞頂表面反射離開之后的激光脈沖（借助激光點火系統(tǒng)的檢測器） 所逝去的時間，當激光點火裝置安裝在汽缸中時，檢測激光脈沖所用的時間可以在閾值持 續(xù)時間之內，其中閾值持續(xù)時間基于當活塞處于BDC時逝去的時間和當活塞處于TDC時逝 去的時間。相比之下，如果激光點火裝置從汽缸被移除，檢測激光脈沖所用的時間可大于閾 值持續(xù)時間。
[0036] 在312,確定從激光點火裝置到活塞的距離是否在正常或預期范圍之內并確定條 形碼是否正確?；蛘?，可確定該距離是否在閾值距離之內，其中閾值距離基于汽缸的長度。 如果距離在預期范圍之內（例如，在閾值距離之內），在314,可推斷出激光點火裝置安裝在 汽缸中（即，裝置未移除）。響應于激光點火裝置在汽缸中的確定，控制器可維持激光裝置 在低功率模式中，以便持續(xù)發(fā)射較低功率的脈沖，用于估計活塞在汽缸中的位置。在316,可 基于推斷出的活塞位置確定發(fā)動機位置。例如，可確定汽缸沖程?？刂破骺衫迷摂祿?選擇當隨后確認激光點火條件時將開始進行第一燃燒事件的發(fā)動機汽缸。因此，當確認點 火條件時，激光點火裝置切換成較高功率模式，如前面在306討論的。
[0037] 在318,如果所估計的活塞距離超出預期范圍，或大于閾值距離，則推斷出激光點 火裝置已從汽缸被移除。例如，激光點火裝置已經被維修技術人員在測試激光裝置的診斷 程序期間移除。由于推斷出的裝置位置在汽缸外面，在316,程序包括禁用激光點火裝置的 操作。例如，由激光點火裝置發(fā)射的激光脈沖的功率輸出可大幅降低。作為另一個示例，禁 用包括當接收到用于激光操作的請求時不從激光點火裝置發(fā)射激光脈沖?？衫糜布? 或軟件調節(jié)來執(zhí)行禁用。硬件調節(jié)包括，例如，操作開關（例如，斷路器）以中斷電流到激 光點火裝置，因而禁用激光裝置。軟件調節(jié)可包括，例如，操作存儲在控制器的存儲器中的 代碼，（暫時）導致當響應操作員請求激光脈沖發(fā)射時不發(fā)射激光脈沖。
[0038] 因此，激光點火裝置維持在禁用模式下，直到接收到裝置安裝在汽缸中的指示，此 時激光點火裝置可以重新啟用。具體地，在322可確定是否已經接收到來自操作員的重設 輸入。在一個示例中，在完成激光點火裝置診斷和激光裝置重新安裝在汽缸中之后，維修技 術人員可按住重設按鈕，因此提供重設輸入。如果未確認重設輸入，在324,方法包括維持禁 用激光點火裝置。在這里，可以繼續(xù)推斷出激光裝置已從汽缸被移除并且激光裝置可以繼 續(xù)保持禁用以便降低損壞的可能性。
[0039] 如果確認重設輸入，則在326,可重新啟用激光裝置并且可發(fā)射短的低功率脈沖。 短的低功率脈沖可以被發(fā)射以確認激光點火裝置已經重新安裝在汽缸中。另外，可檢測較 低功率的脈沖，并且基于檢測脈沖所用的時間，可以推斷出激光裝置到活塞的距離，如前面 在312討論的。在328,在重設輸入之后，可確定活塞與汽缸的激光點火裝置之間的距離是 否在預期范圍之內（例如，在閾值距離之內）。如果不在，在330,可確定激光點火裝置仍然 沒有安裝在汽缸中并且再次禁用激光裝置。然后方法可返回到322,在隨后的重設輸入之后 重新估計位置。如果距離在閾值距離之內，則在324,可推斷出激光點火裝置已經重新安裝 在汽缸中，并且因此，激光裝置可以被重新啟用（以便啟用汽缸燃燒點火或汽缸活塞位置 確定）。
[0040] 在可選示例中，代替等待隨后的重設輸入，從第一重設輸入開始，激光點火裝置可 以被暫時重新啟用為預定持續(xù)時間的低功率輸出，并且一旦確定到活塞的距離在閾值距離 之內，激光裝置可以被啟用。仍然進一步地，在一些實施例中，在移除事件之后的任何汽缸 的激光的高功率重新啟用之前，可要求所有的汽缸在閾值范圍之內。
[0041] 通過這種方式，圖3的方法在裝置推斷出的位置在汽缸中時啟用激光點火裝置的 操作，并在推斷出的位置在汽缸外面時禁用裝置的操作。通過基于推斷出的裝置相對于氣 缸活塞的位置調節(jié)裝置的操作或功率輸出，可減少當激光在汽缸外面時由于激光處理不當 造成的潛在損壞和事故的發(fā)生。
[0042] 現在轉到圖4,圖400示出禁用聯(lián)接于發(fā)動機汽缸的激光點火裝置以響應裝置從 汽缸中被移除的指示的示例。圖400在曲線402示出發(fā)動機操作（打開或關閉），在曲線 404示出激光點火裝置的激光功率水平，并在曲線406示出所估計的激光點火裝置與活塞 之間的距離。因此，所有曲線示出給定發(fā)動機汽缸的條件。
[0043] 在tl之前，發(fā)動機可以運行并燃燒。由于滿足燃燒條件，在tl之前，激光點火裝置 可在較高功率水平下操作，以便提供充足的激光能量來點燃汽缸中的空氣-燃料混合物。 因此，在燃燒條件下，不測量活塞位置。然而，如果測量活塞位置，活塞位置將持續(xù)在一個范 圍內切換，所述范圍在活塞處于BDC時的第一位置和活塞處于TDC時的第二位置之間（如 虛線段407所示）。應當理解，盡管虛線段被示出為整流正弦波的形狀，但在可選示例中，其 可由正弦波表示。在tl，發(fā)動機可以關閉。例如，可確認發(fā)動機怠速停止條件并且可停用火 花。
[0044] 在tl之后的非燃燒條件下，激光點火裝置可在較低功率水平下操作，以便提供足 夠的激光能量來確定活塞在發(fā)動機中的位置并估計從活塞到激光點火裝置的距離。因此， 在tl和t2之間，所估計的距離可保持在一個范圍（或閾值距離）之內，所述范圍（或閾值 距離）基于當活塞處于BDC和TDC時估計的距離（參見虛線示出的上限和下限）。
[0045] 在t2,維修技術人員可從給定汽缸中移除激光點火裝置以便對其進行測試并診 斷。因此，在t2,所估計的激光點火裝置與汽缸活塞之間的距離可超出范圍并大于閾值。響 應于距離大于閾值，發(fā)動機控制器可推斷出激光點火裝置的移除并禁用裝置。即，裝置可以 被禁用，使得即便接收到激光脈沖生成請求，也不發(fā)射激光脈沖。
[0046] 在t3,維修技術人員可將激光點火裝置放回汽缸中并按下重設按鈕。響應于來自 操作員的重設輸入，激光點火裝置可暫時在低功率模式下操作并伴有快速和短小的激光脈 沖發(fā)射，以便確認激光點火裝置安裝在汽缸中。在t3和t4之間，短激光脈沖可以被發(fā)射并 當從汽缸活塞的頂表面反射離開時，可以被檢測?；钊c激光點火裝置之間的距離可以被 檢測并被確定在范圍之內并小于閾值。響應于所估計的距離在范圍之內，在t4,可推斷出激 光點火裝置已經安裝到汽缸中，并且激光點火裝置已經被重新啟用到較低功率模式。
[0047] 在t4之后的非燃燒條件下，激光點火裝置可在較低功率水平下操作，以便提供足 夠的激光能量來確定活塞在汽缸中的位置。在t5,可以啟動汽缸燃燒，以響應可以確認發(fā) 動機重新啟動條件。因此，在t5,激光點火裝置可返回到較高功率模式。另外，隨著活塞在 BDC和TDC之間移動，活塞位置可在范圍內不斷切換（如虛線段408所示）。
[0048] 通過這種方式，當激光裝置從發(fā)動機中被移除時，激光點火系統(tǒng)的激光點火裝置 可以禁用。通過基于所測量的發(fā)動機汽缸活塞與激光點火裝置之間的距離，那些已經用于 對發(fā)動機位置確定的激光點火系統(tǒng)的光學系統(tǒng)可以有利地使用以指示移除。通過禁用激光 裝置，使得即使接收到發(fā)射激光脈沖的命令也不發(fā)射激光脈沖，可以減少由于對在汽缸外 面的高功率激光裝置的不當處理導致的潛在損壞和事故。僅當裝置重新安裝在汽缸中時， 可重新啟用激光裝置。通過這種方式，可利用現存的激光點火系統(tǒng)部件提供安全聯(lián)鎖機制。 [0049] 應當注意，本文包括的示例控制和估計程序可以與各種發(fā)動機和/或交通工具系 統(tǒng)配置一起使用。本文所描述的具體程序可表示任何數量的處理策略例如事件驅動、中斷 驅動、多任務、多線程等等中的一個或多個。因此，所說明的各種動作、操作和/或功能可按 照說明的順序執(zhí)行，并行執(zhí)行，或在一些情況下省略。同樣地，同樣地，處理的順序不是必需 實現本文所描述的示例實施例的特征和優(yōu)點，但被提供為便于說明和描述。所說明的動作， 操作和/或功能中的一個或多個可以依賴于所使用的具體策略，重復執(zhí)行。此外，所描述的 動作，操作和/或功能可以以圖形方式表示的代碼被編入在發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可 讀存儲介質的非臨時性存儲器。
[0050] 應當理解，本文所公開的配置和例程是示例性的，且這些具體實施例不以限制性 的意義考慮，因為許多變化是可能的。例如，上述技術可以應用于￥-6，1-4，1-6，￥-12，對置 4,及其他發(fā)動機類型。本公開的主題內容包括本文所公開的各種系統(tǒng)和配置，及其他特征， 功能，和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0051] 下面的權利要求特別指出某些組合和被視為新穎的和非顯而易見的子組合。這些 權利要求可指"一個"要素或"第一"要素或其等價物。這些權利要求應被理解為包括一個 或多個這樣的要素。所公開的特征，功能，元件和/或性質的其它組合和子組合可以通過本 權利要求書的權利修訂或通過呈現在本專利申請或相關申請中均的新權利要求進行保護。 這樣的權利要求，無論是更廣泛、更狹隘、等同或不同于原始權利要求的范圍，均被視為包 括在本公開的主題的范圍內。
【權利要求】
1. 一種發(fā)動機方法，包括： 基于激光點火裝置相對于發(fā)動機汽缸的活塞的推斷位置，調節(jié)聯(lián)接于所述汽缸的所述 裝置的操作。
2. 如權利要求1所述的方法，其中調節(jié)所述操作包括當所述裝置的所述推斷位置在所 述汽缸中時啟用所述裝置的操作并當所述推斷位置在所述汽缸外時禁用所述裝置的操作。
3. 如權利要求1所述的方法，其中調節(jié)所述操作包括調節(jié)由所述激光點火裝置發(fā)射的 激光脈沖的功率輸出。
4. 如權利要求3所述的方法，其中所述調節(jié)包括響應于指示所述裝置從所述汽缸被移 除的所述推斷位置，減小所述激光脈沖的所述功率輸出。
5. 如權利要求4所述的方法，其中所述推斷位置基于從所述激光點火裝置發(fā)射激光脈 沖至所述發(fā)動機汽缸中和反射離開所述活塞之后的所述激光脈沖的檢測逝去的時間。
6. 如權利要求5所述的方法，其中所述推斷位置基于相對于閾值逝去的時間，所述閾 值基于所述活塞處于下止點位置。
7. -種發(fā)動機方法，包括： 操作汽缸激光點火裝置以估計所述激光點火裝置與所述汽缸的活塞之間的距離；以及 響應于所述估計距離大于閾值距離禁用所述激光點火裝置。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述閾值距離基于所述汽缸的長度。
9. 如權利要求8所述的方法，其中禁用所述激光點火裝置包括禁用所述裝置的激光發(fā) 射器。
10. 如權利要求9所述的方法，其中操作所述激光點火裝置以估計所述距離包括在較 低功率下操作所述激光點火裝置，當操作所述激光點火裝置對汽缸空氣-燃料混合物進行 點火時，在較高功率下操作所述激光點火裝置。
11. 如權利要求10所述的方法，其中所述操作包括在從休息時進行的第一燃燒事件之 前操作。
12. 如權利要求7所述的方法，其中估計距離的所述操作包括， 從所述裝置向所述汽缸內部發(fā)射低功率激光脈沖，所述發(fā)射的激光脈沖反射離開所述 活塞； 檢測所述反射的激光脈沖；以及 基于所述發(fā)射到所述檢測所逝去的時間估計所述距離。
13. 如權利要求12所述的方法，其中所述閾值基于當所述活塞處于下止點時逝去的時 間。
14. 如權利要求13所述的方法，還包括，響應于所述估計的距離大于所述閾值指示所 述激光點火裝置從所述汽缸被移除。
15. 如權利要求14所述的方法，其中所述活塞的頂表面包括條形碼，所述方法還包括， 讀取所述條形碼以識別被移除所述激光點火裝置的所述汽缸。
16. -種用于發(fā)動機的方法，包括： 響應于從發(fā)動機汽缸移除激光點火裝置的指示，禁用聯(lián)接于所述發(fā)動機汽缸的所述激 光點火裝置。
17. 如權利要求16所述的方法，其中所述指示包括所述汽缸的活塞與所述激光點火裝 置之間的測量距離大于閾值。
18. 如權利要求16所述的方法，其中禁用所述激光點火裝置包括，當接收發(fā)射激光脈 沖的命令時不發(fā)射激光脈沖。
19. 如權利要求16所述的方法，其中禁用所述激光點火裝置包括通過硬件和/或軟件 調節(jié)而禁用。
20. 如權利要求16所述的方法，還包括維持所述激光點火裝置禁用直到接收所述裝置 被安裝到所述汽缸中的指示，并且之后重新啟用所述激光點火裝置。
【文檔編號】F02P23/04GK104121133SQ201410165344
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權日:2013年4月25日
【發(fā)明者】D·R·馬丁, K·J·米勒 申請人:福特環(huán)球技術公司