具有激光點火和測量的發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本申請涉及具有激光點火和測量的發(fā)動機。公開了用于提高混合動力車輛的發(fā)動機起動效率的方法和系統(tǒng)。在一種示范性的方法中，一種方法包括操作發(fā)動機汽缸中的激光點火裝置，并且響應(yīng)于此而識別發(fā)動機位置；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
【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。
【背景技術(shù)】
[0002]在混合動力電動車輛(HEV)和停止-起動的車輛中，在選擇的狀況期間內(nèi)燃發(fā)動機(ICE)可以關(guān)閉或停用。關(guān)閉發(fā)動機可以通過避免諸如怠速狀況等某些狀況而節(jié)省燃料。當(dāng)這種情況發(fā)生時，發(fā)動機的曲軸和凸輪軸可以在發(fā)動機循環(huán)的未知位置中停止。為了重新起動發(fā)動機，可以確定凸輪/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)動機活塞位置和凸輪位置可以實現(xiàn)發(fā)動機的火花正時和燃料傳輸?shù)膮f(xié)同。
[0003]活塞或發(fā)動機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。由于曲軸位置信息通常利用具有缺少齒的齒輪來產(chǎn)生，發(fā)動機控制模塊可以確定對每個汽缸的相對的發(fā)動機位置。曲軸在每個發(fā)動機循環(huán)中旋轉(zhuǎn)兩次，以便與汽缸身份(CID)相結(jié)合地獨特識別用于曲軸的發(fā)動機位置信息。因此當(dāng)重新起動發(fā)動機時，在開始順序地燃料噴射之前，發(fā)動機控制模塊通常等待發(fā)動機位置的確定，這引起重新啟用處理的時間延遲。一個示例由US7765980示出，其中發(fā)動機位置通過曲軸角度傳感器來識別。
[0004]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)動機位置的任何延遲也能夠延遲發(fā)動機起動。當(dāng)響應(yīng)于車輛發(fā)動要求而重新起動發(fā)動機時，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)動機汽缸中的激光點火裝置并且基于激光感測的發(fā)動機位置使燃料傳輸同步；和用該激光點火裝置點火汽缸中的空氣和燃料混合物。以這種方式，例如在發(fā)動機起動期間，能夠利用激光點火系統(tǒng)來增加發(fā)動機位置識別(通過凸輪和活塞位置測量)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/活塞位置、速度等的信息。通過在發(fā)動機起動轉(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)動機燃燒。本發(fā)明上述方面的優(yōu)點是更快的平均發(fā)動機起動時間以及提高的客戶滿意度、提高的燃料經(jīng)濟性和減少的排放物。
[0006]在另一個示例中，使燃料傳輸同步包括根據(jù)激光操作獨特地識別發(fā)動機位置。
[0007]在另一個示例中，獨特地識別發(fā)動機位置包括確定發(fā)動機活塞位置和汽缸閥位置以識別發(fā)動機的汽缸沖程。[0008]在另一個示例中，用于第一燃料噴射的汽缸選擇是基于該發(fā)動機位置的。
[0009]在另一個示例中，獨特地識別發(fā)動機位置包括在低功率模式中由激光進(jìn)行的至少一次脈沖測量；和用可重復(fù)的線性頻率斜升頻率調(diào)制所述激光；并且基于頻率的偏移表示的距離而確定活塞位置，所述頻率的偏移由感測的活塞對激光的反射而測量；以及基于汽缸中的光確定閥位置。
[0010]在另一個示例中，獨特地識別發(fā)動機位置包括識別由活塞反射的并且由連接到汽缸的傳感器測量的多普勒頻移。
[0011]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)動機位置指示發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
[0012]在另一個示例中，該方法包括:通過操作連接到發(fā)動機汽缸的激光點火裝置使從靜止的發(fā)動機起動的第一點火事件同步，以響應(yīng)于在該汽缸中感測的光而識別發(fā)動機位置；以及以根據(jù)識別的發(fā)動機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。
[0013]在另一個示例中，該方法還包括響應(yīng)于識別的發(fā)動機位置噴射燃料以產(chǎn)生混合物。
[0014]在另一個示例中，燃料被直接噴射到該汽缸中。
[0015]在另一個示例中，燃料在進(jìn)入發(fā)動機汽缸之前被噴射到進(jìn)氣歧管中以產(chǎn)生所述混合物。
[0016]在另一個示例中，根據(jù)凸輪軸和曲軸位置進(jìn)一步識別發(fā)動機位置。
[0017]在另一個示例中，該方法包括響應(yīng)于怠速停止?fàn)顩r而關(guān)閉發(fā)動機；通過操作發(fā)動機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)動機位置，使自發(fā)動機重新起動關(guān)閉的第一燃燒事件同步；以及以用激光點火裝置點火汽缸中的空氣和燃料混合物，而且點火正時基于識別的發(fā)動機位置。
[0018]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】
[0019]圖1示出示范性的混合動力車輛的示意圖。
[0020]圖2示出示范性的內(nèi)燃發(fā)動機的示意圖。
[0021]圖3a和3b示出示范性的發(fā)動機的汽缸的示意圖。
[0022]圖4示出停止在其行駛周期中的隨機位置的示范性的四汽缸發(fā)動機。
[0023]圖5示出在示范性的發(fā)動機循環(huán)期間激光系統(tǒng)的兩種操作模式和利用激光系統(tǒng)獨特地識別發(fā)動機位置的示范性的數(shù)據(jù)。
[0024]圖6示出氣門正時和相對于示范性的直接噴射發(fā)動機的發(fā)動機循環(huán)期間的發(fā)動機位置的活塞位置的示范性的曲線圖。
[0025]圖7示出氣門正時和相對于示范性的進(jìn)氣道燃料噴射發(fā)動機的發(fā)動機循環(huán)期間的發(fā)動機位置的活塞位置的示范性的曲線圖。[0026]圖8示出用于在車輛行駛周期的發(fā)動機操作期間完成各種車載診斷程序的示范性方法。
[0027]圖9示出在示范性車輛行駛周期的操作期間用于起動或重新起動發(fā)動機的示范性方法。
[0028]圖10示出用于根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動機的操作狀態(tài)以兩種模式操作激光系統(tǒng)的示范性方法。
[0029]圖11示出用于根據(jù)激光的兩種檢測模式同步燃料傳輸?shù)氖痉缎苑椒ā?br> [0030]圖12示出根據(jù)本發(fā)明的用于識別發(fā)動機衰退的示范性方法。
【具體實施方式】
[0031]提供用于提高諸如圖1所示的混合動力車輛的發(fā)動機起動效率的方法和系統(tǒng)。在一個示例中，在發(fā)動機起動順序中利用諸如圖2-4所示的連接到發(fā)動機系統(tǒng)的激光點火系統(tǒng)可以更快和更早地實現(xiàn)凸輪和活塞位置確定和精確度。例如，為了提高凸輪正時感測信息的數(shù)據(jù)速率，當(dāng)優(yōu)化燃料傳輸時，反饋控制調(diào)節(jié)可以基于在發(fā)動機汽缸內(nèi)的激光脈沖，作為確定凸輪和活塞位置的手段。于是，根據(jù)相對于曲軸位置的凸輪位置的反饋，控制器將氣門正時保持在期望值。圖5示出在示范性的發(fā)動機循環(huán)期間激光系統(tǒng)的兩種檢測模式和用于利用該激光系統(tǒng)獨特地識別該發(fā)動機位置的示范性的數(shù)據(jù)。圖6-7分別示出直接噴射發(fā)動機和進(jìn)氣道燃料噴射發(fā)動機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)如何可以在發(fā)動機行駛周期期間以兩種功率模式操作。例如，低功率模式可以用來確定發(fā)動機的位置，而高功率模式可以用來點火空氣/燃料混合物。該系統(tǒng)根據(jù)圖8-12中所示的各種程序由控制器控制。這些附圖示出用于提高可以由圖1-2的發(fā)動機的控制系統(tǒng)進(jìn)行的發(fā)動機起動的效率的各種示范性的控制程序。
[0032]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?；旌蟿恿ν七M(jìn)系統(tǒng)10包括連接到變速器16的內(nèi)燃發(fā)動機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。
[0033]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)換裝置可以操作以吸收來自車輛運動和/或發(fā)動機的能量，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)電機操作)。能量轉(zhuǎn)換裝置也可以操作以提供對驅(qū)動輪14和/或發(fā)動機20的輸出(功率、做功、扭矩、速度等)(換句話說，提供馬達(dá)操作)。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)電機以及用于在能量儲存裝置和車輛驅(qū)動輪和/或發(fā)動機之間提供合適的能量轉(zhuǎn)換的各種其他組件。
[0034]所示的發(fā)動機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、機械能等各種能量形式的傳輸。例如，扭矩可以從發(fā)動機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)造成操作在發(fā)電機模式和/或馬達(dá)模式中。在發(fā)電機模式中，系統(tǒng)10可以吸收來自發(fā)動機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?？商鎿Q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20和/或變速器16提供機械輸出。
[0035]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狀況期間。還有，也可以用起動機/發(fā)電機和/或智能交流系統(tǒng)。
[0036]從上面可見，應(yīng)當(dāng)理解示范性混合動力推進(jìn)系統(tǒng)能夠具有各種操作模式。例如，在第一種模式中，發(fā)動機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)動機接通”模式操作并且燃料從燃料系統(tǒng)100供給到發(fā)動機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。
[0037]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))來操作。在制動、低速期間，在交通燈等處停止時，可以采用“發(fā)動機關(guān)閉”模式操作。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)電機模式操作，在該模式中，來自發(fā)動機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。
[0038]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可讀指令。
[0039]圖2示出多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機20的示范性汽缸的示意圖。發(fā)動機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。
[0040]發(fā)動機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?；钊?6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。
[0041]發(fā)動機20可以任選地包括凸輪位置傳感器55和57。但是，在所示的示例中，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/氣門操作。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可以具有齒輪。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。
[0042]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。
[0043]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可以操作以改變在其他發(fā)動機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。
[0044]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EG0、HEG0 (加熱的EG0)、N0x、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。
[0045]在圖2中將控制器12示出為微型計算機，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)氣門位置傳感器的節(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20中，因為它以類似于在本文中所述的發(fā)動機激光系統(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。
[0046]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。
[0047]激光系統(tǒng)92構(gòu)造成以多于一種能力操作，其中每種操作的正時均是基于四沖程燃燒循環(huán)的發(fā)動機位置的。例如，在發(fā)動機的做功沖程期間，包括發(fā)動機起動轉(zhuǎn)動、發(fā)動機暖機操作和已經(jīng)暖機的發(fā)動機操作期間，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。在第二操作能力中，在四沖程燃燒循環(huán)期間，LCU90可以傳輸?shù)凸β实拿}沖以確定活塞和閥位置。例如，當(dāng)從怠速停止?fàn)顟B(tài)重新啟用發(fā)動機后，激光能量可以用來監(jiān)控發(fā)動機的位置、速度等，以便使燃料傳輸和氣門正時同
止/J/ O
[0048]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> [0049]控制器12控制LCU90并且具有非瞬變的計算機可讀儲存介質(zhì)，該計算機可讀儲存介質(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?。激光能量可以被引?dǎo)到汽缸30內(nèi)的不同位置?？刂破?2還可以包括用于確定發(fā)動機20的操作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20的操作模式。
[0050]如上所述，圖2示出了多汽缸發(fā)動機的一個汽缸，并且每個汽缸可以同樣包括其自己的進(jìn)氣門/排氣門組、燃料噴射器、激光點火系統(tǒng)等。
[0051 ] 當(dāng)不用高功率點火空氣/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，或用于CID以確定進(jìn)氣門和/或排氣門是處于打開還是關(guān)閉位置。例如，兩個現(xiàn)貨供應(yīng)的激光產(chǎn)品精確地測量從兩英寸到大于100英尺的距離，精確到 1/8 英寸內(nèi)(Johnson Level&Tool Mfg.Col, Inc.,梅庫恩市(Mequon)，威斯康辛州;和DeWalt Industrial Tool Col,巴爾的摩市，馬里蘭州)。圖3a和3b示出了激光系統(tǒng)92的示范性操作，該激光系統(tǒng)92包括激光輻射器88、檢測系統(tǒng)94和IXU90。IXU90使激光輻射器88產(chǎn)生用302不出的低功率激光脈沖,其可以被引導(dǎo)朝向活塞36的頂表面313。在放射之后，光能可以反射離開活塞并且被傳感器94檢測。LCU90可以從控制器12接收諸如功率模式的操作指令。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，為了確定發(fā)動機位置，控制器可以引導(dǎo)激光系統(tǒng)以低能量密度掃描(sweep)頻率，以確定活塞位置并且識別一個或多個閥位置。例如，用可重復(fù)的線性頻率斜升頻率調(diào)制激光可以允許確定發(fā)動機中的一個或多個活塞位置。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，并且可以被校準(zhǔn)以接收從活塞36的頂表面313反射的返回脈沖304。
[0052]圖3a和3b示出激光系統(tǒng)92如何可以在上面參考圖2所述的汽缸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3a所示的脈沖302，可以引導(dǎo)朝向活塞36的頂表面313。脈沖302可以從活塞的頂表面反射，并且例如脈沖304的返回脈沖可以被激光系統(tǒng)92接收，其可以用來確定活塞36在汽缸30內(nèi)的位置。
[0053]在一些示例中，活塞的位置可以通過頻率調(diào)制方法使用以可重復(fù)的線性頻率斜升的頻率調(diào)制的激光束來確定?？商鎿Q地，可以用相位偏移方法確定該距離。通過觀察多普勒頻移或通過比較在兩個不同的時間的采樣位置，可以斷定活塞位置、速度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息(RPM測量)。進(jìn)氣門352和/或排氣門354的位置也可以利用激光系統(tǒng)確定。當(dāng)CID與活塞位置結(jié)合時，發(fā)動機的位置可以被確定并用于使燃料傳輸和氣門正時同步。發(fā)動機的這種位置狀態(tài)可以基于活塞位置和通過激光確定的CID。
[0054]控制器12還可以控制IXU90并且包括非瞬變的計算機可讀儲存介質(zhì)，該儲存介質(zhì)包括編碼，用以根據(jù)工況例如基于活塞36相對于TDC的位置而調(diào)節(jié)激光能量傳輸?shù)奈恢??？刂破?2也可以包括用于確定發(fā)動機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可以與各種傳感器直接通信，例如，霍爾效應(yīng)傳感器118，其被任選地包括，以用于確定發(fā)動機20的操作模式。
[0055]激光系統(tǒng)可以用來測量凸輪位置，例如通過在發(fā)動機循環(huán)的某些沖程期間阻擋放射的脈沖而測量。例如，在一個實施例中，激光系統(tǒng)92可以設(shè)置為靠近進(jìn)氣門352，以便在行駛周期的進(jìn)氣沖程期間防止在汽缸內(nèi)的活塞位置的測量。在進(jìn)氣沖程期間，閥352通向燃燒室內(nèi)并且阻擋放射的激光脈沖反射離開活塞的頂表面313。例如，在圖3b中，由于激光系統(tǒng)92設(shè)置為非?？拷M(jìn)氣門352，當(dāng)汽缸30處在其進(jìn)氣沖程時，閥352通向燃燒室中并且阻擋激光脈沖(例如激光脈沖306)到達(dá)活塞的頂表面313?？刂破?2還可以被編程以說明檢測的信號，以便確定凸輪的位置。例如，在這個示例中，控制器可以處理由傳感器94接收的信號的缺失，以指示進(jìn)氣門352處于打開位置。這個信息和發(fā)動機的幾何形狀可以由控制器進(jìn)一步處理，以確定發(fā)動機在其行駛周期內(nèi)的位置。雖然圖3b舉例說明了放射的脈沖如何可以被進(jìn)氣門352阻擋，但是其他結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，激光系統(tǒng)可以設(shè)置成非?？拷艢忾T而不是進(jìn)氣門。當(dāng)設(shè)置在這個位置時，放射的脈沖可以改為在行駛周期的排氣沖程期間被阻擋。考慮到這種差別可以校正控制器。正如在下面詳細(xì)地描述的，控制器12可以處理在行駛周期期間收集的數(shù)據(jù)以確定發(fā)動機位置。
[0056]光脈沖302的放射和由檢測傳感器94進(jìn)行的反射的光脈沖304的檢測之間的時間差還可以與時間閾值進(jìn)行比較，所述時間閾值作為判斷激光裝置的衰退是否已經(jīng)發(fā)生的手段。例如，在內(nèi)燃發(fā)動機中，燃燒室可以是三至四英寸長。根據(jù)這個估測和真空中的光速(c=3.0X108m/s),由激光系統(tǒng)92放射的從活塞的頂表面313反射的光脈沖可以在皮秒的時間范圍內(nèi)被檢測。明顯超過預(yù)期的皮秒時間范圍的時間閾值(例如I納秒)因此可以用作指示激光系統(tǒng)的衰退的參考。例如，由傳感器94檢測的長于I納秒的激光系統(tǒng)92放射的脈沖可以指示激光系統(tǒng)未被對準(zhǔn)。
[0057]在一些示例中，發(fā)動機系統(tǒng)20可以包括在如下的車輛中，其被開發(fā)以便當(dāng)滿足怠速停止?fàn)顩r時進(jìn)行怠速停止，并且當(dāng)滿足重新起動狀況時自動重新起動發(fā)動機。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)動機中，發(fā)動機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)動機的過程后，激光系統(tǒng)可以用來確定發(fā)動機的具體位置。根據(jù)這種估計，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的判斷，以便從靜止開始發(fā)動機重新啟用過程。在構(gòu)造成進(jìn)行怠速停止操作的車輛中，其中發(fā)動機停止和再起動在驅(qū)動操作中重復(fù)多次，可以為更多的可重復(fù)的起動提供在希望的位置處停止發(fā)動機，并且因此當(dāng)發(fā)動機從旋轉(zhuǎn)減速到靜止時，在關(guān)閉期間(在燃料噴射、火花點火等重新啟用之后)激光系統(tǒng)可以用來測量發(fā)動機位置，使得可以響應(yīng)于測量到的活塞/發(fā)動機位置而將馬達(dá)扭矩或其他阻力扭矩可變地施加于發(fā)動機，以便將發(fā)動機停止位置控制在希望的停止位置。
[0058]在另一個實施例中，當(dāng)車輛因為馬達(dá)關(guān)閉或者因為車輛決定以電動模式操作而關(guān)閉其發(fā)動機時，發(fā)動機的汽缸可以最終相對于活塞36在燃燒汽缸30中的位置以及進(jìn)氣門352和排氣門354的位置而以不受控的方式停止。對于具有四個或四個以上汽缸的發(fā)動機，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。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)動機位置在性質(zhì)上是示范性的，并且其他的發(fā)動機位置也是可能的。
[0059]在所述附圖中413處插入的是示范性的直列式發(fā)動機汽缸體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。
[0060]發(fā)動機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。
[0061]如上所述，激光系統(tǒng)可以用來測量閥位置以及在燃燒室內(nèi)的活塞的位置。例如，在圖3b中所示的發(fā)動機位置中，來自激光系統(tǒng)92的光可以至少部分地被阻擋到達(dá)汽缸30中的活塞的頂表面313。因為與當(dāng)放射的脈沖不被阻擋時反射離開活塞頂表面的光的量相比反射的光的量減少，所以控制器12可以被編程以考慮這種差別，并且利用該信息來確定進(jìn)氣門352是打開的。根據(jù)在該行駛周期內(nèi)的閥操作的順序，控制器12還確定排氣門354是關(guān)閉的。由于所給出的示例是基于四汽缸發(fā)動機的，所以其中一個汽缸將在所有的時間中均處在進(jìn)氣沖程。因此，控制器可以被編程以處理來自所有激光系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以便識別汽缸處于其進(jìn)氣沖程中。基于這種確定并且利用發(fā)動機的幾何形狀，可以利用該激光系統(tǒng)識別發(fā)動機的位置?？商鎿Q地，如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，控制器也可以被編程以處理來自作為識別發(fā)動機位置的手段的連接到汽缸的單個激光檢測器的一系列測量。[0062]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?；谶@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。
[0063]該活塞可以周期性地操作，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進(jìn)行其他的動作。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。
[0064]參考圖4，控制器可以被編程以利用各種方法確定發(fā)動機的位置。例如，控制器可以被編程以處理從單個激光系統(tǒng)例如汽缸406中的激光系統(tǒng)461收集的一系列數(shù)據(jù)，以確定發(fā)動機的位置。為了確定在示范性發(fā)動機循環(huán)期間的進(jìn)氣門正時和相對于發(fā)動機位置的活塞位置，以兩種低功率模式操作的激光系統(tǒng)的示例性圖示在圖5中示出并且在下面描述?？商鎿Q地，控制器可以被編程以處理從兩個或更多個激光系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，以確定發(fā)動機的位置。圖6-7示出了在用于直接燃料噴射的發(fā)動機和進(jìn)氣道燃料噴射的發(fā)動機兩者的示范性的發(fā)動機循環(huán)期間的氣門正時和相對于發(fā)動機位置的活塞位置的示例性曲線圖。
[0065]圖5示出了對于具有1-3-4-2的點火次序的四汽缸發(fā)動機的發(fā)動機循環(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)動機位置而定位。
[0066]在圖5中，曲線圖500示出了進(jìn)氣門正時和活塞位置曲線，以及激光系統(tǒng)的兩個示范性檢測模式。為了確定發(fā)動機的位置，激光系統(tǒng)例如在圖4中連接到汽缸406的激光系統(tǒng)461能夠在整個發(fā)動機循環(huán)中放射一系列低功率脈沖，但是基于氣門位置和汽缸內(nèi)的活塞位置而檢測兩個不同的光信號。參考圖4所示的示例，當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時，激光系統(tǒng)461可以檢測在行駛周期的壓縮、做功和排氣沖程期間反射離開活塞的頂表面的光能。在下文中，圖5中用506示出的這種檢測模式稱為低功率檢測模式1(或LD1)。雖然激光檢測器以LDl檢測從活塞的頂部反射的光能，但是它可以不感測進(jìn)氣門426相對于排氣門424的位置。相反，當(dāng)發(fā)動機汽缸進(jìn)入行駛周期的進(jìn)氣沖程時，激光檢測器461可以檢測減小的信號，這是由于其放射至少部分地被打開的進(jìn)氣門阻擋。這種檢測模式用508示出，并且被稱為低功率檢測模式2 (或LD2)。當(dāng)在LD2中時，激光檢測器可以例如感測進(jìn)氣門位置，但是不感測活塞在汽缸的燃燒室內(nèi)的位置。由于發(fā)動機位置的確定是從CID和活塞位置兩者進(jìn)行的，因此在這個模式期間，控制器可以處理來自第二激光系統(tǒng)例如連接到汽缸410的激光系統(tǒng)457的信息，以測量活塞在汽缸內(nèi)的位置?？刂破饔谑强梢岳眠@個信息和發(fā)動機的幾何形狀以識別發(fā)動機位置。
[0067]在502處，示出了進(jìn)氣門426的氣門升程輪廓線。在進(jìn)氣沖程開始時，該輪廓線示出了氣門打開，并且然后在活塞從TDC移動到BDC時關(guān)閉。雖然沒有示出排氣門例如排氣門424的氣門升程輪廓線，但是類似的輪廓線可以任選地被包括，以示出排氣門打開并且然后在發(fā)動機行駛周期的排氣沖程期間在活塞從BDC移動到TDC時關(guān)閉。
[0068]在504處，示出了行駛周期的四個沖程的活塞的周期性性質(zhì)。例如，活塞從TDC逐漸向下移動，在該進(jìn)氣沖程的末尾達(dá)到底部的BDC。然后在壓縮沖程的末尾，活塞返回到頂部的TDC。在做功沖程期間，活塞再一次朝著BDC向下移動返回，在排氣沖程的末尾返回到其原始的在TDC處的頂部位置。如上所述，該曲線圖以曲軸角度(CAD)示出了發(fā)動機沿著X軸的位置。對于所給出的該示范性的曲線，沒有示出在進(jìn)氣沖程期間的活塞位置，從而說明了由于被充分阻擋的激光脈沖(例如，90%以上被阻擋)而減小的信號。
[0069]由激光系統(tǒng)461收集的一系列數(shù)據(jù)可以用來識別發(fā)動機的位置。例如，認(rèn)為發(fā)動機在汽缸406位于位置Pl時停止。例如，這可以在怠速停止車輛將發(fā)動機模式轉(zhuǎn)換到電動操作模式或車輛輔助操作模式時發(fā)生。在控制器發(fā)送信號以停止發(fā)動機之后，例如，通過發(fā)送電信號到節(jié)氣門以通知該節(jié)氣門關(guān)閉，可以限制到該汽缸的氣流，以便停止發(fā)動機。作為響應(yīng)，在到達(dá)Pl處的停止之前，發(fā)動機可以點火一些更多的循環(huán)。為了在發(fā)動機重新啟用過程期間使燃料傳輸和氣門正時在重新接合發(fā)動機之前同步，控制器12可以確定發(fā)動機的位置。
[0070]采樣數(shù)據(jù)組用510和512示出，以說明如何可以由激光系統(tǒng)收集不同的數(shù)據(jù)組以及該不同的數(shù)據(jù)組如何可以用于識別行駛周期內(nèi)的發(fā)動機位置。例如，在發(fā)動機達(dá)到位置Pl處的靜止之前完成其最后的一些循環(huán)時，激光系統(tǒng)461可以響應(yīng)于發(fā)動機關(guān)閉命令而開始收集數(shù)據(jù)。由于Pl位于進(jìn)氣沖程中，所以510示出了由激光檢測器收集的信號可以被進(jìn)氣門中斷。當(dāng)所述氣門打開時，放射的脈沖被至少部分地阻擋，這可以導(dǎo)致明顯減小的信號。控制器12可以處理這種信號以識別打開的進(jìn)氣門，并且利用連接到另一個汽缸的激光系統(tǒng)，例如連接到汽缸410的激光系統(tǒng)457，以便測量其活塞位置。作為識別發(fā)動機位置的手段，發(fā)動機的幾何形狀可以用來與所有的變量相關(guān)。
[0071]在行駛周期的某些部分期間，由于行駛周期的動作實質(zhì)上是周期性的，所以可以收集第二數(shù)據(jù)組，其初始曲線形狀可以與510所示曲線形狀基本相同。為了使這兩個區(qū)域彼此區(qū)別并且獨特地識別發(fā)動機的位置，控制器可以被編程以處理一系列數(shù)據(jù)，從而根據(jù)曲線形狀確定發(fā)動機位置。在行駛周期的壓縮沖程期間，當(dāng)汽缸406中的活塞接近TDC時，示出在512處的第二曲線。然而，由于在壓縮和做功沖程期間進(jìn)氣門都保持關(guān)閉，所以不發(fā)生激光信號的阻擋，并且檢測到平滑的數(shù)據(jù)組?？刂破骺梢员痪幊桃蕴幚磉@些數(shù)據(jù)，并且利用該曲線的形狀以及發(fā)電機的幾何形狀，從而識別發(fā)動機的位置。一旦確定了發(fā)動機位置，則可以識別下一個點火汽缸，并且按計劃同步燃料傳輸和氣門正時。
[0072]可替換地，控制器可以被編程以處理來自多個激光系統(tǒng)的信息，從而確定發(fā)動機的位置。例如，在圖6中，氣門正時和活塞位置輪廓線相對于圖4所示的發(fā)動機位置示出。激光的兩種操作狀態(tài)也根據(jù)圖5示出，從而舉例說明如何可以利用多個激光系統(tǒng)來確定發(fā)動機位置。
[0073]在602示出了在常規(guī)發(fā)動機操作期間的進(jìn)氣門升程輪廓線。在進(jìn)氣沖程開始時或開始之前，進(jìn)氣門可以被打開，并且至少可以保持打開到開始隨后的壓縮沖程。如在上面關(guān)于圖2-5所描述的，發(fā)動機控制器12可以構(gòu)造成識別第一點火汽缸，在發(fā)動機從怠速停止?fàn)顩r重新啟用期間在該汽缸中開始燃燒。例如，如在上面在圖4中所描述的，作為確定發(fā)動機的位置的手段，可以利用激光系統(tǒng)測量氣門位置和汽缸中的活塞位置來確定該第一點火汽缸。圖6所示的示例與直接噴射發(fā)動機(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，但是在隨后的排氣門打開(EVO)之前(一旦識別了發(fā)動機位置并且將活塞位置與識別的凸輪軸位置同步)。為了比較，圖7示出了進(jìn)氣道燃料噴射的發(fā)動機(PFI)的第一點火汽缸，其中該第一點火汽缸可以選擇成定位在IVC之前。
[0074]在本文中圖6參考圖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)動機的位置可以在圖6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6中的610和612處所示的低功率脈沖，以確定發(fā)動機的位置。例如，激光脈沖610可以在其汽缸內(nèi)的活塞的頂表面處被點火。由于在不出脈沖610的汽缸內(nèi)關(guān)閉了兩個氣門，所以激光系統(tǒng)檢測活塞在該汽缸室內(nèi)的位置(圖5中的LD1)。相反，因為在汽缸406中的進(jìn)氣門426打開，所以激光脈沖612的放射至少部分地被該打開的氣門阻擋。在這個汽缸中的激光檢測器因此可以處理明顯減小的信號，以便識別該汽缸中的打開的進(jìn)氣門(圖5中的LD2)?？刂破?2于是可以利用這個信息和來自其他激光檢測系統(tǒng)(例如圖4中的分別連接到汽缸404、408和410的激光系統(tǒng)451、453和457)的活塞位置數(shù)據(jù)，以確定發(fā)動機的位置。而且，由于在這個示例中利用了 DI發(fā)動機，因此在進(jìn)氣門打開之后(IV0)，燃料可以噴射到汽缸室中。噴射輪廓線由604-607給出。例如，在圖6中所示的示范性發(fā)動機循環(huán)期間，在圖6中604處的方塊示出了燃料何時噴射到汽缸404中，方塊605示出了燃料何時噴射到汽缸408中，方塊606示出燃料何時噴射到汽缸410中，而方塊607示出燃料何時噴射到汽缸406中。
[0075]當(dāng)汽缸已經(jīng)被識別為下一個點火汽缸時，在空氣/燃料混合物已被引進(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器可以產(chǎn)生高功率脈沖以點燃該汽缸中的空氣/燃料混合物，從而發(fā)生做功沖程。例如，在圖6中，在燃料噴射604到汽缸404中之后，激光系統(tǒng)，例如激光系統(tǒng)451，產(chǎn)生616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之后的下一個的汽缸408接收來自激光系統(tǒng)例如激光系統(tǒng)453的高功率脈沖618，以點火在605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620，以點燃在606處噴射到汽缸410中的燃料，等等。
[0076]在圖7中，為了比較提供了類似于圖6所示的DI發(fā)動機的PFI發(fā)動機輪廓線的示范性的PFI發(fā)動機輪廓線。DI發(fā)動機和PFI發(fā)動機之間的一個區(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。PFI系統(tǒng)在排氣沖程期間可替換地將燃料噴射到進(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。
[0077]在圖7所示的PFI發(fā)動機輪廓線中，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610和612，以確定發(fā)動機的位置。由于該發(fā)動機是PFI，燃料可以在IVO之前被噴射到進(jìn)氣歧管中。在時刻Pl，控制器通過激光測量而識別發(fā)動機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?，控制器可以在IVO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。該噴射輪廓線以圖7中的702-704示出。
[0078]例如，參考圖4，但是關(guān)于PFI發(fā)動機而不是DI發(fā)動機，702處的方塊示出了在發(fā)動機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7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702按計劃進(jìn)行，使得當(dāng)經(jīng)由激光點火脈沖706點燃時，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703可以在IVO之前發(fā)生。在EVO之前，高功率脈沖708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704。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燃這個空氣/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。
[0079]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，其示出了用于在車輛行駛周期的發(fā)動機操作期間完成各種車載診斷程序的示例性方法800。
[0080]在步驟802，車輛工況可以被估計和/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)動機燃料使用率、發(fā)動機溫度、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。
[0081]在步驟804，基于估測的車輛工況，可以選擇車輛操作模式。例如，可以確定車輛是操作在電動模式(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被推動)、發(fā)動機模式(其中車輛利用來自發(fā)動機的能量而被推動)、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)動機的至少一些能量而被推動)。
[0082]在步驟806，方法800包括確定是否以電動模式操作車輛。例如，如果發(fā)動機處于怠速的時間段大于閾值，則控制器可以任選地確定車輛應(yīng)當(dāng)以電動模式操作。可替換地，如果發(fā)動機扭矩請求小于閾值，則車輛可以轉(zhuǎn)換到電動操作模式。[0083]如果方法800在步驟806確定車輛以電動模式操作，則方法800進(jìn)行到步驟808。在步驟808，方法800包括以電動模式操作車輛，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808選擇了電動模式，該程序也可以繼續(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)動機模式(或發(fā)動機輔助模式)的突然轉(zhuǎn)換。具體說，當(dāng)處在電動模式時，在步驟810，控制器可以確定是否請求了對發(fā)動機模式的轉(zhuǎn)換。
[0084]然而，如果在步驟806，確定車輛未以電動模式操作，則方法800進(jìn)行到步驟812。在步驟812，車輛可以發(fā)動機模式操作，其中發(fā)動機被用來推動車輛并且滿足駕駛員扭矩要求?？商鎿Q地，車輛可以輔助模式操作(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)動機的一些能量。
[0085]如果在步驟812請求發(fā)動機模式，或如果在步驟810發(fā)生了從電動模式到發(fā)動機模式的轉(zhuǎn)換，則步驟814示出了車輛可以起動或重新起動發(fā)動機。圖9中示出了在車輛行駛周期的操作期間用于起動或重新起動發(fā)動機的一種示范性方法900。
[0086]在步驟902，方法900包括確定是否執(zhí)行發(fā)動機冷起動。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)動機溫度(從發(fā)動機冷卻劑溫度推斷)低于閾值溫度時，響應(yīng)于發(fā)動機從靜止的起動，可以確認(rèn)發(fā)動機冷起動。在一個示例中，在行駛周期期間的第一次發(fā)動機起動可以是冷起動。也就是說，當(dāng)發(fā)動機起動以開始發(fā)動機模式的車輛操作時，從靜止到起動轉(zhuǎn)動的發(fā)動機的第一數(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)動機模式的轉(zhuǎn)換期間，第一次發(fā)動機起動可以是冷起動。
[0087]如果在步驟902確認(rèn)發(fā)動機冷起動，則方法900進(jìn)行到步驟908以接合發(fā)動機起動機。例如，發(fā)動機控制器可以發(fā)送信號到起動機作為開始起動活動的手段。在一些實施例中，由于至少一個活塞總是處在行駛周期中的做功沖程的開始，因此可以任選地包括發(fā)動機起動機。對于這些車輛，控制器可以利用連接到汽缸的激光系統(tǒng)，以識別下一個點火汽缸，并且通過將燃料直接噴射到用于點火的汽缸中而開始發(fā)動機重新啟用。
[0088]在步驟910，方法900包括確定發(fā)動機位置。例如，基于選擇的準(zhǔn)則，發(fā)動機控制器可以構(gòu)造成在發(fā)動機啟用期間確定發(fā)動機的位置，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)以高能量模式操作時，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)以低能量模式操作時，也包括能夠捕獲反射光的檢測裝置的激光系統(tǒng)除了可以用來確定活塞的位置之外，還可以用來確定汽缸內(nèi)的閥位置。例如，進(jìn)氣門352和排氣門354的位置可以由激光系統(tǒng)92確定。在一些實施例中，發(fā)動機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。發(fā)動機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)傳感器合并以確定發(fā)動機位置和凸輪正時。在一些操作模式期間，例如，當(dāng)發(fā)動機運行時，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。活塞的位置和速度可以用來協(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。
[0089]在步驟912，方法900包括識別在循環(huán)中哪個汽缸首先點火。例如，活塞和閥位置信息可以由控制器處理，以便確定發(fā)動機處在其行駛周期中的哪個位置。一旦確定了發(fā)動機位置，則控制器可以在重新啟用后識別哪個汽缸首先點火。
[0090]在步驟914，方法900包括按計劃進(jìn)行燃料噴射，并且基于確定的發(fā)動機位置調(diào)節(jié)燃料噴射。例如，控制器可以處理發(fā)動機位置和凸輪正時信息，以在行駛周期中計劃將噴射燃料的下一個汽缸。在步驟916，方法900包括按計劃進(jìn)行燃料點火。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，則控制器可以隨后通過連接到下一個點火汽缸的激光系統(tǒng)而按計劃進(jìn)行空氣/燃料混合物的點火，以便開始發(fā)動機操作。
[0091]返回到步驟902,如果不確認(rèn)發(fā)動機冷起動，則該程序進(jìn)行到步驟904,以確定是否存在發(fā)動機熱起動。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)動機溫度(從發(fā)動機冷卻劑溫度推斷)處在或高于閾值溫度時，響應(yīng)于從靜止的發(fā)動機起動可以確認(rèn)發(fā)動機熱起動。在一個示例中，發(fā)動機可以起動從而以發(fā)動機模式開始車輛操作，并且在車輛操作的持續(xù)時間之后，發(fā)動機可以暫時停止以進(jìn)行發(fā)動機怠速停止或以電動模式繼續(xù)車輛操作。然后，在以電動模式操作的持續(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(例如，從靜止)從而以發(fā)動機模式重新開始車輛操作。在這些狀態(tài)期間，從靜止到起動轉(zhuǎn)動的發(fā)動機的第一多個燃燒事件可以處于更高溫度(由于在先的發(fā)動機操作)并且可以構(gòu)成熱起動。
[0092]如果在步驟904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900進(jìn)行到步驟906以繼續(xù)發(fā)動機的操作。例如，響應(yīng)于對車輛推進(jìn)系統(tǒng)在發(fā)動機模式中起作用的確定，則發(fā)動機操作可以在車輛行駛周期期間被繼續(xù)監(jiān)控。
[0093]圖10示出了用于基于內(nèi)燃發(fā)動機20的操作狀態(tài)而以兩種功率模式操作激光系統(tǒng)92的示范性的方法1000。如圖10的示范性方法所示，激光系統(tǒng)可以兩種功率模式操作。例如，連接到汽缸的激光點火系統(tǒng)可以低功率模式操作以測量CID和活塞位置、速度等，并且可以高功率模式操作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)動機處在其行駛周期中的哪個位置。在處理發(fā)動機位置信息之后，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)、機械或一些其他裝置發(fā)送。
[0094]在步驟1002，方法1000包括利用至少一個激光系統(tǒng)來監(jiān)控發(fā)動機位置。例如，在圖4中，除了汽缸404中的活塞的位置之外，激光系統(tǒng)451還可以用來確定進(jìn)氣門414的位置和/或排氣門412的位置。
[0095]在步驟1004，方法1000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操作模式。
[0096]如果在步驟1004，確定將進(jìn)行激光點火，則方法1000進(jìn)行到步驟1006，在步驟1006，方法1000包括在發(fā)動機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)顩r的發(fā)動機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1006，激光系統(tǒng)451可以產(chǎn)生高功率脈沖以點火該汽缸室中的空氣/燃料混合物。在發(fā)動機重新啟用之后，激光系統(tǒng)可以之后用來監(jiān)控發(fā)動機位置。[0097]但是，如果在步驟1004確定不進(jìn)行激光點火，則方法1000進(jìn)行到步驟1008。在步驟1008，方法1000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1008，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，從而在從冷起動狀況重新啟用之前測量例如發(fā)動機的位置。
[0098]如果在步驟1008請求測量發(fā)動機位置，則方法1000進(jìn)行到步驟1010。例如，在步驟1010，低功率脈沖可以由激光系統(tǒng)451傳輸，以確定凸輪的位置和汽缸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，以分別確定凸輪的位置和汽缸408,410和406內(nèi)的活塞的位置。
[0099]在步驟1012，方法1000包括利用激光系統(tǒng)確定活塞在其汽缸內(nèi)的位置信息。例如，該活塞的位置可以利用以可重復(fù)的線性頻率斜升的頻率調(diào)制的激光束通過頻率調(diào)制方法確定。
[0100]在步驟1014，方法1000包括利用激光系統(tǒng)使用氣門照明測量來確定進(jìn)氣門或排氣門的位置信息。例如，在圖5所示的示例中，控制器12處理在發(fā)動機行駛周期期間由激光系統(tǒng)461收集的數(shù)據(jù)，以確定進(jìn)氣門424是打開的。控制器還基于例如在行駛周期期間的發(fā)動機操作來確定排氣門426是關(guān)閉的。即，如果進(jìn)氣門是打開的，則排氣門是關(guān)閉的。
[0101]在步驟1016，方法1000包括利用凸輪和活塞位置信息來確定發(fā)動機的位置。例如，在圖6中，發(fā)動機控制器12根據(jù)從多個激光系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計算，以計算發(fā)動機的位置。該收集的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步被處理以計算其他系統(tǒng)信息，例如，曲軸40的曲軸角度?？商鎿Q地，控制器可以利用發(fā)動機位置以確保發(fā)動機內(nèi)的燃料傳輸是同步的。
[0102]在步驟1018，方法1000包括識別哪個汽缸在該循環(huán)中被首先點火。例如，在圖6_7的描述中，控制器利用激光系統(tǒng)來測量凸輪位置和活塞在其汽缸內(nèi)的位置。然后，這些信息用來確定發(fā)動機的位置。從所識別的發(fā)動機的位置，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。
[0103]在步驟1020，方法1000包括判斷是否繼續(xù)以激光監(jiān)控發(fā)動機。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)動機位置，則在步驟1022，控制器可以例如任選地利用曲軸傳感器118或凸輪位置傳感器55和57，以便監(jiān)控發(fā)動機的位置。
[0104]圖11示出了用于根據(jù)在行駛周期內(nèi)不同信號的檢測使燃料傳輸同步的示例性方法1100。例如，方法1100可以由控制系統(tǒng)41實施。該方法包括在低功率模式中利用激光系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)動機的位置。該激光系統(tǒng)還可以包括傳感器以確定活塞在汽缸中的位置和/或包括傳感器以識別在發(fā)動機行駛周期中的閥位置。然后在發(fā)動機循環(huán)的各沖程期間收集的數(shù)據(jù)可以由控制器處理并且用于同步燃料傳輸并按計劃安排燃料傳輸。
[0105]在步驟1102，控制器可以啟用激光系統(tǒng)以便監(jiān)控發(fā)動機位置。例如，如果發(fā)動機已經(jīng)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)該以電動模式操作。發(fā)動機可以隨后停止操作并且在到達(dá)最終的靜止位置之前完成數(shù)個連續(xù)的循環(huán)。在這個周期中，控制器可以構(gòu)造成啟用激光系統(tǒng)，以便監(jiān)控發(fā)動機的位置，作為識別發(fā)動機的最終靜止位置的手段?？梢宰R別第一點火汽缸，在該汽缸中，在從怠速停止?fàn)顩r起的發(fā)動機重新啟用期間開始燃燒。
[0106]在步驟1104，控制器可以被編程以利用啟用的激光系統(tǒng)進(jìn)行低功率掃描，以便根據(jù)在該汽缸內(nèi)感測的光響應(yīng)而確定發(fā)動機的位置。如果發(fā)動機的位置被確定，則在步驟1106，激光系統(tǒng)可以低功率模式操作，以放射能夠由激光檢測器檢測的低能量脈沖。例如，在圖5中，一系列低能量脈沖由激光系統(tǒng)放射，并且隨后反射離開汽缸內(nèi)的活塞的頂部。于是，激光檢測器檢測在LDl中反射的脈沖，以確定活塞相對于TDC的位置。
[0107]在識別活塞位置之后，在步驟1108，控制器還可以利用激光系統(tǒng)來判斷氣門正時信息是否應(yīng)該被收集。返回到圖5所示的示例中，在LD2中的激光系統(tǒng)監(jiān)控例如進(jìn)氣門426的位置。當(dāng)與根據(jù)第一操作模式確定的活塞位置信息結(jié)合時，控制器能夠識別發(fā)動機的位置。在步驟1108，如果由激光系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)采樣不能確定進(jìn)氣沖程或發(fā)動機位置，則步驟1112示出了該系統(tǒng)可以繼續(xù)以低功率模式收集數(shù)據(jù)，直到識別出進(jìn)氣沖程或發(fā)動機位置。
[0108]一旦確定了發(fā)動機的位置，則在步驟1110，控制器可以利用該發(fā)動機位置使燃料傳輸同步。這可以響應(yīng)于估測的工況而完成，所述工況可以包括例如車輛駕駛員(例如，基于踏板位置)請求的輸出或扭矩的指示、燃料箱中的燃料水平、發(fā)動機燃料使用率、發(fā)動機溫度、車載能量儲存裝置的充電狀態(tài)(S0C)、包括濕度和溫度的環(huán)境狀況、發(fā)動機冷卻劑溫度、氣候控制請求(例如，空氣調(diào)節(jié)或加熱請求)等。
[0109]返回到步驟1104，如果控制器決定不應(yīng)該利用激光系統(tǒng)掃描發(fā)動機位置，則在步驟1114指示可能已識別進(jìn)氣沖程。例如，在從怠速停止?fàn)顩r重新起動后，發(fā)動機的位置可以儲存在控制系統(tǒng)41內(nèi)的CPU102中。在這個示例中，控制系統(tǒng)41可以依靠儲存在CPU中的數(shù)據(jù)來確定第一點火汽缸，并且進(jìn)行到步驟1110，以便使燃料傳輸同步。
[0110]圖12是示出了用于利用如上所述的一個或多個激光系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)動機的示范性方法1200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)動機的示范性動作。例如，在一個實施例中，如果發(fā)動機包括其活塞經(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)操作。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)動機曲軸位置的衰退。
[0111]在步驟1202，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。
[0112]如果控制器確定診斷程序是被準(zhǔn)許的，則在步驟1204，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。
[0113]在步驟1206，控制系統(tǒng)比較具體的量度和來自其他發(fā)動機汽缸的數(shù)據(jù)，以便評估在行駛周期期間總的發(fā)動機性能。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1208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。
[0114]如果確定活塞的正時大于閾值，則步驟1208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)動機正時的衰退已經(jīng)發(fā)生的診斷代碼。
[0115]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。
[0116]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)動機汽缸中的激光點火裝置； 基于激光感測的發(fā)動機位置同步燃料傳輸；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，其中同步燃料傳輸包括基于激光操作而獨特地識別發(fā)動機位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中獨特地識別發(fā)動機位置包括確定發(fā)動機活塞位置和汽缸氣門位置，以識別發(fā)動機的汽缸沖程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中識別發(fā)動機活塞位置和汽缸氣門位置包括以低功率操作模式操作所述激光，并且點火空氣和燃料混合物包括以高功率操作模式操作所述激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中基于反射離開活塞的激光信號，所述激光點火裝置以低功率模式操作檢測發(fā)動機活塞位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中基于反射離開汽缸氣門的激光信號，所述激光點火裝置以低功率模式操作檢測汽缸氣門位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中基于汽缸氣門充分阻擋低功率激光信號而確定氣門位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中基于檢測被反射的光脈沖和因在所述汽缸內(nèi)被充分阻擋的激光脈沖而減小的信號的每個，確定發(fā)動機位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述激光操作而確定發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度，并且基于確定的所述發(fā)動機位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速而調(diào)節(jié)燃料噴射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料噴射正時和燃料噴射量基于被識別的發(fā)動機位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
【文檔編號】F02D43/00GK103850817SQ201310607074
【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