基于激光點火系統的診斷的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及使用激光點火系統的組件診斷發(fā)動機的方法和系統。
【背景技術】
[0002]發(fā)動機組件(例如汽缸氣門、曲軸、凸輪軸、活塞、燃料噴射器等等)可以被間斷地診斷出發(fā)動機運轉期間受到的損傷。診斷可涉及可視檢查組件損傷(如，失準(misalignment)或扭曲)，例如，通過移除火花塞并且獲得孔視野以觀察汽缸內部。曲軸和/或凸輪軸的損傷能夠導致在確定它們的方位(posit1n)(以便識別發(fā)動機和活塞方位)過程中的變化。同樣地，在發(fā)動機重啟以使發(fā)動機內火花正時和燃料輸送協調期間要求凸輪/活塞的方位。因此，在方位確定中的任何誤差能夠導致在實現并且維持快速同步、可靠燃燒以及減少排放的過程中的能力的降低。進一步地，在識別發(fā)動機方位中的任何延遲也能夠延遲發(fā)動機啟動。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明人在此已經認識到可視檢查發(fā)動機組件的上述途徑能夠增加大量的診斷時間、成本以及復雜度。特別地，大部分以上途徑要求熟練的技術人員、復雜的診斷工具、具體的實驗室設施以及耗時的發(fā)動機拆卸。鑒于這些問題，本發(fā)明人已經意識到在配置有激光點火能力的發(fā)動機系統中，激光點火系統的組件能夠有利地用于診斷各種發(fā)動機系統組件。
[0004]在一個示例中，可以通過一種方法診斷發(fā)動機，該方法包括:在發(fā)動機周期期間，運轉每個發(fā)動機汽缸內的激光點火裝置；根據該運轉識別每個汽缸內的活塞方位；以及根據每個汽缸的活塞方位指示發(fā)動機曲軸的退化。在另一示例中，可以根據該運轉識別每個汽缸內的汽缸氣門方位；并且根據每個汽缸的氣門方位指示凸輪軸的退化。在又一示例中，基于激光照明的活塞方位測量可以被用于確定曲軸的方位，同時基于激光照明的進氣門或排氣門方位測量可以被用于確定凸輪軸的方位。根據曲軸相對于凸輪軸的相對定位，失準誤差可以被識別。
[0005]例如，激光點火裝置可以在汽缸的進氣沖程期間以較低的功率等級運轉，以便將激光脈沖迅速地引導到汽缸內并且執(zhí)行汽缸的平面掃掠(sweep)。根據從發(fā)射激光脈沖起和從活塞表面反射之后檢測到激光脈沖所逝去的持續(xù)時間，給定汽缸內活塞的方位可以被確定。此外，該持續(xù)時間可以被用于推斷汽缸氣門是打開的還是關閉的。例如，根據在進氣沖程內發(fā)射激光脈沖之后所估計的逝去的持續(xù)時間，可以確定進氣門是打開還是關閉，并且進而排氣門的方位可以被推斷?？商鎿Q地，根據在排氣沖程內發(fā)射激光脈沖之后所估計的逝去的持續(xù)時間，可以確定排氣門是打開還是關閉，并且進而進氣門的方位可以被推斷。通過比較每個汽缸相對于彼此的活塞方位，曲軸對準誤差可以被確定。例如，通過比較每個汽缸的估計的方位與每個汽缸的期望方位(根據汽缸點火順序，發(fā)動機配置等等)，可以確定曲軸方位是否偏離了本位，并且由于扭曲或損壞導致的曲軸退化可以被指示。同樣地，通過比較每個汽缸相對于彼此的進氣門或排氣門方位，凸輪軸對準誤差可以被確定。例如，通過比較每個汽缸的進氣門和進而進氣凸輪的估計的方位與每個汽缸的進氣門和進氣凸輪的期望方位(根據汽缸點火順序、發(fā)動機配置、汽缸沖程等等)，可以確定凸輪軸方位是否偏離了本位，并且由于扭曲或損壞導致的凸輪軸退化可以被指示。更進一步地，通過比較估計的曲軸方位與估計的凸輪軸方位，失準誤差可以被確定。
[0006]用這種方式，基于發(fā)動機方位的診斷能夠被加速并且簡化，而不必須發(fā)動機拆卸。特別地，可以使用活塞方位和汽缸氣門方位估計(如使用發(fā)動機激光點火系統確定的)來確定曲軸和/或凸輪軸對準誤差。通過利用激光點火系統來估計活塞和氣門方位，方位信息能夠被更快并且更可靠地采集。通過使用方位信息來診斷曲軸和凸輪軸，減少了與組件的可視檢查相關聯的時間和成本?？傊l(fā)動機檢查能夠被簡化而不降低檢查準確度。
[0007]應該理解的是，以上
【發(fā)明內容】
被提供以用簡化的形式引入將在【具體實施方式】中進一步描述的選擇的概念。這并不意味著確立了所要求保護的主題的關鍵或必要特征，所述主題的范圍被所附權利要求唯一地限定。而且，要求保護的主題不限于解決上述或本公開任何部分內提到的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0008]圖1描繪了被耦接在混合動力車輛系統中的內燃發(fā)動機的示例性燃燒室。
[0009]圖2描繪了使用圖1的發(fā)動機的激光系統捕獲并且顯示圖像的示例。
[0010]圖3A-B描繪了發(fā)射到發(fā)動機汽缸的激光光脈沖的示例。
[0011]圖4描繪了停止在其行駛周期內的隨機位置處的示例性四汽缸發(fā)動機。
[0012]圖5描繪了被用于識別發(fā)動機周期期間汽缸的活塞和進氣門位置的發(fā)動機激光點火系統的兩種運轉模式。
[0013]圖6描繪了根據由光電探測器在進氣沖程期間生成的汽缸內圖像而診斷一個或多個汽缸組件的退化的方法的高層次流程圖。
[0014]圖7描繪了根據由光電探測器使用來自汽缸燃燒事件的光生成的汽缸內圖像而診斷一個或多個汽缸組件的退化的方法的高層次流程圖。
[0015]圖8描繪了根據使用發(fā)動機激光點火系統執(zhí)行的活塞位置和進氣門位置測量值而診斷一個或多個發(fā)動機組件的退化的方法的高層次流程圖。
[0016]圖9-10描繪了示例性燃料噴射器噴射模式診斷。
[0017]圖11-13描繪了根據本公開診斷各種發(fā)動機組件的退化的示例性程序。
【具體實施方式】
[0018]方法和系統被提供以便使用如圖1所示的激光點火系統來診斷一個或多個發(fā)動機汽缸組件。如圖2-3所示，以較低強度發(fā)射的激光光脈沖可以被用于當光電探測器捕獲汽缸內圖像時照明汽缸的內部。以較高強度發(fā)射的激光光脈沖也可被用于起始燃燒，同時燃燒期間生成的光被光電探測器使用以捕獲汽缸的內部的圖像。生成的圖像可以被用于診斷各種汽缸內組件和汽缸燃燒參數。更進一步，使用激光光脈沖發(fā)射，如允許診斷發(fā)動機凸輪軸和曲軸(如在圖8論述的)的圖4-5所示，凸輪和活塞方位確定可以被準確地執(zhí)行。發(fā)動機控制器可以被配置為執(zhí)行控制程序，例如圖6的程序，以根據由光電探測器在進氣沖程期間使用來自激光脈沖發(fā)射的光生成的汽缸內圖像而診斷一個或多個汽缸組件的退化?？刂破饕部蓤?zhí)行如圖7的程序的控制程序，以根據由光電探測器使用汽缸燃燒事件期間生成的光生成的汽缸內圖像而診斷汽缸組件退化。所選擇的發(fā)動機組件的示例診斷方法在圖9-13中被詳細描述。
[0019]轉向圖1，示例性混合動力推進系統10被描述?；旌蟿恿ν七M系統可以被配置在客運道路車輛內?；旌蟿恿ν七M系統10包含內燃發(fā)動機20。該發(fā)動機可以被耦接到變速器(未描繪)，例如手動變速器、自動變速器或者其結合。進一步地，可以包含各種另外的組件，例如液力變矩器和/或例如主減速器單元等的其他齒輪裝置?；旌蟿恿ν七M系統也包含能量轉換裝置(未示出)，其可以包含馬達、發(fā)電機、等等及其組合。能量轉換裝置可以被運轉以從車輛運動和/或發(fā)動機中吸收能量并且將吸收的能量轉換成適于存儲在能量存儲裝置的能量形式。能量轉換裝置也可被運轉以向發(fā)動機20供應輸出(功率、功、扭矩、速度等等)，以增大發(fā)動機輸出。應該意識到的是，能量轉換裝置可以在一些實施例中包含馬達、發(fā)電機或者馬達兼發(fā)電機以及被用于提供能量存儲裝置和車輛驅動輪和/或發(fā)動機之間的能量的適當轉換的各種其他組件。
[0020]發(fā)動機20可以是多缸內燃發(fā)動機，其中一個汽缸在圖1中詳細描述。發(fā)動機20可以通過包含控制器12的控制系統和車輛操作者132通過輸入裝置130的輸入被至少部分地控制。在該示例中，輸入裝置130包含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。
[0021]發(fā)動機20的燃燒汽缸30可以包含活塞36被定位在其中的燃燒汽缸壁32?；钊?6可以被耦接到曲軸40，以便活塞的往復運動被轉換為曲軸的旋轉運動。曲軸40可以通過中間變速器系統被耦接到推進系統10的至少一個驅動輪。燃燒汽缸30可以通過進氣道43從進氣歧管45中接收進氣，并且可以通過排氣道48排出燃燒氣體。進氣歧管45和排氣道48能夠通過各自的進氣門52和排氣門54與燃燒汽缸30選擇性地連通。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以包含兩個或多個進氣門和/或兩個或多個排氣門。
[0022]發(fā)動機20可以可選地包含凸輪方位傳感器55和57。但是，在所示出的示例中，進氣門52和排氣門54可以被凸輪致動通過各自的凸輪致動系統51和53控制。凸輪致動系統51和53可以每個均包含一個或多個凸輪并且可以利用可以被控制器12運轉以使氣門運轉變化的凸輪廓線變換系統(CPS)、可變凸輪正時(VCT)系統、可變氣門正時(VVT)系統和/或可變氣門升程(VVL)系統中的一個或多個。為了能夠檢測凸輪方位，凸輪致動系統51和53可以具有帶齒的輪。進氣門52和排氣門54的方位可以分別被方位傳感器55和57確定。在可替換實施例中，進氣門52和/或排氣門54可以被電動氣門致動控制。例如，汽缸30可以可替換地包含通過電動氣門致動控制的進氣門和通過凸輪致動控制的排氣門，所述凸輪致動包含CPS和/或VCT系統。
[0023]燃料噴射器66被顯示成直接耦接到燃燒汽缸30，以便與信號FPW的脈沖寬度成比例地向其中直接噴射燃料，所述信號FPW被從控制器12通過電子驅動器68接收。用這種方式，燃料噴射器66向燃燒汽缸30提供已知為燃料的直接噴射。燃料噴射器可以被安裝在燃燒汽缸的側面上或者例如在燃燒汽缸的頂部內。燃料可以通過燃料輸送系統(未示出)被輸送到燃料噴射器66，所述燃料輸送系統包含燃料箱、燃料泵以及燃料導軌。在一些實施例中，燃燒汽缸30可以可替換地或另外地包含燃料噴射器，該燃料噴射器被布置在進氣道43中并具有向燃燒汽缸30上游的進氣端口中提供已知為燃料的進氣道噴射的配置。
[0024]進氣道43可以包含電荷運動控制閥(CMCV) 74和CMCV板72，并且也可以包含具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在該特定示例中，節(jié)流板64的方位可以經由信號被控制器12改變，該信號被提供給包含節(jié)氣門62的電動馬達或致動器，這是一種可以被稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)的配置。用這種方式，節(jié)氣門62可以被運轉以使提供給燃燒汽缸30以及其他發(fā)動機燃燒汽缸的進氣變化。進氣道43可以包含質量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122，以便向控制器12提供相應的信號MAF和MAP。
[0025]排氣傳感器126被顯示成耦接到催化轉化器70的上游的排氣道48。傳感器126可以是任何適當的傳感器，以便提供排氣空燃比的指示，例如線性氧傳感器或者通用或寬域排氣氧傳感器(UEGO)、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (加熱型EGO)、N0x、HC或者CO傳感器。排氣系統可以包含起燃催化劑和車身底部催化劑以及排氣歧管、上游和/或下游空燃比傳感器。在一個示例中，催化轉化器70能夠包含多個催化劑磚。在另一示例中，可以使用每個均具有多個磚的多個排放控制裝置。在一個示例中，催化轉化器70能夠是三元類型的催化劑。
[0026]控制器12在圖1中被顯示為微型計算機，包含微型處理器單元102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行程序和校正值的在該特定示例中被顯示為只讀存儲器芯片106的電子存儲介質、隨機存取存儲器108、保活存儲器109以及數據總線?？刂破?2可以從被耦接到發(fā)動機20的傳感器中接收各種信號和信息，除了先前論述的那些信號外，還包含來自質量空氣流量傳感器120的進氣質量空氣流量(MAF)的測量值；來自被耦接到冷卻套筒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，來自被耦接到曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其他類型)的表面點火感測信號(PIP)可以被可選地包含；來自節(jié)氣門方位傳感器的節(jié)氣門方位(TP);以及來自傳感器122的歧管絕對壓力信號(MAP)。由于霍爾效應傳感器118發(fā)揮類似于本文所述的發(fā)動機激光系統的能力，因此該霍爾效應傳感器118可以可選地被包含在發(fā)動機20內。存儲介質只讀存儲器106能夠被用計算機可讀數據編程，該計算機可讀數據表示為了執(zhí)行以下所述的方法及其變體的由處理器102可執(zhí)行的指令。
[0027]激光系統92包含激光激勵器88和激光控制單元(IXU) 90。IXU 90導致激光激勵器88生成激光能量。IXU 90可以從控制器12中接收可運轉指令。激光激勵器88包含激光振蕩部分86和光會聚部分84。光會聚部分84將激光振蕩部分86生成的激光光線會聚在燃燒汽缸30的激光焦點82上。在一個示例中，光會聚部分84可以包含一個或多個鏡頭。
[0028]光電探測器94可以位于汽缸30的頂部作為激光系統92的一部分并且可以從活塞36的頂表面接收返回脈沖。光電探測器94可以包含具有鏡頭的攝像機。在一個示例中，攝像機是電荷耦合裝置(CCD)。CCD攝像機可以被配置為檢測并且讀取LCU 90發(fā)射的激光脈沖。在一個示例中，當LCU發(fā)射在紅外頻率范圍內的激光脈沖時，CCD攝像機可以運轉并且接收在紅外頻率范圍內的脈沖。在該實施例中，攝像機也可以被稱為紅外攝像機。在其他實施例中，攝像機可以是能夠在可視光譜以及在紅外光譜中運轉的全光譜CCD攝像機。攝像機可以包含聚焦檢測到的激光脈沖并且生成汽缸內部圖像的鏡頭。在一個示例中，鏡頭是產生汽缸內部的寬闊全景或半球圖像的魚眼鏡頭。在從LCU 90中發(fā)射激光之后，在激光焦點82處激光在汽缸30的內部區(qū)域內掃掠。被活塞36反射的光能量可以被光電探測器94中的攝像機檢測到。光電探測器94也可以捕獲汽缸內部的圖像，正如以下詳細描述的。
[0029]根據四沖程燃燒周期的發(fā)動機方位，激光系統92被配置為在每個運轉的正時以多于一種能力運轉。例如，激光能量可以被用于在發(fā)動機的做功沖程期間點燃空氣/燃料混合物，包含在發(fā)動機起動轉動期間、發(fā)動機暖機運轉期間以及已暖機的發(fā)動機運轉期間。燃料噴射器66噴射的燃料可以在至少一部分進氣沖程期間形成空氣/燃料混合物，其中采用由激光激勵器88生成的激光能量點燃空氣/燃料混合物使沒有燃燒的空氣/燃料混合物開始燃燒并且驅動活塞36向下。而且，在汽缸燃燒事件期間生成的光可以被光電探測器94使用，以便捕獲汽缸內部的圖像。如圖9詳細描述的，生成的圖像可以然后被用于診斷各種汽缸內組件以及汽缸燃燒參數。
[0030]在第二工作能力中，IXU 90可以輸送低功率脈沖到汽缸。低功率脈沖可以用于確定四沖程燃燒周期期間活塞和氣門方位，正如圖4-7所論述的?；钊轿缓蜌忾T方位測量值可以然后被用于診斷汽缸組件(例如凸輪軸和曲軸)，正如圖10所論述的。此外，一旦從怠速-停止條件中再次激活發(fā)動機，則激光能量可以被用于監(jiān)測發(fā)動機的方位、速度等，以便使燃料輸送和氣門正時同步。而且，由激光光脈沖發(fā)射以較低功率生成的光可以被用于在汽缸燃燒事件發(fā)生之前(例如，在進氣沖程期間)捕獲汽缸的內部的圖像。該圖像也可以在未燃燒狀況期間生成，例如當在特定的診斷模式中運轉時。如圖8詳細描述的，生成的圖像可以然后被用于診斷各種汽缸內組件。
[0031]在光電探測器94處生成的圖像可以在車輛的中心控制臺上被顯示給技工或維護技術人員，以便他們能夠執(zhí)行可視檢查并且識別任何汽缸組件退化。例如，當包含裝備有魚眼鏡頭的紅外攝像機的光電探測器94生成被無線傳送到發(fā)動機控制器并且在車輛的顯示器上被察看的圖像時，被耦接到光電探測器94的激光點火裝置可以將光脈沖傳送到汽缸30。在一些示例中，如參考圖2所論述的，當運轉激光點火裝置時，中心控制臺上的操作者控制的旋鈕能夠調整發(fā)動機方位。這些調整包含從允許汽缸的進一步檢查以便退化指示的初始發(fā)動機方位向前或向后轉動發(fā)動機。
[0032]IXU 90可以根據工況引導激光激勵器88以將激光能量聚焦在不同的位置。例如，激光能量可以被聚焦在汽缸30的內部區(qū)域內遠離汽缸壁32的第一位置處以便點燃空氣/燃料混合物。在一個實施例中，第一位置可以在做功沖程的上止點(TDC)附近。進一步地，LCU 90可以引導激光激勵器88生成被引導到第一位置的第一多個激光脈沖，并且來自剩余激光脈沖的第一燃燒可以從激光激勵器88中接收比輸送到第一位置以便稍后燃燒的激光能量更大的激光能量。如另一示例，激光能量可以被聚焦在朝向汽缸壁最靠近汽缸的進氣端口的第二位置處，以便診斷噴射器噴射模式(spray pattern)或進氣空氣流動模式。
[0033]控制器12控制IXU 90并且具有包含代碼的非臨時計算機可讀存儲介質，所述代碼根據溫度例如ECT來調整激光能量輸送的位置。激光能量可以被引導在汽缸30內不同的位置處?？刂破?2也可并入額外的或可替換的傳感器，以便確定發(fā)動機20的運轉模式，包