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1、(10)申请公布号 CN 104251177 A (43)申请公布日 2014.12.31 CN 104251177 A (21)申请号 201410300702.1 (22)申请日 2014.06.27 13/931,249 2013.06.28 US F02P 23/04(2006.01) (71)申请人 福特环球技术公司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 DR马丁 KJ米勒 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 赵蓉民 (54) 发明名称 用于激光点火控制的方法和系统 (57) 摘要 本发明涉及用于激光点火控制的方法和系 统， 并且提供了用于闭环调整。
2、混合动力车辆的激 光点火装置的激光强度的方法与系统。在连续 的激光点火事件中应用的激光强度被降低， 直至 阈值数量的汽缸燃烧事件的火焰质量衰退。激光 强度然后被增大以提高火焰质量并且重复闭环调 整。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104251177 A CN 104251177 A 1/2 页 2 1. 一种发动机方法， 包括 ： 在汽缸点火事件期间基于监测的汽缸火焰质量来动态调整发动机激光点火装置的激 。
3、光强度。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中所述动态调整包括， 在每个点火事件中， 降低所述 激光强度， 直至所述监测的汽缸火焰质量在阈值数量的连续点火事件中衰退， 并且然后增 大所述激光强度。 3. 根据权利要求 2 所述的方法， 其中降低所述激光强度包括以基于发动机负荷的第一 因数在每个点火事件中逐步降低所述激光强度。 4. 根据权利要求 3 所述的方法， 其中增大所述激光强度包括以基于发动机负荷的第二 因数在每个点火事件中逐步增大所述激光强度。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其中在所述降低过程中应用的所述第一因数大于在所 述增大过程中应用的所述第二因数。 6. 根据权利要。
4、求 5 所述的方法， 进一步包括， 在增大所述激光强度之后， 减小所述第 一因数并且以减小的第一因数来重复降低所述激光强度， 直至所述监测的汽缸火焰质量衰 退。 7. 根据权利要求 5 所述的方法， 进一步包括， 响应于发动机负荷的增长速率大于阈值， 增大所述第二因数或者减小所述第一因数。 8. 根据权利要求 2 所述的方法， 其中降低所述激光强度包括在每个点火事件期间降低 所述激光点火装置的电流， 并且其中增大所述激光强度包括在每个点火事件期间增大所述 激光点火装置的电流。 9. 根据权利要求 1 所述的方法， 进一步包括， 通过连接至所述激光点火装置的光电探 测器来监测所述汽缸火焰质量， 。
5、该监测包括基于所述光电探测器的输出来推测每个点火事 件之后的峰值缸内温度。 10. 根据权利要求 8 所述的方法， 其中所述光电探测器包括以下各项中的一个或者多 个 ： 红外相机、 CCD 相机和光谱传感器。 11. 根据权利要求 8 所述的方法， 其中所述监测的火焰质量衰退包括所述推测的峰值 缸内温度低于阈值。 12. 一种用于包括激光点火系统的混合动力车辆发动机的方法， 该方法包括 ： 在所述发动机的激光点火事件之后， 在所述发动机的多个随后的激光点火事件中减小激光强度， 直至推测的燃烧火焰质量 达到阈值， 所述推测的燃烧火焰质量基于连接至所述激光点火系统的光电探测器 ； 并且 然后响应于。
6、达到所述阈值而增大所述激光强度。 13. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中所述光电探测器被配置用于红外探测， 并且其 中基于光电探测器来推测燃烧火焰质量包括基于所述光电探测器的输出来估算每个激光 点火事件之后的峰值缸内温度， 并且当估算的峰值缸内温度低于阈值时， 推测所述燃烧火 焰质量衰退。 14. 根据权利要求 13 所述的方法， 其中减小所述激光强度包括将从电池传送至所述激 光点火系统的电流减小第一因数， 该减小因数至少基于发动机负荷。 15. 根据权利要求 14 所述的方法， 其中所述第一因数进一步基于以下各项中的一个或 权 利 要 求 书 CN 104251177 A 2 2/2。
7、 页 3 者多个 ： 汽缸盖温度、 排气空燃比以及所述电池的电荷状态。 16. 根据权利要求 14 所述的方法， 其中增大所述激光强度包括将传送至所述激光点火 系统的电流增大第二因数， 该第二因数基于所述第一因数和发动机负荷的变化速率。 17. 根据权利要求 16 所述的方法， 其中所述第二因数随着发动机负荷的上升速率的增 大而增大。 18. 根据权利要求 17 所述的方法， 其中响应于发动机缺火事件和预点火事件中的一个 或多个， 所述第一因数减小和 / 或所述第二因数增大。 19. 一种混合动力车辆系统， 包括 ： 包括汽缸的发动机， 该汽缸包括活塞 ； 连接至电池的电动马达发电机 ； 连接。
8、至汽缸盖的电池运转的激光点火装置 ； 连接至所述激光点火装置的被配置用于红外探测的光电探测器 ； 以及 具有计算机可读指令的控制器， 该控制器用于 ： 在每个点火事件中， 采用所述光电探测器估算所述汽缸内部的火焰质量 ； 响应于估算的火焰质量高于阈值， 在随后的点火事件中减小所述激光点火装置的激光 强度 ； 并且 响应于估算的火焰质量低于所述阈值， 在阈值数量的点火事件中增大所述激光点火装 置的激光强度。 20. 根据权利要求 19 所述的系统， 其中减小所述激光点火装置的激光强度包括从所述 电池汲取更小的电流至所述激光点火装置中， 并且其中增大所述激光点火装置的激光强度 包括从所述电池汲取更。
9、大的电流至所述激光点火装置中。 权 利 要 求 书 CN 104251177 A 3 1/10 页 4 用于激光点火控制的方法和系统 技术领域 0001 本申请涉及通过降低发动机激光点火系统的激光能耗来改善车辆燃料经济性的 方法与系统。 背景技术 0002 车辆上的发动机系统， 例如混合动力车辆 (HEV) 和配置为怠速 - 停止运行的车辆 上的发动机系统， 可以配置有激光点火系统。 除了启动汽缸燃烧之外， 该激光点火系统还可 以在发动机启动的过程中用来准确地确定每个汽缸中的活塞的位置， 使合适的汽缸能够被 选择以用于第一燃烧事件。 如此， 这提升了发动机的重新启动能力。 激光点火装置可以在高。
10、 能量强度下持续地运转， 以确保每一个燃烧事件具有良好的空气燃料混合物的燃烧。 然而， 由于激光点火系统使用来自车辆系统电池的能量， 所以激光器的频繁点火会耗尽电池的能 量。在混合动力车辆中， 这会不利地影响车辆的燃料经济性。 0003 在 Woerner 等人的 US 2013/0098331 中展示了在使用激光点火系统时用于提高燃 料经济性的一种示例性方法。其中， 通过以时间上相互偏置的多个激光点火脉冲照射在预 燃烧室内的点火位置， 实现汽缸中空气燃料混合物的最优的透烧 (burn-through)。这允许 了在预燃烧室中产生的焰心可以有利地用来点燃该预燃烧室以及主燃烧室中的空气燃料 混合。
11、物， 从而减少总激光点火的使用。 0004 然而， 本文的发明人已经认识到这一方法的潜在问题。 一个示例是 ： 该方法可能不 能应用在各燃烧室未被连接到对应的预燃烧室的发动机系统中。另一个示例是 ： 若该预燃 烧室中未能正确地产生焰心， 那么除了产生该预燃烧室焰心所花费的激光能量之外， 可能 还需要耗费另外的激光能量来产生燃烧室焰心。因此， 这可能增加电池电荷消耗并降低燃 料经济性。 发明内容 0005 在一个示例中， 以上某些问题可以通过一种发动机方法来解决， 该方法包括 ： 在汽 缸点火事件期间基于监测的汽缸火焰质量来动态调整发动机激光点火装置的激光强度。 按 照这种方式， 可以降低激光点。
12、火系统的激光强度， 直至火焰质量受到影响， 以便改善电池消 耗。 0006 例如， 混合动力车辆中的发动机可以配备有激光点火系统， 该激光点火系统包括 用于点燃空气燃料混合物的电池运转的激光点火装置以及用于监测每个汽缸内的火焰质 量的光电探测器。在行驶周期中， 激光点火装置的激光强度可以在每一次点火事件中 ( 例 如， 逐步地 ) 降低， 同时光电探测器用于对每个对应的汽缸燃烧事件监测火焰质量。该逐 步的降低可以例如基于发动机负荷、 汽缸盖温度以及燃烧的空燃比。该光电探测器可以包 括， 例如， 红外传感器和 / 或 CCD 相机， 其用于基于在每个点火事件之后的汽缸燃烧期间所 达到的缸内峰值温。
13、度来推测火焰质量。若所达到的缸内峰值温度低于阈值， 则可以确定未 发生良好的燃烧 ( 例如， 发生了不充分燃烧 )。响应于阈值数量的连续的衰退的火焰事件 说 明 书 CN 104251177 A 4 2/10 页 5 ( 例如， 1-2 个连续的衰退的火焰事件 )， 可以推测激光能量就燃烧而言过低， 并且可以提高 激光点火装置的强度以改善燃烧。然后， 可以重复降低激光强度， 例如， 每次点火事件中以 较小的降低量来减小激光强度。这允许最优化的激光能量使用。 0007 按照这种方式， 可以在车辆行驶周期中动态地调整激光点火强度以减少电池消 耗。通过尽可能地减小激光点火强度而不影响火焰质量， 激光。
14、能耗被降低。通过使用基于 火焰质量的激光强度的闭环调整， 而不是采用过度补偿激光能量以便始终确保高火焰质量 的开环调整， 显著减小了激光能量浪费。 如此， 这在混合动力车辆系统中降低了电池消耗并 且改善了燃料经济性。 0008 应该理解的是， 以上概述仅以简化形式介绍在具体实施方式中另作阐述的选择的 概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征， 其范围由所附权利要求唯一 限定。此外， 要求保护的主题并不限于解决以上指明的或在本公开的任何部分中指出的任 何缺点的实施方式。 附图说明 0009 图 1 示出了配置有激光点火系统的一个示例性内燃发动机的示意图。 0010 图 2 示出了一种。
15、用于基于火焰质量来调制汽缸激光点火装置的强度的方法的高 级流程图。 0011 图 3 示出了根据本公开的对激光点火装置的激光能量的一种示例性闭环调整。 具体实施方式 0012 提供了用于调整发动机系统中的激光点火装置的激光能量的方法和系统， 该发动 机系统配置有激光点火系统， 例如图 1 的发动机系统。控制器可以配置为执行控制例程， 例如图 2 的例程， 以便基于连接到该激光点火装置的光电探测器所监测到的汽缸燃烧的火 焰质量来反馈调整连续点火事件过程中所使用的激光能量。 可以逐渐减少所使用的激光能 量， 直至该火焰质量衰退， 其后可以提高该激光能量。图 3 示出了对激光点火装置的强度的 一种示。
16、例性调整， 以减小电池消耗。 0013 参见图 1， 该图中示出了多缸内燃发动机 20 的一个示例性汽缸的示意图。发动机 20 可以至少部分地由包括控制器 12 的控制系统以及由来自车辆操作人员 132 通过输入装 置 130 的输入控制。在这个示例中， 输入装置 130 包括加速器踏板以及用于产生成比例的 踏板位置信号 PP 的踏板位置传感器 134。 0014 发动机20的燃烧汽缸30可以包括燃烧汽缸壁32， 活塞36被放置在所述燃烧汽缸 壁 32 中。活塞 36 可以被连接到曲轴 40， 以便将该活塞的往复运动变换为该曲轴的旋转运 动。曲轴 40 可以通过中间传动系统而连接到车辆的至少一。
17、个驱动轮。燃烧汽缸 30 可以经 由进气通道 43 从进气歧管 45 接收进气， 并且可以经由排气通道 48 排出燃烧气体。进气歧 管 45 和排气通道 48 可以经由相应的进气门 52 和排气门 54 与燃烧汽缸 30 选择性地连通。 在一些实施例中， 燃烧汽缸 30 可以包括两个或者多个进气门和 / 或两个或多个排气门。 0015 在这个示例中， 进气门 52 和排气门 54 可以通过凸轮致动经由相应的凸轮致动系 统 51 和 53 来控制。凸轮致动系统 51 和 53 可以各自包括一个或多个凸轮， 并且可以利用 可以由控制器12操作的以下各项中的一个或多个来改变气门操作 ： 凸轮廓线切换。
18、(CPS)系 说 明 书 CN 104251177 A 5 3/10 页 6 统、 可变凸轮正时 (VCT) 系统、 可变气门正时 (VVT) 系统和 / 或可变气门升程 (VVL) 系统。 为了能够检测凸轮位置， 凸轮致动系统 51 和 53 应该具有带齿的轮。进气门 52 和排气门 54 的位置可以分别通过位置传感器 55 和 57 来确定。在可替代的实施例中， 进气门 52 和 / 或 排气门 54 可以通过电动气门致动来控制。例如， 汽缸 30 可以可替换地包括通过电动气门 致动来控制的进气门和通过包括 CPS 和 / 或 VCT 系统的凸轮致动来控制的排气门。 0016 燃料喷射器 。
19、66 被示出为直接连接到燃烧汽缸 30， 以用于将燃料与通过电子驱动 器 68 从控制器 12 接收到的信号 FPW 的脉冲宽度成正比地直接喷射到该燃烧汽缸中。按照 这种方式， 燃料喷射器 66 提供了所谓的将燃料直接喷射到燃烧汽缸 30 中。例如， 燃料喷射 器可以安装在该燃烧汽缸的侧面上或者该燃烧汽缸的顶部中。 燃料可以通过燃料输送系统 ( 未示出 ) 输送到燃料喷射器 66， 该燃料输送系统包括燃料箱、 燃料泵以及燃料导轨。在一 些实施例中， 燃烧汽缸 30 可以可替换地或者额外地包括被布置在进气通道 43 中的燃料喷 射器， 该燃料喷射器配置为提供所谓的将燃料喷射到燃烧汽缸 30 的上。
20、游的进气道中的进 气道喷射。 0017 进气通道 43 可以包括充气运动控制阀 (CMCV)74 和 CMCV 板 72， 并且还可以包括 节气门 62， 该节气门具有节流板 64。在这个具体的示例中， 节流板 64 的位置可以由控制器 12 通过提供到包括节气门 62 的电动马达或致动器的信号而改变， 形成一种可以称之为电 子节气门控制 (ETC) 的配置。按照这种方式， 节气门 62 可以被操作用来改变供给燃烧汽缸 30 以及其他发动机燃烧汽缸的进气。进气通道 43 可以包括质量空气流量传感器 120 和歧 管空气压力传感器 122， 以用于将相应的信号 MAF 和 MAP 提供给控制器 。
21、12。 0018 排气传感器 126 被显示为连接到催化转化器 70 上游的排气通道 48。传感器 126 可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器， 例如线性氧传感器或 UEGO( 通用 或宽域排气氧 ) 传感器、 双态氧传感器或 EGO、 HEGO( 加热式 EGO)、 NOx、 HC、 或者 CO 传感器。 该排气系统可以包括起燃催化剂和车身底部催化剂， 以及排气歧管、 上游和 / 或下游空燃 比传感器。在一个示例中， 催化转化器 70 可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中， 可以 采用多个排放控制装置， 每个排放控制装置都具有多个催化剂砖。 在一个示例中， 催化转化 器 70 。
22、可以是三元催化剂。 0019 图1所示的控制器12是微型计算机， 它包括 ： 微处理器单元(CPU)102、 输入/输出 端口 (I/O)104、 在这个具体示例中示出为只读存储器芯片 (ROM)106 的用于可执行程序与 校准值的电子存储介质、 随机存取存储器 (RAM)108、 保活存储器 (KAM)109 以及数据总线。 控制器 12 可以接收来自连接到发动机 20 的传感器的不同的信号和信息， 除上述那些信号 之外， 还包括 ： 来自质量空气流量传感器 120 的进气质量空气流量计 (MAF) 的测量值 ； 来自 连接到冷却套筒 114 的温度传感器 112 的发动机冷却剂温度 (EC。
23、T) ； 在某些示例中， 可以任 选地包括来自连接至曲轴 40 的霍尔效应传感器 118( 或其他类型 ) 的表面点火感测信号 (PIP) ； 来自节气门位置传感器的节气门位置(TP) ； 以及来自传感器122的绝对歧管压力信 号 MAP。该霍尔效应传感器 118 可以任选地包括在发动机 20 中， 因为其在能力方面的作用 类似于在此描述的发动机激光系统。存储介质式只读存储器 106 可以计算机可读的数据编 程以用于执行下文所述的方法及其变体， 这些数据代表可以由处理器 102 执行的指令。 0020 发动机 20 进一步包括激光点火系统 92。激光点火系统 92 包括激光激励器 88 和 激。
24、光控制单元 (LCU)90。LCU 90 使得激光激励器 88 产生激光能量。激光点火系统 92 可以 说 明 书 CN 104251177 A 6 4/10 页 7 是电池运转的， 原因在于激光激励器88可以从电池180汲取电能来产生用于点火事件的激 光能量。在所描绘的示例中， 发动机 20 可以被配置在混合动力车辆之中， 该车辆在某些工 况下采用来自电池 180 的马达扭矩来推动车辆并且在其他工况下采用来自发动机 20 的发 动机扭矩来推动车辆。LCU 90 可以接收来自控制器 12 的操作指令。如以下详细说明的， 这 可以包括接收关于从电池180汲取电流以改变由激励器88传送的激光脉冲的。
25、能量的指令。 激光激励器 88 包括激光振荡部分 86 和光线汇聚部分 84。该光线汇聚部分 84 将由激光振 荡部分 86 产生的激光光线汇聚到燃烧汽缸 30 的激光焦点 82 上。 0021 光电探测器 94 可以作为激光器的一部分设置在汽缸 30 的顶部， 并且可以接收来 自活塞 36 的顶部表面的返回脉冲。光电探测器 94 可以包括传感器、 相机和透镜中的一个 或多个。在一个示例中， 该相机是电荷耦合器件 (CCD)， 其被配置为探测和读取由 LCU 90 发 射的激光脉冲。例如， 当该 LCU 发射红外频率范围内的激光脉冲时， 该 CCD 相机可以运转并 接收该红外频率范围中的脉冲。。
26、在这种实施例中， 该相机还可以被称作红外相机。在其他 实施例中， 该相机可以是全光谱的 CCD 相机， 其能够运转在可见光谱以及红外光谱中。 0022 该相机可以包括用于聚焦探测到的激光脉冲的透镜。在一个实施例中， 该透镜是 鱼眼透镜。 在激光从LCU 90发射后， 该激光在汽缸30的内部区域中的激光焦点82处扫描。 如此， 在激光点火装置运转之后， 由于汽缸中空气燃料混合物的点燃， 可以发生汽缸燃烧事 件， 并且汽缸温度可以升高。因此， 活塞 36 反射的光能和汽缸内产生的热可以被光电探测 器 94 中的红外相机探测。按照这种方式， 该光电探测器可以用来提供关于汽缸内燃烧的质 量的信息。例如。
27、， 该光电探测器可以提供关于火焰前沿、 火焰质量和其他燃烧参数的信息。 0023 在另一个示例中， 该光电探测器可以包括红外传感器。该光电探测器在红外光谱 内的输出可以用来估算并监测该汽缸内的火焰质量。 具体地， 在燃烧事件之后， 可以基于光 电探测器在红外光谱内的输出来估算或推测所达到的峰值缸内温度。 如果所达到的温度足 够高 ( 例如， 高过阈值温度 )， 则可以确定良好的汽缸燃烧以及在整个燃烧 / 点火事件期间 传送了足够的激光点火能量。相比较而言， 如果所达到的温度不是足够高 ( 例如， 低于阈值 温度 )， 则可以确定不充分或者不完全燃烧以及在整个燃烧 / 点火事件期间传送的激光点 。
28、火能量不足。 0024 应当理解的是， 在更进一步的实施例中， 可以通过将该光电探测器在红外光谱内 估算的汽缸温度分布与期望的汽缸温度分布进行比较来监测火焰质量。该期望的缸内温 度分布可以反映汽缸内产生的和 / 或在汽缸燃烧事件的过程中从该汽缸释放的热。例如， 在进气冲程中， 当汽缸中接收到新鲜的进气时， 汽缸温度可以降低。然后在压缩冲程中， 当 空气燃料混合物被压缩时， 可以观测到温度略微升高。在压缩冲程中， 在激光点火事件之 后， 被压缩的空气燃料混合物的点燃可以导致燃烧以及汽缸温度的激增。最终， 在排气冲 程中， 当燃烧产物从该汽缸释放时， 汽缸温度可以下降。因此， 如果在汽缸内发生期望。
29、的燃 烧， 则在自激光点火事件起的阈值时间可以观测到峰值在压缩冲程或其附近的汽缸温度分 布。结果， 该期望的燃烧分布可以包括缸内峰值温度， 其高于阈值温度和 / 或在自该激光点 火事件起的阈值持续时间之后的正时处发生的峰值温度。在衰退的燃烧事件中 ( 例如， 缺 火(misfi re)事件)， 汽缸内产生的热量可以大大降低。 因此， 该峰值缸内温度可低于阈值温 度。进而， 该温度分布中的峰值温度的正时可位于自该激光点火装置的运转起的阈值持续 时间之外 ( 例如， 晚于所述阈值持续时间 )。基于这一差异， 可以确定火焰质量衰退。正如 说 明 书 CN 104251177 A 7 5/10 页 8。
30、 在此所详述的， 响应于该衰退的火焰质量， 可以调整该激光点火系统的激光强度。 0025 激光系统 92 被构造为以多于一种能力运转。例如， 在燃烧状况期间， 在发动机的 做功冲程中， 包括在发动机起动转动、 发动机暖机运转以及暖机后的发动机运转期间， 可以 利用激光能量来对空气 / 燃料混合物进行点火。在进气冲程的至少一部分期间， 由燃料喷 射器 66 喷射的燃料可以形成空气 / 燃料混合物， 其中使用由激光激励器 88 产生的激光能 量对空气 / 燃料混合物点火使得以其他方式不可燃的空气 / 燃料混合物开始燃烧， 并且向 下驱动活塞36。 作为另一个示例， 在非燃烧状况期间， 该激光能量可。
31、以用来识别汽缸的活塞 的位置， 并从而推测发动机位置。精确的发动机位置确定可以在发动机启动和重新启动过 程中被用来选择汽缸， 在该汽缸中启动第一燃烧事件。 在活塞位置的确定过程中， 该激光装 置能够以低能量强度来扫描激光脉冲。例如， 可以重复的线性频率斜坡来对该激光进行频 率调制， 以便确定发动机中的一个或多个活塞的位置。光电探测器 94 可以探测该活塞反射 的光能。 发动机控制器可以基于激光脉冲的发射与光电探测器探测到反射离开活塞的光线 之间的时间差来确定该活塞在该汽缸中的位置。 0026 LCU 90 可以引导该激光激励器 88 将激光能量根据工况聚焦在不同位置和不同的 功率水平。例如， 。
32、在燃烧工况下， 该激光能量可以被聚焦在汽缸 30 的内部区域中离开汽缸 壁 32 的第一位置， 以便点燃空气 / 燃料混合物。在一个实施例中， 该第一位置可以位于做 功冲程的上止点 (TDC) 附近。进一步， 在这种点火模式下用来启动汽缸燃烧的激光脉冲可 以具有相对较高的功率水平。更进一步， LCU 90 可以引导激光激励器 88 产生被引导至该 第一位置的多个第一激光脉冲， 并且从静止开始的第一燃烧可以从激光激励器 88 接收激 光能量， 该激光能量大于传输到该第一位置用于以后的燃烧的激光能量。 比较而言， 在非燃 烧工况下， 该激光能量可以被聚焦在活塞表面的顶部。该激光装置可以高频通过该汽。
33、缸扫 描具有低能量强度的激光脉冲。例如， 可以用重复的线性频率斜坡来对该激光进行频率调 制。 在活塞确定模式下运行时使用的激光脉冲的功率水平可以比在点火模式下运行时所使 用的激光脉冲的功率水平更低。 0027 正如以下的详细说明， 控制器 12 控制 LCU 90 并且具有非暂存的计算机可读存储 介质， 该介质包括代码以便基于例如监测到的火焰质量、 发动机负荷、 汽缸盖温度、 排气空 燃比以及电池电荷状态来调整激光能量传送的强度。此外， 还可以改变该激光能量的传送 位置。 控制器12还可以结合用于确定发动机20的运转模式的附加的或者可替代的传感器， 包括附加的温度传感器、 压力传感器、 扭矩传。
34、感器以及探测发动机转速、 空气量和燃料喷射 量的传感器。 0028 如上所述， 图 1 仅示出了多缸发动机的一个汽缸， 并且每个汽缸都可以类似地包 括其自身的一组进气 / 排气门、 燃料喷射器、 激光点火系统等。 0029 如上所述， 在燃烧工况期间， 该激光系统可以在较高的功率模式下运转， 从而产生 足够的激光能量以点燃并且燃烧汽缸中的空气燃料混合物。可以从系统电池 180 汲取能量 来运转该激光器。 本发明人已经认识到， 通常， 激光点火系统在燃烧工况期间以较高的功率 水平运行， 以确保有足够的激光能量保证汽缸燃烧。 然而， 如果该激光点火装置以较高的功 率模式在提高的能量水平或强度下持续。
35、运行， 则电池能量可能以较高速率被汲取。这可能 不利地影响混合动力车辆的燃料经济性。 具体地， 基于汽缸工况以及发动机负荷的变化， 提 供汽缸空气燃料混合物的充分燃烧所需的激光能量可以变化并且可以频繁地低于所述提 说 明 书 CN 104251177 A 8 6/10 页 9 高的 ( 例如， 最大 ) 水平。在这些工况期间， 使用较高的激光强度可能是浪费的。 0030 如参照图 2 所详述的， 在燃烧工况期间， 控制器可以在多个连续点火事件期间降 低(例如， 持续地或者逐步地)激光强度。 该强度可以通过减小由激光点火系统从电池180 所汲取的电流而降低第一因数， 该第一因数基于发动机负荷情况。
36、以及电池电荷状态、 汽缸 盖温度和汽缸燃烧空燃比中的一个或多个来确定。 例如， 当汽缸盖温度降低时， 所采用的激 光强度可以提高 ( 即， 第一因数可以减小 )。作为另一个示例， 当燃烧空燃比变得比化学计 量比稀时， 所采用的激光强度可以被增大(应用更小的第一因数)。 点火事件之后的汽缸燃 烧事件可以通过光电探测器来监控。如果火焰质量衰退 ( 例如， 低于阈值 )， 则可以确定激 光能量不足以完成有效燃烧。因此， 控制器可以提高激光能量水平， 例如， 通过将由激光点 火系统从电池汲取的电流增大第二因数。 该第二因数可以小于第一因数并且还可以取决于 发动机负荷。控制器可以重新开始以更小尺寸的步长。
37、 ( 例如， 用更小的因数 ) 来减小激光 能量。按照这种方式， 控制器可以动态并且连续地以闭环的形式来调整激光能量。这允许 激光用量显著减少， 从而改善了电池消耗和车辆的燃料经济性。 0031 现在转到图 2， 示出了例程 200， 该例程用于在汽缸点火事件期间根据监测到的汽 缸火焰质量来动态地调整发动机激光点火装置的激光强度。 该闭环控制方法允许用于点火 的电池用量减小， 从而提供混合电力车辆的燃料经济性益处。 0032 在 202， 可以确定激光点火系统是否试图点火。即， 可以确定是否发生了激光点火 事件。如此， 在激光点火事件期间， 激光点火系统可以从车辆电池汲取电流， 以产生用于该 。
38、点火事件的激光能量。 0033 下一步， 在 204， 可以估算和 / 或推测对应于激光点火事件的针对汽缸燃烧事件 的峰值缸内温度。例如， 每个点火事件之后的峰值缸内温度可以根据在红外光谱中运转的 光电探测器的输出来推测， 该光电探测器被连接至该激光点火系统。该光电探测器可以包 括以下各项中的一个或多个 ： 红外传感器、 CCD 相机以及在红外区域中运转的光谱传感器。 这样， 可以在每次点火事件之前通过部分燃料喷射器的喷雾来清洁传感器或光电探测器透 镜， 该燃料喷射器的喷雾将燃料直接地喷洒 ( 即， 通过直接喷射 ) 到汽缸中。在点火事件之 后的燃烧事件期间， 产生热量， 该热量产生红外光线，。
39、 该红外光线被光电探测器感测。基于 光电探测器的输出， 可以监测针对由激光点火事件导致的燃烧事件的汽缸火焰质量 ( 以及 其他汽缸燃烧参数 )。 0034 在 206， 可以确定所测量或者推测的缸内峰值温度是否指示良好的汽缸燃烧。例 如， 可以确定该温度是否高于阈值。 任选地， 还可以确定峰值温度的正时是否处在与该汽缸 的压缩冲程对应的时刻。 如果是， 则在208， 可以确定由先前的激光点火事件(在202)导致 的燃烧事件的监测到的火焰质量是良好的并且没有衰退。响应于未衰退的火焰质量， 并且 为了优化激光能量的使用， 还是在 208， 控制器可以降低激光强度。在一个示例中， 降低激 光强度包括。
40、在多个点火事件 ( 例如， 每个随后的点火事件 ) 期间以至少基于发动机负荷的 第一因数来逐步地降低激光强度。 这是因为汽缸内的充分燃烧所需的点火能量随着如发动 机负荷的发动机参数而变化。作为一个示例， 随着发动机负荷增加， 第一因数可以减小， 因 为较高的发动机负荷情况通常需要更多的点火能量用于良好的燃烧。 该第一因数可以进一 步基于以下各项中的一个或者多个 ： 汽缸盖温度、 燃烧空燃比以及电池电荷状态。 通过调整 该第一因数， 可以改变逐步地减小该激光强度中使用的步长的大小。 具体地， 在较冷的汽缸 说 明 书 CN 104251177 A 9 7/10 页 10 盖温度处可以施加较高的激。
41、光强度。同样， 在较稀的汽缸运转期间可以施加较高的激光强 度。 在可替代的示例中， 激光强度可以被逐渐降低， 并且该逐渐降低的速率可以根据以下各 项中的一个或者多个来调整 ： 汽缸盖温度、 燃烧空燃比以及电池电荷状态。更进一步， 激光 强度可以减小， 并且然后在多个点火事件中维持减小的水平， 然后进一步减小并且然后在 多个点火事件中维持在进一步减小的水平， 依次类推。 0035 该例程从 208 返回至 202， 以便在进一步减小激光强度前重新开始再次确认点火 和良好的燃烧。 以此方式， 发动机的激光点火事件之后， 控制器可以在发动机的随后的多个 激光点火事件中降低激光强度， 直至推测的燃烧火。
42、焰质量达到阈值， 该推测的燃烧火焰质 量基于连接至激光点火系统的光电探测器。 0036 如果良好的燃烧在 206 未得到确认， 那么可以在 210 确认测量的温度 ( 或者监测 到的火焰质量 ) 指示不充分燃烧。即， 可以确认针对该燃烧事件的监测到的火焰质量衰退。 若为否， 该例程返回至 202， 以便在进一步减小激光强度之前重新开始再次确认点火和良好 的燃烧。如果确认火焰质量衰退， 则在 212， 该例程包括增大激光强度。增大激光强度可包 括， 例如在各个点火事件期间以第二因数来逐步增大激光强度， 该第二因数与用于降低激 光强度的第一因数不同。该第二因数还可以基于发动机负荷。例如， 当发动机。
43、负荷增大时， 可以增大该第二因数。 0037 如在此使用的， 降低激光强度包括在每个点火事件期间减小激光点火系统的电 流， 而提高激光强度包括在每个点火事件期间增大激光点火系统的电流。 确切地讲， 在降低 过程中， 可以将激光点火装置的电流减小第一因数， 而在提高过程中， 可以将激光点火装置 的电流增大第二因数。进一步， 在降低激光强度的过程中应用的第一因数可以大于在提高 激光强度的过程中应用的第二因数。 换言之， 激光能量能够以较大的步长被降低， 直至燃烧 衰退， 并且然后该强度能够以较小的步长被增大。这允许激光能量的用量可以精细调整和 优化。 0038 应当理解的是， 尽管图 2 的例程描。
44、绘了在每个点火事件中降低激光强度并监测汽 缸火焰质量， 并且然后如果确定该汽缸火焰质量衰退， 则在下一个点火事件增大激光强度， 但应当理解的是， 在可替代的示例中， 可以仅在已经确认阈值数量的衰退燃烧事件之后才 增大激光强度。 例如， 控制器可以在每个点火事件中降低激光强度， 直至监测的汽缸火焰质 量在阈值数量的连续点火事件 ( 例如， 1-2 个连续燃烧事件 ) 期间衰退， 并且然后增大激光 强度。 0039 如上所述， 可以根据推测的峰值缸内温度低于阈值来确定监测的火焰质量是衰退 的。然而， 应当理解的是， 尽管图 2 的例程根据所推测的缸内峰值温度来评估汽缸燃烧和火 焰质量， 并且采用该。
45、评估来改变用于随后的激光点火事件的激光强度， 但在可替代的实施 例中， 所推测的缸内峰值温度可以用来评估一个或者更多其它的、 或者附加的汽缸燃烧参 数， 并且该评估可以用来改变用于随后的激光点火事件的激光强度。 0040 在该增大之后， 该例程可以返回至 202， 以便重新开始朝着最小水平来降低激光强 度。任选地， 在增大激光强度之后， 在该例程的下一次迭代时， 可以减小第一因数。换言之， 当在识别衰退的燃烧和补偿性地增大激光强度之前降低激光强度时， 可以应用较大的第一 因数， 而当在识别出衰退的燃烧和该激光强度已被增大之后降低该激光强度时， 可以应用 较小的第一因数。例如， 在增大该激光强度。
46、之后， 该控制器可以减小该第一因数， 并且用该 说 明 书 CN 104251177 A 10 8/10 页 11 减小的第一因数来重复降低激光强度， 直至监测的汽缸火焰质量衰退。 0041 该例程还可以从 212 前进至 214， 以确定发动机负荷是否有任何突变。这样， 发动 机负荷的变化可以导致良好的汽缸燃烧所需要的点火能量数量的变化。因此在 214， 可以 确定发动机负荷是否存在突增。这可以包括确定该发动机负荷是否高于阈值， 或者该发动 机负荷的增大速率是否大于阈值 ( 速率 )。如果是， 则在 218， 该例程包括增大第二因数和 / 或者降低第一因数。也就是说， 响应于可能需要更多点火。
47、能量的发动机负荷的迅速增大， 以较高的速率并且用较大的步长来完成激光强度的增大 ( 如在 212)， 以便在较高的负荷情 况下可以提供较多的点火能量。可替代地， 以较低的速率并且用较小的步长来完成该激光 能量的降低 ( 如在 208)， 以便在该较高的负荷情况下有更多的点火能量可供使用。在进一 步的示例中， 响应于该发动机负荷的突增， 控制器可以重新开始以最大点火能量水平运转 激光点火系统 ( 例如， 持续多个燃烧事件 )， 以确保高负荷情况下的充分燃烧。当发动机负 荷已经降低时， 可以重新开始该降低过程。 0042 在 216， 如果无发动机负荷突增， 则该例程确定是否已经发生了任何异常燃烧。
48、事 件。例如， 可以确定是否存在严重的缺火或者预点火的指示。这样， 这些异常燃烧事件中的 一个或多个可以由不充分的点火能量导致。因此， 如果异常燃烧被确认， 该例程返回到 218 以调整该激光强度， 以便减少异常燃烧事件的进一步发生。 确切地讲， 该激光强度的降低能 够以较慢的并且较小的修剪来进行， 而激光能量的增大能够以较快并且较大的修剪来进行 以便为随后的点火事件提供较多的点火能量。 在进一步的示例中， 响应于缺火， 控制器可以 最大点火能量水平重新开始运转激光点火系统 ( 例如， 持续多个燃烧事件 )， 至少直至该异 常燃烧的指示降低。如果确定无缺火， 该例程可返回到 202， 并且可以。
49、重复进行激光强度的 降低， 以优化激光能量的使用。 0043 以此方式， 激光强度的减少可以作为持续进行的动态过程来执行， 其中火焰和燃 烧质量由该红外光电探测器直接监测。通过动态地减小激光强度， 在行驶周期上可以节省 能量。 0044 在一个示例中， 一种用于包括激光点火系统的混合动力车辆发动机的方法包括 ： 在该发动机的激光点火事件之后， 在该发动机的多个随后的激光点火事件中减小激光强 度， 直至推测的燃烧火焰质量达到阈值， 该推测的燃烧火焰质量基于连接至激光点火系统 的光电探测器 ； 并且然后响应于达到该阈值而增大该激光强度。该光电探测器可以被配置 用于红外探测。 基于该光电探测器来推测燃烧火焰质量可以包括根据该光电探测器的输出 估算每个激光点火事件之后的峰值缸内温度， 并且当该估算的峰值缸内温度低于阈值时， 推测燃烧火焰质量衰退。 减小该激光强度可以包括将从电池传送至激光点火系统的电流减 小第一因数， 该减小因数至少基于发动机负荷。该第一因数可以进一步基于该电池的电荷 状态， 该第一因数随着该电池电荷状态的降低而降低。该第一因数可以进一步基于汽缸盖 温度和排气空燃比， 当该汽缸盖温度下降或者该。