CN104110344A - 基于激光点火系统的诊断法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够进行发动机诊断的方法和系统，其包括使用来自激光点火系统的现有硬件进行发动机汽缸的可视检查。在非燃烧状况期间，来自激光点火装置的光脉冲在光检测器处被接收，并用于产生可以被维修技术人员评估的汽缸内侧的图像。车辆系统的电动马达可以在车辆维修模式期间被用于将发动机旋转至并保持发动机处于使技术人员能够执行所选择的诊断测试的特定发动机位置。

Description

基于激光点火系统的诊断法

技术领域

本发明涉及使用激光点火系统诊断发动机的方法和系统。

背景技术

可以间歇性地诊断发动机组件(例如汽缸和气门)在发动机操作期间所遭受的损坏和退化。该诊断法可以包括可视地检查组件的划痕损坏，诸如通过移除火花塞并获得查看汽缸内侧的孔径范围。在由Yalin等人在US2006/0037572中所述的另一种方案中，来自汽缸火花事件和/或燃烧火焰的光被用于诊断汽缸内所存在的堆积和污染物。

发明内容

本发明者在此已认识到上述途径会为诊断法增加大量的时间、成本以及复杂性。本发明者还认识到在配置有激光点火能力的发动机系统中，激光点火系统的组件可以有利地用于可视地检查汽缸内侧。在一个示例中，可以通过以下方法诊断发动机，该方法包含：在非燃烧状况期间，操作激光点火装置，并且基于耦接至汽缸的光检测器指示汽缸退化。这样，可以加快和简化发动机汽缸诊断。

例如，在非燃烧状况期间，激光点火系统的光学器件可以用于诊断汽缸。激光可以用于迅速地扫描每个汽缸的内部。尤其是，低功率光脉冲可以通过激光点火装置发射至汽缸内并通过耦接至汽缸盖的光检测器系统来检测。光检测器系统可以包括摄像机(诸如，CCD摄像机)和镜头(例如鱼眼镜头)，用于检测光脉冲。在一个示例中，光脉冲可以通过激光点火装置在红外光谱(IR)中发射，并通过摄像机在IR光谱中检测。然后可以基于所检测的脉冲产生汽缸内部(诸如，汽缸壁、汽缸进气门和排气门等)的图像。图像可以被(例如无线地)传送至发动机系统并在车辆中央控制台的显示器上被显示给维修提供者(例如机修工)。然后，机修工可以基于所接收的图像确定汽缸组件的退化。

在一些示例中，在非燃烧状况期间，中央控制台的旋钮(例如，音量旋钮)可以用于主动控制发动机位置，以辅助汽缸的可视检查。例如，如果活塞被定位在汽缸顶部附近，阻挡了汽缸的全视图，则机修工可以调整旋钮以向后或向前移动发动机位置，从而朝着汽缸底部移动活塞。因此，这可以允许机修工接收代表汽缸内部更完整视图的图像，并使他能够做出更精确的检查。在非燃烧状况期间，中央控制台旋钮还可以用于在显示器上放大汽缸图像。

这样，有可能利用激光点火系统的优势来降低与发动机的可视检查相关的时间和成本，而不降低检查的精准性。在非燃烧状况期间，通过与激光操作后由红外传感器所采集的汽缸信息相关联，可以产生汽缸内部的诊断图像。然后，该诊断图像可以用于识别发动机的汽缸或气门的退化。通过使用在配置有激光点火系统的发动机中已经可用的硬件，可以降低对高成本、劳动密集性以及耗时的可视检查的需求。总体上，可以简化发动机检查而不降低检查精准性。

应当理解，提供以上概述以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围仅由随附在具体实施例之后的权利要求确定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出示例性混合动力车辆系统。

图2示出图1的混合动力车辆系统的示例性内燃发动机。

图3示出激光脉冲发射至发动机汽缸从而能够可视检查汽缸内部的示例。

图4示出基于在非燃烧状况期间由光检测器所产生的汽缸内图像来诊断汽缸退化的方法的高级流程图。

图5示出基于操作者输入来调整发动机位置以能够执行发动机诊断的方法的高级流程图。

具体实施方式

本发明提供了使用发动机激光点火系统(诸如图1-3的系统)使能混合动力车辆的发动机汽缸的可视检查的方法和系统。由激光点火系统(图3)所发射的低功率激光脉冲可以用于产生汽缸内部的图像。然后可以在车辆的中央控制台上显示这些图像。发动机控制器可以被配置成执行控制程序(诸如图4的程序)以便在非燃烧状况期间以诊断模式操作激光点火装置。可以在中央控制台上向维修提供者(或机修工)显示由激光点火系统的光检测器所产生的图像，并且维修提供者可以使用这些图像来推断汽缸损坏。当以诊断模式操作时可以启动一个或多个中央控制台的旋钮，以对发动机位置作出精细改进，从而改善汽缸内部视图。这样，可以更快地并且以更低的成本执行发动机诊断。发动机控制器可以被配置成执行维修程序(诸如图5中的程序)以在非燃烧状况期间改变发动机位置。在维修模式中，操作者能够从位于中央控制台显示器中的诊断测试选项目录中选择诊断测试。因此，诊断测试的选择启动测量初始发动机位置的发动机传感器，，以便将发动机移至所要求的发动机位置，以执行诊断测试。

图1示意性地示出具有混合动力推进系统10的车辆。混合动力推进系统10包括耦接至变速器16的内燃发动机20。变速器16可以是手动变速器、自动变速器或这二者的组合。此外，可以包括各种额外的组件，诸如液力变矩器和/或其它齿轮诸如最终驱动单元等。变速器16示出为耦接至可以接触路面的驱动轮14。

在该示例性实施例中，混合动力推进系统还包括能量转换装置18，该能量转换装置18可以包括马达、发电机等以及其组合。能量转换装置18进一步示出为耦接至储能装置22，该储能装置22可以包括电池、电容器、飞轮、压力容器等。能量转换装置可以被操作以吸收来自车辆运动和/或发动机的能量，并将吸收的能量转换成适于被储能装置存储的能量形式(即，提供发电机操作)。能量转换装置还可以被操作以供应输出(功率、功、扭矩、速度等)到驱动轮14和/或发动机20(即，提供马达操作)。应明白，在一些实施例中，能量转换装置可以包括马达、发电机或马达和发电机两者，以及用于在储能装置和车辆驱动轮和/或发动机之间提供适当的能量转换的各种其它组件。

发动机20、能量转换装置18、变速器16以及驱动轮14之间所示的连接可以指示机械能从一个组件传递至另一个组件，而能量转换装置18和储能装置22之间的连接可以指示各种能量形式(诸如电能、机械能等)的传递。例如，扭矩可以被从发动机20传递出以经由变速器16驱动车辆驱动轮14。如上所述，储能装置22可以被配置成以发电机模式和/或马达模式操作。在发电机模式中，系统10可以吸收来自发动机20和/或变速器16的一些或所有输出，这可以降低传递至驱动轮14的驱动输出量。此外，发动机转换装置所接收的输出可以用于为储能装置22充电。可替代地，储能装置22可以从外部能量源24(诸如插入主电源)接收电荷。在马达模式中，能量转换装置可以向发动机20和/或变速器16供应机械输出(例如通过使用储存在电池中的电能)。

混合动力推进实施例可以包括完全混合动力系统，其中车辆能够仅在发动机、仅在能量转换装置(例如，马达)或在两者的组合上操作。还可以采用辅助混合动力配置或轻度混合动力配置，其中发动机是主要的扭矩源，混合动力推进系统用以在例如急加油门或其它状况期间选择性地传递增加的扭矩。此外，还可以使用起动机/发电机和/或智能交流发电机系统。

综上所述，应该理解的是示例性混合动力推进系统能够有各种操作模式。例如，在第一模式中，发动机20被开启并用作给驱动轮14提供动力的扭矩源。在这种情况下，车辆在“发动机开启”模式中操作，且燃料从燃料系统28被供应至发动机20(在图2中进一步详细描述)。燃料系统28包括燃料蒸汽回收系统29以储存燃料蒸汽并降低来自混合动力车辆推进系统10的排放。

在另一个模式中，推进系统可以使用能量转换装置18(如电动马达)作为推动车辆的扭矩源来进行操作。在制动、低速及在交通灯处停止等期间可以采用这种“发动机关闭”模式。在另一种模式中，其可以被称为“辅助”模式，替代的扭矩源可以补充由发动机20提供的扭矩并与之合作来起作用。如上文所述，能量转换装置18还可以在发电机模式中操作，其中扭矩被从发动机20和/或变速器16吸收。此外，能量转换装置18可以用以在发动机20在不同燃烧模式之间转换期间(例如，在火花点火模式与压缩点火模式之间的转换期间)增加或吸收扭矩。

以上参考图1描述的各种组件可以由车辆控制系统40控制，车辆控制系统40包括带有计算机可读指令的控制器12，这些计算机可读指令用来实施调节车辆系统、多个传感器42和多个致动器44的程序和子程序。

图2示出包括在混合动力车辆系统(诸如图1的混合动力车辆)内的多汽缸内燃发动机20的示例性汽缸的示意图。发动机20可以至少部分由包括控制器12的控制系统控制并且至少部分由车辆操作者132经输入装置130的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

发动机20的燃烧汽缸30可以包括其中放置活塞36的燃烧汽缸壁32。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经中间变速系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。燃烧汽缸30可以经进气通道43接收来自进气歧管45的进气，并且可以经排气通道48排出燃烧气体。进气歧管45和排气通道48能够经各自的进气门52和排气门54选择性地与燃烧汽缸30连通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在该示例中，通过经由各自的凸轮致动系统51和53的凸轮致动，可以控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53每个均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个来改变气门操作。为了能够检测凸轮位置，凸轮致动系统51和53应具有齿轮。可以分别通过位置传感器55和57确定进气门52和排气门54的位置。在可替代的实施例中，可以通过电动阀致动来控制进气门52和/或排气门54。例如，汽缸30可以可替代地包括经电动阀致动控制的进气门以及经包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器66被示为直接耦接至燃烧汽缸30，以用于以与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例的方式向燃烧汽缸30直接喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器66提供所谓的燃料直喷至燃烧汽缸30。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧汽缸的侧面或者燃烧汽缸的顶部。燃料可以通过燃料输送系统(未示出)被输送至燃料喷射器66，所述燃料输送系统包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。在一些实施例中，燃烧汽缸30可替代地或额外地包括被布置在进气通道42内的燃料喷射器，呈现为提供所谓的燃料进气道喷射至燃烧汽缸30上游的进气道内的配置。

进气通道43可以包括充气运动控制阀(CMCV)74和CMCV板72，并且还可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，节流板64的位置可以经提供至包括节气门62的电动马达或者致动器的信号由控制器12改变，该配置可以被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，可以操作节气门62，从而改变提供至其它发动机燃烧汽缸中的燃烧汽缸30的进气空气。在其它实施例中，可以省略CMCV。进气通道43可以包括空气质量流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于将各自的信号MAF和MAP提供至控制器12。

排气传感器126被示为耦接至催化转换器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指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或者EGO、HEGO(加热型EGR)、NOx、HC或者CO传感器。排气系统可以包括在空燃比传感器上游和/或下游的点火催化剂和车身底部催化剂以及排气歧管。在一个示例中，催化转换器70可以包括多个催化剂砖块。在另一个示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置均具有多个砖块。在一个示例中，催化转换器70可以是三元催化剂。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示为只读存储器(ROM)芯片106)、随机存取存储器(RAM)108、保活存取器(KAM)109以及数据总线。控制器12可以从被耦接至发动机20的传感器接收各种信号和信息，除了之前所讨论的那些信号，还包括：来自质量空气流量传感器120的感应式质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；在一些示例中可以选择性地包括来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或者其它类型)的成形点火检波(PIP)信号；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自空气压力传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机20可以选择性地包括霍尔效应传感器118，因为该传感器以与本文所述的发动机激光系统相似的能力起作用。可以用计算机可读数据对存储介质只读存储器芯片106进行编程，该计算机可读数据代表可以由微处理器102执行以实施下述方法及其变体的指令。

发动机20还包括激光系统92。激光系统92包括激光激发器88和激光控制单元(LCU)90。LCU90使激光激发器88产生激光能。LCU90可以从控制器12接收操作指令。激光激发器88包括激光振荡部分86和聚光部分84。聚光部分84使激光振荡部分86所产生的激光会聚于燃烧汽缸30的激光焦点82上。

光检测器94可以位于汽缸30的顶部作为激光器的一部分，并且可以接收来自活塞36顶部表面的返回脉冲。光检测器94包括具有镜头的摄像机。在一个示例中，该摄像机是电荷耦合装置(CCD)。该CCD摄像机可以被配置成检测和读取由LCU90发射的激光脉冲。在一个示例中，当LCU发射红外频率范围内的激光脉冲时，CCD摄像机可以操作和接收红外频率范围内的脉冲。在该实施例中，摄像机也可以被称为红外摄像机。在其它实施例中，摄像机可以是能够在可见光谱以及红外光谱内操作的全谱CCD摄像机。摄像机可以包括用于聚焦所检测的激光脉冲并产生汽缸内部图像的镜头。在一个示例中，镜头是产生汽缸内侧的宽全景或半球形图像的鱼眼镜头。在LCU90发射激光后，激光在激光焦点82处扫描汽缸30的内部区域。可以通过光检测器94内的摄像机检测从活塞36反射的光能。

激光系统92被配置成以不止一种能力操作。例如，在燃烧状况期间，激光能可以被用于在发动机的动力冲程期间点燃空气/燃料混合物，包括在发动机转动、发动机暖机操作以及暖机后的发动机操作期间。由燃料喷射器66所喷射的燃料可以在至少一部分进气冲程期间形成空气/燃料混合物，其中由激光激发器88所产生的激光能点燃空气/燃料混合物开始燃烧否则不可燃的空气/燃料混合物并向下驱动活塞36。

作为另一示例，在非燃烧状况期间，当在诊断模式中操作时，激光点火装置可以用于产生汽缸内部的图像。该图像可以在车辆中央控制台上显示给机修工，以便工人们可以执行可视检查并识别任何汽缸退化。具体地，耦接至光检测器94的激光点火装置将光脉冲传递到汽缸30内。光检测器94包括配备有鱼眼镜头的红外摄像机，该鱼眼镜头产生无线地传递至发动机控制器并可以在车辆显示器上查看的图像。在操作激光点火装置的同时，中央控制台上的操作者控制的旋钮可以调整发动机位置。这些调整包括使发动机从初始发动机位置向前或向后转动，进而允许检查和检测汽缸退化。作为又一个示例，在其它非燃烧状况期间，当按照位置确定模式操作时，激光脉冲可以用于确定活塞在发动机汽缸内的位置。这可以实现更精确的发动机位置确定。

LCU90可以定向激光激发器88，从而依据操作状况在不同位置处以不同功率水平聚焦激光能。例如，在燃烧状况期间，激光能可以被聚焦在远离汽缸30内部区域内的汽缸壁32的第一位置处，以便点燃空气/燃料混合物。在一个实施例中，第一位置可以接近动力冲程的上止点(TDC)。此外，在该点火模式中用于开始汽缸燃烧的激光脉冲可以具有较高功率水平。此外，LCU90可以定向激光激发器88，从而产生定向至第一位置的第一多个激光脉冲，从静止起的第一燃烧可以接收来自激光激发器88的激光能，该激光能大于被传递至第一位置用于之后燃烧的激光能。另外，在点火期间，激光装置可以在高能量强度下快速发射脉冲，以点燃空气/燃料混合物。

作为另一个示例，在非燃烧状况期间，激光能可以用于识别汽缸活塞的位置，从而推测发动机位置。在发动机起动或重新起动期间，可以使用精准的发动机位置确定，以选择开始了第一燃烧事件的汽缸。在确定活塞位置期间，激光装置可以在低能量强度下扫描激光脉冲。例如，激光可以通过重复的线性频率斜坡进行频率调制，以确定发动机内的一个或更多个活塞的位置。位于汽缸顶部的光检测器94可以检测从活塞反射的光能。基于发射激光脉冲和由光检测器检测到从活塞反射的光之间的时间差，发动机控制器可以确定汽缸内的活塞位置。

作为另一个示例，在非燃烧状况期间，当在诊断模式中操作时，激光能可以用于可视检查汽缸内部以识别发动机退化。在此，激光能可以聚焦在多个位置处，例如从汽缸壁32的一端起覆盖汽缸30整个内部区域到汽缸壁32的另一端，以便扫描整个汽缸。激光装置可以扫描具有低能量强度以高频率经过汽缸的激光脉冲。例如，激光可以通过重复线性频率斜坡进行频率调制。通过很快地扫描尽可以能多的汽缸，激光作为宽射束或灯泡起作用。另外，可以以不同频率检测汽缸内的不同材料。在诊断模式和活塞确定模式操作时所使用的激光脉冲可以比在点火模式操作时所使用的激光脉冲具有更低的功率水平。在一个示例中，在诊断模式中所使用的激光脉冲的功率水平可以基本上低于点火模式中所使用的激光脉冲的功率水平，诸如以不会伤害眼睛的水平。位于汽缸顶部的光检测器94可以检测从活塞和汽缸壁反射的光能，并且光检测器的CCD摄像机可以使用由激光器所产生的光射束捕捉汽缸内部的图像。然后，这些图像可以被传递并显示给车辆操作者，车辆操作者可以基于这些图像来识别汽缸退化。

车辆系统10可以包括车辆驾驶室内的车辆仪表板。车辆仪表板可以包括中央控制台140。因此，中央控制台可以是位于车辆驾驶室中央尤其是车辆驾驶室前面的控制支承表面。中央控制台140可以包括各种控制器，例如旋钮138、刻度盘142以及按钮136。各种控制器可以由车辆操作者致动以调整驾驶室状况。各种控制器可以包括例如耦接至车辆的音乐系统以调整驾驶室内的音乐音量的音量控制旋钮138、耦接至车辆的无线电系统以调整无线电频道的选择的调整按钮136以及耦接至车辆的HVAC系统以调整驾驶室加热和冷却温度的温度控刻度盘142。

中央控制台140还可以包括显示器135。该显示器可以是触摸感应显示器，其能够使车辆操作者经由触摸互动来选择车辆设定值。该显示器还可以用于显示当前车辆设定值。另外，该显示器可以用于在行驶期间显示导航系统(诸如GPS)、电话功能或者所访问的网络应用。在非燃烧状况期间，当激光点火装置在诊断模式下操作时，显示器135被用于描绘汽缸30内侧的图像，这些图像由耦接至激光检测系统92的光检测器94拍摄。具体地，由激光检测系统的CCD摄像机所拍摄的汽缸内部图像例如被无线地传递至发动机控制系统，并在显示器135上显示给车辆操作者(例如，机修工)。基于经由显示器上的触摸互动所选择的操作者显示偏好，可以显示任何或所有汽缸的汽缸内部图像。另外，在诊断模式期间，一个或更多个旋钮138可以被启动用于发动机位置控制(并且停止用于驾驶室控制)。例如，在非燃烧状况期间，当在诊断模式下操作时，音量控制旋钮可以被启动用于发动机位置控制并且停止用于音量控制。结果，对音量控制旋钮138的调整可以被用于从初始发动机位置调整发动机位置，以辅助汽缸的可视检查。例如，可以确定汽缸活塞被定位在或接近当前显示在显示器135上的汽缸顶部处，从而阻挡了汽缸内部的全视图。为了改善视图，车辆操作者可以缓慢地转动音量控制旋钮(例如，顺时针或逆时针旋转)，这进而移动发动机位置(例如向后或向前移动)，使得活塞经调整朝着汽缸底部缓慢地移动至发动机系统的功率分流发电机/马达。在发动机包括行星齿轮变速器的实施例中，马达可以保持外环静止(这样保持车轮静止)，同时发电机(或恒星齿轮)使用来自发电机位置的分解器的反馈或使用具有霍尔效应传感器定位系统的60-2曲柄轮来旋转发动机，其中霍尔效应传感器定位系统用于实际发动机定位反馈。这样的活塞移动可以允许操作者接收代表汽缸内部更完整视图的图像，并能够使他做出更精确的检查。例如，改善的视图能够使操作者检查汽缸壁的划痕损坏。此外，在诊断模式期间，可以启动相同的音量控制旋钮或可替代的中央控制台旋钮、刻度盘或按钮，从而能够使在显示器135上显示的汽缸图像被放大(例如，放大或缩小)。

控制器12控制LCU90并具有非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质包括代码，以基于温度(例如ECT)来调整激光能传递的位置。激光能可以被定向在汽缸30内的不同位置处。控制器12还可以结合用于确定发动机20的操作模式的额外的或可替换的传感器，包括额外的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机旋转速度、空气量以及燃料喷射量的传感器。额外地或可替换地，LCU90可以直接与各种传感器(诸如用于检测ECT的温度传感器)通信以便确定发动机20的操作模式。

如上所述，图1仅示出多汽缸发动机中的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、激光点火系统等。

图3描述了(图2的)激光系统92可以如何将激光发射至汽缸30内以便激光系统的光检测器可以捕捉汽缸内部图像的示例性实施例300。这些图像可以显示给车辆操作者，从而能够进行汽缸损坏的可视检查。因此，图1-2中已介绍的组件在图3中不再介绍。

图3示出激光系统92的示例性操作，激光系统92包括激光激发器88、光检测器94以及LCU90。LCU90使激光激发器88产生激光能。高频激光脉冲被定向至汽缸的不同位置，以尽可能多地扫描汽缸。例如，激光脉冲302可以被定向至汽缸壁315、汽缸30的内部、活塞顶表面313以及气门52和54的内表面(即面向汽缸的表面)。通过尽可能快地扫描尽可能多的汽缸，激光脉冲302作为宽射束光源或灯泡起作用，从而使光检测器94(尤其是CCD摄像机)能够捕捉汽缸内部的图像320。因此，当在诊断期间作为用于图像捕捉的光源来操作时，激光点火系统(或激光装置)可以被认为是在投影仪或照明器模式中操作。LCU90可以接收来自控制器12的操作指令，诸如功率模式。当在诊断模式中操作时，激光系统92以高频率发射一系列低功率脉冲。相比之下，在点火期间，可以在高能量强度下快速脉冲发射激光，以点燃空气/燃料混合物。在一个示例中，在诊断模式期间，可以在具有重复线性频率斜坡的频率调制下，以低能量水平脉冲发射激光。低功率频率激光脉冲可以在红外光谱内被发射。光检测器系统可以位于汽缸顶部作为激光器的一部分，并且可以使用汽缸内部反射的光能来捕捉汽缸图像320，其中光检测器系统包括具有鱼眼镜头的在红外光谱内操作的CCD摄像机(例如，红外CCD摄像机)。捕捉的图像可以包括汽缸壁315、进气门52和排气门54面向汽缸的表面、活塞顶部表面313以及汽缸30的内部的图像。捕捉的图像320可以通过光检测器94无线地传递至控制器12，用以在车辆的中央控制台140内的显示器135上观察。

如上所述，低功率光脉冲可以由激光点火装置在红外(IR)光谱内发射，且CCD摄像机被配置成在IR光谱内操作。在可选实施例中，光检测器94具有全谱CCD摄像机，该摄像机可以被调整为与激光频率协调；因此，该摄像机可以在IR和光(例如日光或灯泡)的其它光谱内操作，并具有在检测到非IR光的情况下禁用激光的能力。在一些示例中，活塞位置可能阻挡汽缸内侧的被显示图像320中的汽缸内部的全视图。一旦观察到这些图像，车辆操作者(例如，维修技术人员或机修工)可以主动对活塞位置做出调整，以便更好地查看汽缸。例如，在图像320指示活塞接近汽缸顶部(例如，在TCD处)的状况期间，额外的调整允许发动机缓慢精确地调准，以便将活塞向下移至汽缸底部。在诊断模式期间，可以启动车辆中央控制台140的一个或更多个旋钮、刻度盘或按钮，以便能够进行发动机位置控制，其中通过操作旋钮、刻度盘或按钮，发动机系统的功率分流发电机/马达被操作以调整发动机位置。在所描述的示例中，当视图中活塞接近汽缸顶部时，操作者能够调整位于车辆的中央控制台140上的音量控制旋钮138，以便使发动机从初始发动机位置向前或向后转动。如果发动机从初始发动机位置向后转动以向下移动活塞，则控制器可以同时打开发动机的进气节气门，以降低进气歧管的膨胀。

现在转向图4，程序400描述了基于激光点火系统的光检测器所产生的汽缸内图像来诊断汽缸退化的方法。该系统在非燃烧状况期间拍摄图像以用于汽缸退化诊断的目的。本方法能够在不移除汽缸内任何组件的情况下对发动机进行可视检查，因此允许更快捷、更简化的诊断测试。

在402处，该方法包括确定车辆是否接通。在所述示例中，车辆是混合动力电动车辆。在一个示例中，可以基于车辆钥匙接通事件确认车辆接通。如果车辆未接通，则在414处，禁用激光点火。一旦确认车辆接通，则在404处，该方法包括估计和/或推断车辆和发动机操作状况。这些可以包括例如驱动器扭矩需求、车辆速度、电池充电状态(SOC)、发动机转速、发动机温度、催化剂温度、升压水平、MAP、MAF、环境状况(温度、压力、湿度等)。因此，基于车辆操作状况，可以确定车辆操作模式。例如，如果驱动器需求低于阈值需求且电池SOC高于阈值充电水平，则车辆可以在电动模式(还被称为发动机关闭模式或非燃烧模式)下操作，其中使用源自系统电动马达和/或电池的功率来推动车辆。作为可替换的示例，如果驱动器需求高于阈值需求和/或电池SOC低于阈值充电水平，则车辆可以在发动机接通模式下操作，其中使用源自发动机内的汽缸燃烧的功率来推动车辆。

因此，在406处，程序确定车辆是否在发动机关闭模式(本文中还被称为非燃烧模式)下操作。如果否，则在408处，可以确认车辆处于发动机接通模式(本文中还被称为燃烧模式)。如果在408处车辆处于燃烧模式，则在410处，操作激光点火装置以将处于较高功率水平的激光脉冲定向至汽缸，从而点燃汽缸内的空气燃料混合物。

转向406，如果车辆处于非燃烧模式，则在412处，可以确定是否已选择激光诊断模式。在一个示例中，如果车辆接通、处于辅助模式并且变速器的驻车锁爪转至“停车”位置，则可以选择诊断模式。在车辆操作的有规律间隔处(例如在自上次诊断操作后的车辆操作的阈值距离或车辆操作的阈值时间后)选择诊断模式。可替代地，车辆操作者经由中央控制台上的选择可以主动选择诊断模式。如果未选择诊断模式且车辆在发动机关闭模式下操作，则程序返回至414以禁用激光点火装置。

如果在412处车辆操作者选择激光诊断模式，则该程序前进至416处，其中激光点火装置经操作在红外光谱内将处于低功率水平的激光脉冲定向至汽缸内部，以扫描汽缸。因此，激光点火装置在诊断模式中以比燃烧状况(在410处)期间所使用的功率水平更低的功率水平进行操作。具体地，激光点火装置发射频繁的低功率激光脉冲贯穿汽缸，有效地充当光射束。这样，激光在诊断期间可以在投影仪或照明器模式中进行操作。耦接至激光点火装置的光检测器可以使用由激光脉冲所产生的光射束来捕捉汽缸内部的图像。光检测器包括摄像机和聚光镜头。例如，光检测器可以是带有鱼眼镜头的红外摄像机(例如CCD)，用于使用来自激光脉冲的光来产生汽缸内部的图像。

在418处，该程序包括接收由光检测器所捕捉的汽缸内部的图像。在一个示例中，所捕捉的图像在发动机系统内被从光检测器无线地传递至发动机控制器。在420处，在车辆中央控制台(例如，中央控制台的显示装置上)上向车辆操作者显示所接收的图像。可以以汽缸特有(cylinder-specific)的方式显示这些图像。在一个示例中，可以显示从所有发动机汽缸捕捉的图像且车辆操作者可以使用显示器上的触摸互动或中央控制台上的按钮来选择单个汽缸用以查看。另外，操作者可以使用中央控制台的按钮、旋钮或刻度盘或者显示器的其他触摸互动来放大汽缸视图(例如，放大视图内的汽缸图像)。在本文中，车辆操作者可以是能够基于所捕捉的图像诊断发动机退化(例如，汽缸壁划痕损坏)的维修技术人员或机修工。

在422处，该程序包括启动车辆中央控制台的操作者控制的旋钮，以用于发动机位置控制。因此，这允许旋钮(诸如中央控制台的无线电音量控制旋钮)停止用于音量控制，并且被启动用于对发动机位置进行调整，从而调整活塞在汽缸内的位置。在非燃烧状况期间，所启动的操作者控制的旋钮可以经由混合动力车辆系统的电动发电机耦接至发动机，以便基于车辆操作者对旋钮位置的调整来调整汽缸内的活塞位置。车辆操作者可以基于由光检测器捕捉并在中央控制台的显示器上显示的图像进行位置调整。例如，如果所捕捉的图像指示视图内的汽缸的活塞接近汽缸顶部，其阻挡了汽缸壁和气门的视图，则车辆操作者可以缓慢转动旋钮以调整发动机位置，从而将活塞位置精确地调整至提供更好的汽缸内部视图的位置。调整汽缸内的活塞位置可能需要转动旋钮，从而将发动机从初始发动机位置向后或向前旋转。控制器可以按要求基于发动机位置的调整来执行节气门位置调整。例如，如果发动机需要从初始位置向后转动以促使活塞朝向汽缸底部运动，则在422处，当向后转动发动机时，控制器可以增加进气节气门开口，以降低进气歧管膨胀。

车辆操作者可以基于在中央控制台上显示给操作者的图像来诊断发动机状态(包括汽缸壁和气门状态)。因此，通过使用由光检测器所捕捉的图像，操作者能够可视地检查汽缸内部并识别退化(诸如气门损坏或划痕损坏)。如果车辆操作者基于所捕捉的图像确定退化，则操作者可以将该指示提供至车辆控制系统(例如，通过选择中央控制台上的按钮)。然后，发动机控制系统可以基于操作者输入设置诊断代码以指示发动机退化。

这样，在第一燃烧状况期间，激光点火装置经操作点燃汽缸内的空气燃料混合物，而在第二非燃烧状况期间，激光点火装置经操作诊断汽缸内部。在本文中，在第一状况期间，以较高功率水平操作激光点火装置，而在第二状况期间，以较低功率水平操作激光点火装置。光检测器耦接至汽缸，用以检测来自激光点火装置的激光脉冲。在第一和第二状况的每一个期间，激光点火装置可以被操作以在红外光谱内发射激光脉冲，并且也可以在红外光谱内操作光检测器。

光检测器在第二状况期间使用来自激光脉冲的光来捕捉汽缸内部的图像。光检测器的输出(例如，汽缸内部的图像)可以被传递至发动机控制器并在车辆中央控制台上向车辆操作者显示。发动机可以耦接至混合动力电动车辆，并且在诊断期间，可以由车辆操作者(例如机修工)基于对操作者控制的旋钮的调整来主动改变发动机位置。在本文中，可以经由混合动力电动车辆的电动发电机通过旋钮来使得能够主动进行发动机位置改变。控制器可以基于发动机位置的变化调整节气门位置。例如，当发动机从初始位置向后旋转时，可以打开节气门。

还应明白的是在第三非燃烧状况中，可以以较低功率水平操作激光点火装置，从而确定活塞在汽缸内的位置，以用于发动机位置控制。因此，耦接至汽缸的光检测器可以检测活塞顶部表面对所发射的激光脉冲的反射。基于激光点火装置发射激光时的时间到光检测器检测到反射的激光脉冲时所经历的时间，控制器可以确定活塞位置。精准的发动机位置信息可以在随后发动机重启期间用于识别在其中执行第一燃烧事件的汽缸，从而改善发动机重启时间。

这样，在非燃烧状况期间，激光点火装置可以经操作用于诊断目的，并且可以基于耦接至汽缸的光检测器的输出指示汽缸退化。通过操作激光点火装置以用作光源，激光点火系统的摄像机可以有利地用于捕捉汽缸内部的图像。这能够使机修工在降低成本和时间的情况下执行发动机的可视检查。

现在转向图5，程序500描述基于操作者输入调整发动机位置从而能够执行发动机诊断的方法。该系统基于操作者输入允许混合动力车辆系统的电动马达将发动机旋转至所要求的位置，从而能够使操作者执行多种诊断测试。

在502处，该方法包括确认已选择维修模式。可以在已通过操作者选择维修模式的所选的非燃烧状况期间确认维修模式。操作者可以是能够通过执行一个或更多个诊断测试来诊断发动机状态的维修技术人员或机修工。因此，当车辆未运行时，诸如当发动机关闭而车辆停驻时，维修模式可以是可选择的。此外，维修模式可以代表车辆组件(例如，发动机、变速器、电池等)被诊断时的车辆模式。在一个示例中，操作者可以经由耦接至车辆的维修诊断工具提供选择维修模式的操作者输入。可替代地，操作者可以经由车辆的用户界面(例如，经由车辆中央控制台上的触摸互动显示器或经由中央控制台上的按钮)提供选择维修模式的操作者输入。如果未要求维修模式，则结束该程序。

一旦确认了维修模式要求，控制器便可以将车辆转变成维修模式。在一个示例中，在维修模式中，控制器可以在中央控制台显示器上为操作者呈现多个诊断测试选项。操作者能够从车辆中央控制台上显示的用户界面上呈现的若干诊断测试选项中选择将要执行的诊断测试(例如，在一系列诊断测试中首先将执行的诊断测试)。在用户界面上所显示的多个诊断测试可以包括例如液压锁测试、凸轮轴失准测试、汽缸可视检查等。

在504处，该程序包括接收来自操作者的发动机位置要求。可以经由维修诊断工具接收来自操作者的发动机位置要求。可替代地，可以经由中央控制台上的用户界面接收来自操作者的发动机位置要求。发动机位置要求可以包括所要求的发动机的特定汽缸的活塞位置。

在一个示例中，发动机位置要求可以包括执行特定诊断测试所需要的特定发动机位置(例如，特定发动机汽缸内的特定活塞位置)。例如，操作者可以(从控制器显示的多个选项中)选择将要执行的诊断测试，以及选择执行所选诊断测试所在的发动机位置。在本文中，控制器可以接收显示器上的操作者诊断选择，同时还接收关于发动机位置要求的操作者输入(例如，经由用户界面或经由维修诊断工具)。在可替代的示例中，控制器可以预编程有所选择的诊断测试期望的发动机位置。例如，控制器的查找表可以被填入数据，并可以响应于操作者的诊断选择而被控制器引用。在本文中，控制器仅可以接收显示器上的操作者诊断选择，并可以基于操作者诊断选择来推断发动机位置要求。例如，当操作者选择液压锁测试时，控制器可以推断在I-4发动机内所要求的发动机位置包括被定位在压缩TDC处的发动机汽缸2的活塞，以便可以执行液压锁测试。可替代地，活塞可以移至汽缸底部，摄像机或检测器可以用于寻找汽缸内的流体。此外，还可以因为积碳、熔化活塞或外来物体的出现而查看汽缸。

在506处，该程序使用车辆传感器确定初始发动机位置。例如，控制器可以从车辆的发动机位置传感器接收初始位置估计(包括特定汽缸的特定活塞的位置估计)。在508处，基于初始发动机位置和所要求的发动机位置之间的差异，该程序包括经由车辆系统的电动马达将发动机旋转至所要求的发动机位置。具体地，电动马达(其沿传动系耦接至发动机)经操作将发动机从所测量的初始发动机位置旋转至所要求的发动机位置。在一个示例中，电动马达的转速、扭矩和/或功率设定可以基于所测量的初始发动机位置和所要求的发动机位置之间的差异，其中当差异较高时马达较快地旋转，而当差异较低时马达较慢地旋转。因此，一旦发动机处于所要求的位置，便可以开始所选择的诊断测试。

在510处，该程序确定诊断测试是否完成。因此，可以经由用户界面从操作者接收关于完成诊断测试的输入。例如，一旦操作者已成功完成所选诊断，操作者便可以致动中央控制台的按钮，在中央控制台上做出选择，或使维修诊断工具与车辆断开，以指示该测试已经完成。如果测试还未完成，则在512处，发动机经由马达扭矩维持在所要求的发动机位置直到接收到指示完成诊断测试的操作者输入。具体地，发动机位置经由马达扭矩维持在所要求的位置，以便抵消可能不平衡的压缩力。

应明白虽然该程序建议在诊断测试完成前通过电动马达维持发动机位置，但在可替代的示例中，基于测试性质，可以不必维持发动机。例如，一些测试可能要求精准的预定位，但可能并不要求在测试期间保持位置。作为一个示例，当所选择的诊断测试是真空测试时，发动机可以被旋转至所选位置，然后发动机可以自旋(例如，通过马达)以评估发动机的真空产生潜能。

如果在510处接收到指示完成诊断测试的输入，则在514处，可以确定是否已从操作者接收到新发动机位置要求。在一个示例中，一旦完成第一初始诊断测试，操作者便可以进行到执行第二随后诊断测试。在本文中，如在504处，操作者可以(从控制器显示的剩余选项中)选择将要执行的诊断测试，以及选择执行所选择的诊断测试所在的发动机位置。可替代地，控制器可以接收显示器上的新操作者诊断选择，并且可以基于最近操作者诊断选择来推断新发动机位置要求。在另一个示例中，一旦完成诊断测试，操作者便可以完成发动机诊断，并且无需运行进一步的诊断测试。在本文中，操作者可以致动中央控制台的按钮，或在中央控制台上做出选择，以指示无需进一步的发动机位置调整。

如果在514处没有新位置要求，且操作者输入指示完成了所有诊断测试，则在518处，响应于从操作者处接收到无进一步发动机位置要求，控制器将车辆从维修模式转为非维修模式(或操作模式)。尤其是，经由电动马达将发动机旋转至默认发动机位置(例如，用于重启发动机的默认发动机位置)，且将车辆从维修模式转为操作模式(例如，非维修模式)。

返回至514，如果发动机确实从操作者处接收到新发动机位置要求和/或用于新诊断测试的进一步诊断测试选择，则在516处，经由电动马达旋转发动机至进一步要求的发动机位置。然后，来自电动马达的马达扭矩被用于将发动机保持在所要求的位置，直到完成最近所选择的诊断测试。然后基于操作者输入重复步骤510-516，直到操作者指示所有测试已完成，且无需进一步的发动机位置调整。当完成所有诊断测试且从操作者处未接收到进一步的发动机位置要求时，车辆返回至操作模式。这样，维修技术人员可以有利地使用混合动力车辆系统的电动马达来精准地定位发动机，以便执行发动机诊断。

在一个示例中，混合动力车辆系统包括发动机，该发动机包括带有活塞的汽缸。发动机经传动系耦接至车辆的电动马达和驱动轮。车辆系统可以包含中央控制台，该中央控制台包括用于接收操作者输入的显示器。该系统还可以包括用于测量发动机位置的传感器以及用于基于诊断测试的操作者选择来执行调整的控制器。在发动机非燃烧状况期间，操作者可以要求维修模式，响应于此，具有计算机可读指令的控制器可以将车辆转为维修模式。一旦车辆被配置成维修模式，车辆中央控制台中的显示器可以向操作者提供多种可选择的诊断测试选项。操作者可以在显示器上选择诊断测试，以允许控制器接收包括所要求的发动机特定汽缸的活塞位置在内的发动机位置要求。控制器可以接收来自车辆传感器的初始发动机位置估计，并且可以操作电动马达以将发动机旋转至所要求的位置。电动马达操作可以基于初始发动机位置估计和发动机位置要求之间的差异。在将发动机旋转至所要求的发动机位置后，发动机可以维持在所要求的发动机位置，同时完成操作者所选择的诊断测试。如果接收到进一步的发动机位置要求和进一步的诊断测试操作者选择输入，则相应地重新调整发动机位置直到完成所有诊断测试。当从操作者处未接受到进一步的发动机位置要求时，控制器可以将车辆返回至非维修模式。

这样，通过使用具有激光点火系统的混合动力车辆内的现有硬件，可以在所选非燃烧状况期间执行发动机诊断。通过操作激光点火装置以提供能够使光检测器捕捉汽缸内部图像的光脉冲，维修技术人员能够以成本和时间有效的方式执行汽缸的可视检查。通过也使用混合动力车辆系统的电动马达将发动机精确地定位在所选的发动机位置，可以准确且更为可靠地执行位置敏感的诊断测试。这样，可以提高维修技术人员所执行的发动机诊断的质量。

注意，在本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行地执行或者在一些情况下省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示说明和描述而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器的代码。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于车辆发动机的方法，其包括：

在非燃烧状况期间，操作汽缸的激光点火装置；以及

基于耦接至所述汽缸的光检测器指示汽缸退化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述激光点火装置包括操作所述激光点火装置以将激光脉冲定向到所述汽缸内。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述光检测器还耦接至所述激光点火装置，并且其中所述光检测器包括具有鱼眼镜头的红外摄像机，以产生所述汽缸内部的图像，所述图像被无线地传递至发动机控制器并被显示在所述车辆的中央控制台上。

4.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述光检测器指示汽缸退化包括基于由所述光检测器产生的所述汽缸内部的所述图像指示汽缸退化。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含：启动所述车辆中央控制台的旋钮以用于发动机位置控制；以及基于操作者对所述旋钮的调整来调整发动机位置，所述调整包括将所述发动机从初始发动机位置向前或向后转动。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含：当将所述发动机从所述初始发动机位置向后转动时，打开进气门以降低进气歧管膨胀。

7.根据权利要求1所述的方法，其中指示汽缸退化包括设定诊断代码。

8.一种用于发动机汽缸的方法，其包括：

在第一燃烧状况期间，操作激光点火装置以点燃所述汽缸内的空气燃料混合物；以及

在第二非燃烧状况期间，操作所述激光点火装置以诊断所述汽缸的内部。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一状况期间，以较高功率水平操作所述激光点火装置，并且其中在所述第二状况期间，以较低功率水平操作所述激光点火装置。

10.根据权利要求8所述的方法，其中光检测器耦接至所述汽缸，用以检测来自所述激光点火装置的激光脉冲，并且其中在所述第一和第二状况的每个期间，所述光检测器在红外光谱内被操作。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在所述第二状况期间，将所述光检测器的输出传递至发动机控制器并将所述光检测器的所述输出在车辆中央控制台上显示给车辆操作者，其中所述输出包括所述汽缸的内部的图像。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述发动机耦接至混合动力电动车辆，所述方法还包括在所述第二状况期间，基于对操作者控制的旋钮的调整，主动改变发动机位置，其中经由所述混合动力电动车辆的电动发电机执行所述主动改变。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含，在所述第二状况期间，基于所述主动改变所述发动机位置来调整节气门位置，所述节气门在所述发动机从初始位置向后旋转时打开。

14.一种混合动力车辆系统，其包含：

包括汽缸的发动机，所述汽缸包括活塞；

电动发电机；

耦接至汽缸盖的激光点火系统；

耦接至所述汽缸盖的光检测器系统，其包括摄像机和聚光镜头；

在所述车辆的中央控制台上的显示器；以及

带有计算机可读指令的控制系统，用于：

在非燃烧状况期间，

操作所述激光点火系统，以将激光脉冲定向至所述汽缸的内部；

使用来自所述激光脉冲的光，在所述摄像机处捕捉所述汽缸的内部的图像；

将所捕捉的图像传递至所述显示器；以及

基于所述图像指示汽缸组件的退化。

15.根据权利要求14所述的系统，其中操作所述激光点火装置包括以比在燃烧状况期间所用的功率水平更低的功率水平来操作所述激光点火系统。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述摄像机是红外CCD摄像机，且其中所述聚光镜头是鱼眼镜头。

17.根据权利要求14所述的系统，其中指示汽缸组件的退化包括设定诊断代码以指示汽缸壁和/或气门的退化。

18.根据权利要求14所述的系统，其进一步包含在所述中央控制台上的操作者控制的旋钮，所述旋钮在非燃烧状况期间经由所述电动发电机耦接至所述发动机，其中所述控制器还包括基于车辆操作者对所述旋钮的位置的调整来调整所述汽缸内的所述活塞的位置的指令。

19.根据权利要求14所述的系统，其中将所述图像传递至所述显示器包括在所述发动机系统内无线地传递所述图像。

20.根据权利要求14所述的系统，其中所述发动机包括进气节气门，并且其中调整所述活塞的位置包括从初始位置向后旋转所述发动机，所述控制器还包括增加所述进气节气门的开度同时向后旋转所述发动机的指令。