CN109555618A - 用于监测烟粒产生的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于监测烟粒产生的方法和系统，并提供了一种用于使用发动机激光点火系统以在燃烧期间实时获取汽缸的图像并且估计汽缸烟粒生成的方法和系统。如果确定过量烟粒生成，则通过改变喷射压力、喷射量和喷射比例来调节汽缸燃料供应。还基于排气温度限制调节汽缸的空燃比以减少烟粒生成。

Description

用于监测烟粒产生的方法和系统
技术领域
本申请涉及监测配置有激光点火系统的发动机中的汽缸烟粒产生。
背景技术
原料气体烟粒产生可以用作指示发动机操作效率的参数。例如，升高的原料气体烟粒产生可以指示燃烧空燃比过度富化，或燃料喷射器喷雾被错误地路由到汽缸壁或活塞上。随着发动机组件随着时间的推移而老化，以及由于部件之间的可变性，烟粒产生可能相比于标称值增加。过量烟粒产生可能使排气排放装置退化并且需要对燃料喷射采取减轻措施以减少烟粒形成。另外，车辆设计可能必须更新在排气通道中的颗粒过滤器以降低排气烟粒水平。
可以使用各种方法来确定原料气体烟粒产生。例如，从发动机测功器图进行的观测可以用于对原料气体烟粒产生建模。其它方法包括使用排气烟粒或压差传感器以用于估计排气过滤器上的烟粒积聚(诸如基于过滤器两端的压降)，并基于过滤器烟粒积聚推断原料气体烟粒产生。本文发明人已经认识到此类方法可以增加成本和复杂性，而不一定增强烟粒测量的准确性。此外，灰尘可能增加过滤器两端的永久性压降，从而混淆结果。考虑到这些问题，发明人已经意识到，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监测汽缸燃烧并实时确定原料气体烟粒产生。在一个示例中，估计的烟粒可以通过一种方法执行，该方法包括：响应于汽缸中生成的烟粒量来调节汽缸燃料供应，该量基于通过激光点火设备生成的图像在控制器处估计。以这种方式，如果确定了升高的烟粒产生，则可以基本上立即采取适当的减轻措施。
发明内容
作为示例，激光点火系统的光学器件可以用于诊断过量烟粒产生的汽缸燃烧事件。激光可以用于快速扫描每个汽缸的内部。特别地，低功率光脉冲可以由激光点火设备发射到汽缸中，并且由耦接到汽缸盖的光电检测系统检测。一旦阈值燃烧定相完成(诸如在50％燃烧定相之后)，就可以开始发射光脉冲并且持续直到排气冲程完成。光电检测系统可以包括用于检测光脉冲的相机(诸如CCD相机)和透镜(诸如鱼眼透镜)。光脉冲可以在燃烧事件期间照亮在汽缸中形成的烟粒颗粒。在一个示例中，光脉冲可以由激光点火设备在红外(IR)光谱中发射，并且由相机在IR光谱中检测。可以基于检测到的脉冲生成燃烧后汽缸内部中的烟粒颗粒生成的图像。图像可以在发动机系统内传输(例如，无线地)并且在车辆中央控制台的显示器上显示给服务提供者(例如，机械师或车辆操作员)。另外，可以从控制器的存储器中检索在给定工况下(例如，在给定的发动机转速负载状况下)在汽缸中的烟粒生成的参考图像，并将其显示给机械师以进行比较分析。任选地，如果发动机耦接在混合动力电动车辆中，则可以在发动机操作期间操作电动马达以在生成汽缸内图像的同时维持发动机转速负载状况。在一个示例中，基于比较，所生成的图像可以指示在给定状况下的过量烟粒形成。如果机械师确定所生成的图像指示过量烟粒形成，则机械师可以经由显示设备向控制器指示该过量烟粒形成。因此，可以设置诊断代码并且可以调节燃料喷射参数以减少进一步的烟粒形成。例如，如果富化地操作汽缸以用于温度控制，则可以降低富化程度。作为另一个示例，如果汽缸以化学计量比操作，则可以增加燃料喷射压力。
以这种方式，有可能利用激光点火系统来减少与确定汽缸烟粒形成相关联的时间和成本，而不会降低确定的准确性。通过将在汽缸燃烧事件期间/之后由光电检测器聚集的汽缸烟粒形成的图像与参考图像进行比较，可以及时识别和解决过量烟粒形成。使用激光点火系统的激光生成图像的技术效果是可以利用激光点火配置的发动机中已有的硬件进行诊断，从而减少对昂贵的传感器和过滤器的需求。通过实时识别过量汽缸烟粒形成，可以加速燃料喷射调节。
应当理解，提供以上发明内容是为了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。其并不意味着标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出耦接在混合动力车辆系统中的内燃发动机的示例燃烧室。
图2示出使用图1的发动机的激光系统的图像捕获和显示的示例。
图3A至图3B示出到发动机汽缸的激光脉冲发射的示例。
图4示出用于基于由激光点火系统的光电检测器生成的汽缸内图像来诊断过量烟粒形成的方法的高级流程图。
具体实施方式
提供了用于使用激光点火系统诊断汽缸烟粒形成的方法和系统，如图1所示。如图2和图3A至图3B所示，较低强度的激光脉冲发射可以用于在光电检测器捕获汽缸内图像时照亮汽缸的内部。较高强度的激光脉冲发射也可以用于开始燃烧。生成的图像可以用于调节各种汽缸燃烧参数。发动机控制器可以被配置成执行控制例程(诸如图4的示例例程)以基于由光电检测器使用来自激光脉冲发射的光在燃烧事件期间生成的汽缸内图像来确定过量烟粒形成。因此，可以调节燃料喷射曲线以减少进一步的烟粒形成。
转到图1，描绘了示例混合动力推进系统100。混合动力推进系统可以配置在载客公路车辆5中。混合动力推进系统100包括内燃发动机10。发动机可以耦接到变速器(未示出)，诸如手动变速器、自动变速器或其组合。此外，可以包括各种附加组件，诸如变矩器和/或诸如最终驱动单元等其它齿轮。混合动力推进系统还包括能量转换设备(未示出)，其可以包括马达、发电机等，及其组合。可以操作能量转换设备以从车辆运动和/或发动机吸收能量，并将吸收的能量转换成适于存储在能量存储设备处的能量形式。还可以操作能量转换设备以向发动机10供应输出(功率、功、扭矩、转速等)，以便增大发动机输出。应当理解，在一些实施例中，能量转换设备可以包括马达、发电机或马达和发电机两者，以及用于在能量存储设备和车辆驱动轮和/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10可以为多汽缸内燃发动机，其一个汽缸在图1中详细描绘。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统以及通过来自车辆操作员132经由输入设备130的输入来控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。
发动机10的燃烧汽缸30可以包括具有位于其中的活塞36的燃烧汽缸壁32。活塞36可以耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统耦接到推进系统10的至少一个驱动轮。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。
发动机10可以任选地包括凸轮位置传感器55和57。然而，在所示的示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。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)系统中的一个或多个，这些系统可以由控制器12操作以改变气门操作。为了实现凸轮位置的检测，凸轮致动系统51和53可以具有带齿的轮。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代实施例中，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可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器66示出为直接耦接到燃烧汽缸30，用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧汽缸中。以这种方式，燃料喷射器66提供所谓的到燃烧汽缸30的直接燃料喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧汽缸的侧面上或燃烧汽缸的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料输送系统(未示出)输送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以替代地或附加地包括以提供所谓的到燃烧汽缸30上游的进气道中的燃料的进气道喷射配置布置在进气通道43中的燃料喷射器。
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。在该特定示例中，节流板64的位置可以经由提供给包括在节气门62中的电动马达或致动器的信号通过控制器12而改变，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以改变提供给燃烧汽缸30以及其它发动机燃烧汽缸中的进气。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，以用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。
排气传感器126示出为耦接到催化转换器70上游的排气通道48。传感器126可以为用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(热EGO)、NOx、HC或CO传感器。排气系统可以包括起燃催化剂和底部催化剂，以及排气歧管、上游和/或下游空燃比传感器。在一个示例中，催化转换器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制设备，每个排放控制设备具有多个砖。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中示为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在该特定示例中示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器109和数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号和信息，包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；在一些示例中，可以任选地包括来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)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。霍尔效应传感器118可以任选地包括在发动机10中，因为它在能力上类似于本文描述的发动机激光系统起作用。存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行以用于执行下面描述的方法及其变型的指令。
激光系统92包括激光激励器88和激光控制单元(LCU)90。LCU 90致使激光激励器88生成激光能量。LCU 90可以从控制器12接收操作指令。激光激励器88包括激光振荡部分86和光会聚部分84。光会聚部分84将激光振荡部分86生成的激光会聚在燃烧汽缸30的激光焦点82上。在一个示例中，光会聚部分84可以包括一个或多个透镜。
光电检测器94可以位于汽缸30的顶部作为激光系统92的一部分，并且可以接收来自活塞36的顶表面的返回脉冲。光电检测器94可以包括具有透镜的相机。在一个示例中，相机是电荷耦合器件(CCD)。CCD相机可以被配置成检测和读取由LCU 90发射的激光脉冲。在一个示例中，当LCU发射在红外频率范围中的激光脉冲时，CCD相机可以操作并接收在红外频率范围中的脉冲。在这样的实施例中，相机也可以称为红外相机。在其它实施例中，相机可以为全光谱CCD相机，其能够在可见光谱以及红外光谱中操作。相机可以包括透镜，以用于聚焦检测到的激光脉冲并生成汽缸内部的图像。在一个示例中，透镜是鱼眼透镜，其创建汽缸内部的广角全景或半球形图像。在来自LCU 90的激光发射之后，激光在激光焦点82处在汽缸30的内部区域内扫描。由活塞36反射的光能量可以由光电检测器94中的相机检测。光电检测器94还可以捕获汽缸内部的图像，如下所述。
激光系统92被配置成基于四冲程燃烧循环的发动机位置以每个操作的正时以不止一个能力进行操作。例如，激光能量可以用于在发动机的做功冲程期间(包括在发动机起动、发动机预热操作和预热的发动机操作期间)对空气/燃料混合物点火。由燃料喷射器66喷射的燃料可以在进气冲程的至少一部分期间形成空气/燃料混合物，其中利用由激光激励器88生成的激光能量对空气/燃料混合物点火开启否则不可燃的空气/燃料混合物的燃烧并向下驱动活塞36。此外，在汽缸燃烧事件期间生成的光可以由光电检测器94用于捕获汽缸内部的图像。如图4详细描述的，然后可以使用所生成的图像来诊断汽缸燃烧。
在第二操作能力中，LCU 90可以向汽缸输送低功率脉冲。低功率脉冲可以用于在四冲程燃烧循环期间确定活塞和气门位置。另外，在从怠速停止状况重新激活发动机时，可以利用激光能量来监测发动机的位置、速度等，以使燃料输送和气门正时同步。此外，由较低功率的激光脉冲发射生成的光可以用于在汽缸燃烧事件发生之前(诸如在进气冲程期间)捕获汽缸内部的图像。
在光电检测器94处生成的图像可以在车辆中央控制台上显示给机械师或维修技师，使得他们可以执行目视检查并识别排气烟粒形成。例如，耦接到光电检测器94的激光点火设备可以将光脉冲传输到汽缸30中，而包括配备有鱼眼透镜的红外相机的光电检测器94生成图像，这些图像被无线传输到发动机控制器并在车辆的显示器上观察。在一些示例中，如参考图2所讨论的，在操作激光点火设备时，中央控制台上的操作员控制的旋钮可以调节发动机位置。这些调节包括从初始发动机位置向前或向后调整发动机，允许进一步检查汽缸以用于分析大部分烟粒沉积或生成的位置。
LCU 90可以引导激光激励器88以根据工况将激光能量聚焦在不同位置处。例如，激光能量可以聚焦在汽缸30的内部区域内远离汽缸壁32的第一位置处，以对空气/燃料混合物点火。在一个实施例中，第一位置可以靠近做功冲程的上止点(TDC)。此外，LCU 90可以引导激光激励器88以生成被引导到第一位置的第一多个激光脉冲，并且自静止的第一次燃烧可以从激光激励器88接收激光能量，该激光能量大于输送到第一位置以用于稍后燃烧的激光能量。作为另一个示例，激光能量可以聚焦在第二位置处以横跨汽缸腔扫描以照亮存在的任何烟粒颗粒，以便诊断过量烟粒形成。
控制器12控制LCU 90并且具有非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包括用于基于温度(例如ECT)调节激光能量输送的位置的代码。激光能量可以被引导在汽缸30内的不同位置处。控制器12还可以包括用于确定发动机10的操作模式的附加的或替代的传感器，包括附加的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机旋转速度、空气量和燃料喷射量的传感器。附加地或替代地，LCU 90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，以用于确定发动机10的操作模式。
如上所述，图1示出多汽缸发动机10的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、激光点火系统等。
控制器12接收来自图1的各种传感器的信号，并采用图1的各种致动器，以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机操作。例如，基于来自传感器的输入和由光电检测器生成的图像，控制器可以推断过量烟粒形成并通过调节命令给直接燃料喷射器的脉冲宽度来减轻进一步的烟粒生成。例如，控制器可以减小脉冲宽度以减小在用于汽缸温度控制的燃料喷射期间应用的富化程度。
在一些示例中，车辆5可以为具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆，或仅具有(一个或多个)电机的电动车辆。在所示的示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以为马达或马达/发电机。当接合一个或多个离合器56时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140和电机52之间，并且第二离合器56设置在电机52和变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或脱开离合器，以便将曲轴140与电机52及其连接的组件连接或断开，和/或将电机52与变速器54及其连接的组件连接或断开。变速器54可以为变速箱、行星齿轮系统或另一类型的变速器。动力传动系可以以各种方式配置，包括作为并联、串联或串并联混合动力车辆。
电机52从牵引电池58接收电功率以向车轮55提供扭矩。电机52还可以例如在制动操作期间作为发电机操作以提供功率以对电池58充电。
图2示出了(图1的)激光系统92可以如何将激光脉冲发射到汽缸30中以使得激光系统的光电检测器可以捕获汽缸内部的图像的示例性实施例200。可以将图像显示给车辆操作员以使得能够目视检查汽缸的过量烟粒生成。因此，图1中已经介绍的组件未在图2中重新介绍。
图2示出了激光系统92，其包括激光激励器88、光电检测器94和LCU 90。LCU 90致使激光激励器88生成激光能量。高频激光脉冲朝向汽缸的各个位置被引导以尽可能多地扫描汽缸。例如，激光脉冲202可以朝向汽缸壁215、汽缸30的内部、活塞顶表面213和气门52和54的内表面(即，面向汽缸的表面)被引导。通过尽可能快地扫描尽可能多的汽缸，激光脉冲202用作宽束光源或灯泡，使得光电检测器94(特别是CCD相机)能够捕获汽缸内部的图像220。因此，当在诊断期间作为用于图像捕获的光源操作时，可以认为激光点火系统(或激光设备)在投影仪或照明器模式下操作，并且LCU 90可以从控制器12接收操作指令，诸如功率模式。当在诊断模式下操作时，激光系统92可以以高频率发射一系列低功率脉冲。相比之下，在点火期间，激光可以以高能量强度快速发出脉冲以对空气/燃料混合物点火。在一个示例中，在诊断模式期间，激光器可以利用具有重复线性频率斜坡的频率调制以低能量水平发出脉冲。低功率频繁的激光脉冲可以在红外光谱中发射。包括具有鱼眼透镜的在红外光谱中操作的CCD相机(例如，红外CCD相机)的光电检测系统可以位于汽缸的顶部作为激光器的一部分并且可以使用从汽缸内部反射的光能捕获汽缸图像320。捕获的图像可以包括汽缸壁215、进气门52和排气门54的面向汽缸的表面、活塞顶表面213和汽缸30的内部的图像。捕获的图像220由光电检测器94无线传输到控制器12，用于在车辆的中央控制台140中的显示器135上观察。
中央控制台140可以包括在图1的混合动力推进系统10的车厢内的车辆仪表板上。中央控制台140可以为位于车厢的中央部分中(特别是车厢的前部中)的控制支承表面。中央控制台140可以包括各种控件，诸如旋钮138、拨盘142和按钮136。各种控件可以由车辆操作员致动以调节车厢状况。各种控件可以包括，例如，音量控制旋钮138，其耦接到车辆的音乐系统以用于调节车厢中的音乐音量；调谐按钮136，其耦接到车辆的无线电系统以用于调节无线电频道选择；以及温度控制拨盘142，其耦接到车辆的HVAC系统以用于调节车厢加热和冷却温度。
中央控制台140还可以包括显示器135。显示器可以为触敏显示器，其使得车辆操作员能够经由触摸交互选择车辆的设定。显示器还可以用于显示当前车辆设定。此外，显示器可以用于显示导航系统(诸如GPS)、电话功能或在行驶期间要访问的网络应用程序。在操作激光点火设备以捕获图像用于诊断目的的状况期间，显示器135可以用于描绘由耦接到激光检测系统92的光电检测器94拍摄的汽缸30内部的图像。具体地，由激光检测系统的CCD相机拍摄的汽缸内部的图像(例如无线地)传输到发动机控制系统并且在显示器135上显示给车辆操作员(例如，机械师)。基于经由显示器上的触摸交互选择的操作员显示偏好，可以显示任何或所有汽缸的汽缸内部的图像。
在一些示例中，在诊断模式期间，可以激活旋钮138中的一个或多个以用于发动机位置控制(并且为了车厢控制而停用)。例如，当在用于评估汽缸烟粒生成的诊断模式下操作时，可以激活音量控制旋钮以用于发动机位置控制并且可以停用音量控制旋钮以用于音量控制。因此，对音量控制旋钮138的调节可以用于自初始发动机位置调节发动机位置，以辅助汽缸的视觉检查。例如，可以确定汽缸的活塞位于当前显示在显示器135上的汽缸的顶部处或附近，从而阻碍汽缸内部的全视图。为了改善视图，车辆操作员可以缓慢地转动音量控制旋钮(例如，顺时针或逆时针)，这继而使发动机位置(例如，向后或向前)移动，使得活塞经由调节发动机系统的功率分配发电机/马达而缓慢地朝向汽缸底部移动。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(这使得轮胎轮保持静止)，而发电机(或太阳齿轮)使用来自发电机位置的旋转变压器的反馈或使用具有用于实际发动机位置反馈的霍尔效应传感器位置系统的60-2曲柄轮来旋转发动机。活塞的该运动可以允许操作员接收表示汽缸内部的更完整视图的图像，并且使得他能够更精确地检查烟粒可以积聚的位置。此外，在诊断模式期间，可以激活相同的音量控制旋钮或替代的中央控制台旋钮、拨盘或按钮以使得显示器135上显示的汽缸的图像能够被放大(例如，放大或缩小)。
在一个示例中，低功率光脉冲可以由激光点火设备在红外(IR)光谱中发射，并且CCD相机可以被配置成在IR光谱中操作。在替代实施例中，光电检测器94可以具有全光谱CCD相机，其可以被调谐以与激光的频率协调；因此，相机可以在IR和其他光谱(例如日光或灯泡)中操作，并且具有如果检测到非IR光则禁用激光的能力。在观察图像时，车辆操作员(例如，维修技师或机械师)可以主动地调节活塞的位置，以便更好地观察汽缸。例如，在图像220指示活塞靠近汽缸顶部(例如，在TCD处)的状况期间，额外的调节允许发动机缓慢且精确地调整，以便将活塞向下移动到汽缸底部。在所描绘的示例中，当在视野中活塞靠近汽缸的顶部时，操作员可以调节位于车辆的中央控制台140上的音量控制旋钮138，以便自初始发动机位置向前或向后转动发动机。如果发动机自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减小进气歧管的膨胀。
如图4详细描述的，可以分析汽缸内部的图像以评估汽缸中的碳积累。例如，可以评估生成的烟粒量以及烟粒积累的位置。因此，基于图像，可以确定是否存在过量烟粒生成。响应于过量烟粒生成，可以设置诊断代码。控制器还可以引导发动机以降低燃料喷射的富化程度，以减少进一步的烟粒生成。作为另一个示例，控制器可以使发动机比化学计量比更稀地操作一段时间，或将激光引导到具有过量碳积累的燃烧区域以解决升高的汽缸烟粒水平。
图3A至图3B示出了激光系统92的示例操作。LCU 90致使激光激励器88生成在302处示出的低功率激光脉冲，其可以朝向活塞36的顶表面313被引导。在发射之后，光能可以由活塞反射并且由光电检测器94检测。LCU 90可以从控制器12接收操作指令，诸如功率模式。例如，在点火期间，所使用的激光脉冲可以以高能量强度快速发出脉冲以给空气/燃料混合物点火。相反，为了确定发动机位置，控制器可以将激光系统引导到低能量强度的扫描频率，以确定活塞位置并识别一个或多个气门位置。例如，对具有重复线性频率斜坡的激光器进行频率调制可以允许确定发动机中的一个或多个活塞位置。检测传感器94可以位于汽缸顶部作为激光系统的一部分，并且可以被校准以接收从活塞36的顶表面313反射的返回脉冲304。
图3A至图3B示出了激光系统92可以如何在上面参考图1所述的汽缸30中的活塞36的方向上发射脉冲。激光系统92发射的脉冲(例如图3A中所示的脉冲302)可以朝向活塞36的顶表面313被引导。可以从活塞的顶表面反射脉冲302，并且可以通过激光系统92接收返回脉冲(例如脉冲304)，这可以用于确定活塞36在汽缸30内的位置。
在一些示例中，活塞的位置可以通过使用具有重复线性频率斜坡的频率调制激光束的频率调制方法来确定。替代地，可以使用相移方法来确定距离。通过观察多普勒频移或通过比较在两个不同时间的样本位置，可以推断出活塞位置、速度和发动机转速信息(RPM测量值)。进气门352和/或排气门354的位置也可以使用激光系统来确定。当汽缸标识与活塞位置组合时，发动机的位置可以被确定并且用于使燃料输送和气门正时同步。发动机的此类位置状态可以基于活塞位置和经由激光确定的CID。
控制器12可以进一步控制LCU 90并且包括非暂时性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括用于基于工况(例如基于活塞36相对于TDC的位置)调节激光能量输送的位置的代码。控制器12还可以包括用于确定发动机10的操作模式的附加的或替代的传感器，包括附加的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机旋转速度、空气量和燃料喷射量的传感器，如上关于图1所述。附加地或替代地，LCU 90可以与各种传感器(诸如霍尔效应传感器118)直接通信，其包含的传感器是任选的，用于确定发动机10的操作或诊断模式。
激光系统也可以用于通过例如在发动机循环的特定冲程期间阻碍发射的脉冲来测量凸轮位置。在一个实施例中，激光系统92可以位于进气门352附近，因此防止在驱动循环的进气冲程期间测量汽缸内活塞位置。在进气冲程期间，气门352打开通向腔室并阻碍发射的激光脉冲被活塞313的顶表面反射。例如，在图3B中，因为激光系统92被放置为极为接近进气门352，当汽缸30处于其进气冲程时，气门352打开通向腔室并阻碍激光脉冲(例如，激光脉冲306)达到活塞313的顶表面。控制器12仍然可以被编程以翻译检测到的信号，以便确定凸轮的位置。例如，在该示例中，控制器可以处理由传感器94接收的信号的缺失，以指示进气门352处于打开位置。控制器可以进一步处理该信息和发动机的几何形状，以确定发动机在其驱动循环内的位置。尽管图3B例示了发射脉冲可以如何被进气门352阻碍，但是其他配置也是可能的。例如，激光系统可以定位为极为接近排气门而不是进气门。当放置在该位置时，发射的脉冲可以代替地在驱动循环的排气冲程期间被阻碍。可以校准控制器以解决此类差异。如下面详细描述的，控制器12可以处理在驱动循环期间收集的数据以确定发动机位置。
光脉冲302的发射和光电检测器94对反射光脉冲304的检测之间的时间差可以进一步与时间阈值进行比较，作为确定激光设备是否已经发生劣化的手段。例如，在内燃发动机中，燃烧室的长度可以为三英寸到四英寸。基于该估计和真空中的光速(c＝3.0×108m/s)，可以在皮秒时间范围内检测从活塞313的顶表面反射的由激光系统92发射的光脉冲。因此，可以采用远远超出预期皮秒时间范围(例如，1纳秒)的时间阈值作为指示激光系统退化的参考。例如，传感器94对激光系统92发射的脉冲的检测花费长于1纳秒可以指示激光系统不对准。
在一些示例中，发动机系统20可以包括在被开发以在满足怠速停止状况时执行怠速停止并且在满足重新启动状况时自动重新启动发动机的车辆中。此类怠速停止系统可以增加燃料节省、减少排气排放、噪声等。在此类发动机中，发动机操作可以在驱动循环内的随机位置处终止。在开始重新激活发动机的过程时，可以使用激光系统来确定发动机的特定位置。基于该评估，激光系统可以确定哪个汽缸将首先供应燃料，以便从静止开始发动机重新激活过程。在配置成执行怠速停止操作的车辆中，其中在驱动操作期间多次重复发动机停止和重新启动，将发动机停止在期望位置处可以提供更多可重复的启动，并且因此可以利用激光系统来测量当发动机减速到静止时在关闭期间(在停用燃料喷射、火花点火等之后)的发动机位置，使得响应于测量的活塞/发动机位置，马达扭矩或其他牵引扭矩可以可变地施加到发动机，以便将发动机停止位置控制到期望的停止位置。每个汽缸的活塞位置信息也可以用于估计曲轴位置。
在另一个实施例中，当车辆关闭其发动机时，因为马达关闭或因为车辆决定以电动模式操作，发动机的汽缸最终可以相对于在燃烧汽缸30中的活塞36的位置以及进气门352和排气门354的位置以不受控制的方式停止。对于具有四个或更多个汽缸的发动机，当曲轴静止时，可能总是存在位于排气门关闭(EVC)和进气门关闭(IVC)之间的汽缸。
如上所述，激光系统可以用于测量气门位置以及活塞在汽缸室内的位置。例如，在图3B所示的发动机位置中，来自激光系统92的光可以至少部分地被阻碍而不能到达汽缸30中的活塞313的顶部。由于与当发射的脉冲未被阻碍时由活塞的顶表面反射的光量相比，反射的光量减少了，因此控制器12可以被编程以解决此类差异并且使用该信息来确定进气门352是打开的。基于驱动循环内的气门操作的顺序，控制器12还确定排气门354关闭。因为给出的示例基于四汽缸发动机，所以汽缸中将始终有一个处于进气冲程中。这样，控制器可以被编程以处理来自所有激光系统的数据，以便识别处于其进气冲程的汽缸。基于该确定，并且使用发动机的几何形状，可以使用激光系统识别发动机的位置。替代地，如下面将进一步详细描述的，控制器还可以被编程以处理来自耦接到汽缸的单个激光检测器的一系列测量值，作为识别发动机的位置的手段。
可以相对于任何合适的参考点测量活塞在汽缸中的位置，并且可以使用任何合适的缩放因数。例如，可以相对于汽缸的TDC位置和/或汽缸的BDC位置测量汽缸的位置。
以这种方式，图1至图2的组件使得混合动力车辆系统能够包括：包括汽缸的发动机；用于为汽缸供应燃料的直接喷射器；电动马达；车辆的车厢内的显示设备；激光点火系统，其耦接到汽缸盖并配置成将光脉冲引导到汽缸中；光电检测系统，其耦接到激光点火系统和汽缸，以用于使用来自激光点火系统的光脉冲生成汽缸内部的图像，光电检测系统包括相机和透镜；以及控制器。控制器可以配置有非暂时性存储器和用于以下操作的计算机可读指令：在压缩冲程期间操作激光点火系统以开始汽缸燃烧；在汽缸的做功冲程和排气冲程期间在光电检测系统处捕获汽缸内图像；将生成的图像与从控制器的存储器中检索的参考图像进行比较；基于比较估计汽缸燃烧期间生成的烟粒量；以及响应于估计的烟粒量超过阈值，调节命令给直接喷射器的脉冲宽度，该调节基于排气温度和燃烧空燃比。控制器可以包括用于以下操作的进一步的指令：在操作激光点火系统时调节电动马达的输出，以在生成汽缸内图像的同时维持限定的发动机转速和负载，并且其中基于限定的发动机转速和负载选择参考图像。在一个示例中，调节脉冲宽度包括：当排气温度低于阈值温度并且燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于估计的烟粒量超过阈值，减小命令的脉冲宽度；当排气温度高于阈值温度并且燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于估计的烟粒量超过阈值，升高命令的脉冲宽度；以及当排气温度低于阈值温度并且燃烧空燃比处于化学计量比时，响应于估计的烟粒量超过阈值，升高燃料压力并且减小命令的脉冲宽度。控制器可以包括用于以下操作的进一步的指令：在调节命令给直接喷射器的脉冲宽度之后，响应于估计的烟粒量超过阈值，设定诊断代码并限制发动机扭矩输出。
现在转到图4，示出了示例方法400，该方法用于使用来自由发动机激光点火系统(诸如图1的激光系统)发出的高功率激光脉冲的光来诊断汽缸中的过量烟粒生成。该方法使得能够响应于在汽缸中生成的烟粒量来调节汽缸燃料供应，该量基于通过激光点火设备生成的图像在控制器处估计。用于执行方法400的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据下面描述的方法，采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。
在402处，确定在汽缸中是否期望燃烧事件。例如，可以确认发动机正在运行、供应燃料，以及预期一个或多个汽缸燃烧事件。如果不期望汽缸燃烧事件，则在404处，可以禁用激光点火。
如果期望汽缸燃烧事件，则在406处，该方法包括通过操作激光点火设备(例如，图1的激光系统)来开始汽缸燃烧。这可以包括最初以较高功率水平(诸如以高于仅照亮汽缸内部所需的阈值功率的功率水平)操作激光点火设备。然后，一旦开始汽缸燃烧，为了可视化烟粒产生，可以以较低功率水平(诸如以低于开始汽缸燃烧所需的阈值的功率水平)操作激光点火设备。在一个示例中，控制器可以在汽缸的压缩冲程期间以较高功率水平操作激光点火设备以开始汽缸燃烧，并且然后在汽缸(发生燃烧事件的地方)的做功冲程和排气冲程期间转换到以较低功率水平操作激光点火设备以可视化由燃烧事件形成的烟粒。另外，可以操作激光点火设备以将激光脉冲引导到汽缸中以平面扫描汽缸。可以在完成阈值百分比的燃烧定相之后开始引导激光脉冲(以及转换到较低功率水平)。例如，扫描可以在汽缸的做功冲程期间(诸如一旦完成50％的燃烧定相)开始，并且持续直到汽缸的排气冲程完成。在一个示例中，可以在汽缸的做功冲程和排气冲程中的每个期间将激光脉冲引导到汽缸中以平面扫描汽缸。例如，激光脉冲可以被引导到汽缸的中心处，以给出整个汽缸内的平滑、均匀和完整的燃烧图案，该图案从中心的点或线开始，并径向向外移动到壁，在同一时刻结束。此外，缝隙空间可能会受到额外的打击。以这种方式，来自点火火焰的光可以用于分析汽缸的内部。借助于激光通过做功冲程快速扫描汽缸内部，可以开始汽缸燃烧，并且可以使用由汽缸燃烧生成的光(就好像通过灯泡一样)照亮汽缸。照亮可以用于捕获汽缸内部的图像，从而允许操作员观察和评估汽缸的内部。因此，由于火焰可以在燃烧期间遮挡汽缸内部的视野，所以仅在火焰完成时通过低能量激光扫描提供灯泡效果。
在一些实施例中，在发动机耦接在混合动力电动车辆中的情况下，例程可以包括在激光点火设备的操作期间经由调节电动马达来维持参考发动机转速和负载。这允许将发动机转速和负载精确地控制到预定状况，从而改善结果的准确性和可靠性。它还减少由于发动机状况的变化导致的测试结果的可变性。
在408处，例程包括从光电检测器接收汽缸内图像。具体地，光电检测器可以使用从汽缸燃烧生成的光(激光点火之后)来捕获汽缸内部的图像。在耦接到激光点火设备的光电检测器处生成所生成的图像。在一个示例中，在410处，在汽缸的做功冲程期间(诸如一旦完成50％的燃烧定相)开始接收图像，并且继续接收图像直到汽缸的排气冲程完成。然后，例如，无线地将捕获的图像传输到显示设备。
在412处，例程包括在车辆显示设备上将由光电检测器捕获的(一个或多个)汽缸内图像显示给车辆操作员。这里，车辆操作员可以为例如诊断发动机的机械师或维修技师。例如，在每次燃烧事件之后，捕获的图像可以自动呈现给维修技师以进行分析。替代地，在每次燃烧事件之后，可以将每个汽缸的每个激光扫描的图像发送给操作员。
在414处，控制器可以在显示设备上向车辆操作员显示参考图像。参考图像可以存储在控制器的存储器中，并且从控制器的存储器中检索。参考图像可以表示给定汽缸在当前发动机工况下(诸如在当前发动机转速负载状况下)具有阈值烟粒量。在一个示例中，参考图像可以在预定状况期间由光电检测器预先生成，诸如当在汽缸中生成小于阈值的烟粒量时在给定例程的先前迭代。可以基于汽缸中的燃烧事件时的发动机转速负载状况来检索参考图像。另外，可以基于生成的图像来选择参考图像。替代地，在显示设备上显示捕获的(一个或多个)图像之后，可以在经由显示设备接收的操作员输入之后检索并显示参考图像。
在416处，例程包括接收来自车辆操作员(例如，维修技师)关于汽缸烟粒生成的输入，该操作员输入基于所显示的汽缸内图像和参考图像。例如，操作员可以将所显示的图像与参考图像进行比较，并且基于差异，操作员可以指示在最近的汽缸燃烧事件中发生了过量烟粒生成。作为一个示例，所生成的图像可以指示一个特定的汽缸由于不适当的(例如，过大的)燃料喷射器而正在由于运行太富化而产生烟粒。作为另一个示例，所生成的图像可以示出另一个汽缸具有损坏的燃料喷射器，该燃料喷射器不会使燃料喷雾雾化。
如果未接收到指示过量烟粒生成的操作员输入，则在418处，维持发动机操作参数。在一个示例中，如果发动机的操作比化学计量比更富化以用于发动机组件温度控制(例如，排气温度控制)，则在418处，可以维持富化程度。在另一个示例中，如果发动机以化学计量比操作，则发动机可以维持在化学计量比。
如果接收到指示过量烟粒生成的操作员输入，则在420处，可以调节一个或多个发动机操作参数以减少烟粒形成。另外，控制器可以设定诊断代码以指示过量烟粒生成。调节一个或多个发动机参数可以包括，在422处，如果发动机运行富化则减少富化程度。在一个示例中，发动机可以已经以比化学计量比更富化地操作以用于发动机组件温度控制(例如，保护排气歧管组件免于过热的排气温度控制)。响应于过量烟粒形成的指示，可以降低富化程度。在一个示例中，响应于升高的汽缸烟粒水平，可以将排气温度与阈值进行比较。如果烟粒水平升高并且排气温度高于第一阈值，则可以降低富燃的富化程度。例如，如果特定的汽缸比其他汽缸产生更多的烟粒，则可以减小给定汽缸的富化程度，同时可以增加一个或多个其他汽缸的富化程度以维持其比化学计量的空燃比更富化。这使得发动机能够在图像捕获之前为催化剂提供相同水平的冷却。替代地，如果所有汽缸在富化发动机操作期间产生过量烟粒，则发动机负载可以与总体富化程度同时降低，以向催化剂提供相同水平的冷却。
调节一个或多个发动机参数可以替代地包括，在424处，如果发动机热运行，则增加富化程度。在一个示例中，响应于升高的汽缸烟粒水平，可以将排气温度与高于第一阈值的第二阈值进行比较。如果烟粒水平升高并且排气温度高于第一阈值和第二阈值，则可以增加富燃的富化程度，以加快排气温度控制。例如，如果发动机以化学计量比操作，则响应于升高的烟粒和升高的温度状况，发动机可以转换到比化学计量比更富化地操作。作为另一个示例，如果发动机比化学计量比更富化地操作，则可以响应于升高的烟粒和升高的温度状况增加富燃的富化程度。例如，如果降低富化程度以减少烟粒形成并且随后排气温度变得过热(例如，高于阈值温度)，则比化学计量操作更富化的富化程度可以暂时恢复到所需水平或，替代地，可以减小发动机负载以降低排气温度。
附加地或替代地，在426处，调节参数包括减少向汽缸的燃料的压缩喷射。压缩冲程喷射可以导致较大的燃料液滴尺寸，使得喷射更容易粘附到汽缸壁并生成更多的烟粒。因此，通过减少燃料的压缩喷射，可以减少烟粒形成。例如，可以检索在压缩冲程中直接喷射到汽缸的燃料相对于在进气冲程中直接喷射到汽缸的燃料的分流比，并且响应于升高的烟粒水平，可以相对于压缩冲程将分流比调节为在进气冲程中输送总燃料的更多部分。在进气冲程中输送更多燃料可以包括增加进气冲程直接喷射的脉冲宽度，同时减小压缩冲程直接喷射的脉冲宽度。此外，随着进气冲程直接喷射的脉冲宽度增加，可以增加进气冲程直接喷射的次数。另外，如果达到脉冲宽度限制，则可以调节直接喷射到汽缸的燃料相对于进气道喷射到汽缸中的燃料的分流比。例如，总燃料量的较大部分可以作为进气道喷射输送，并且总燃料量的较小部分可以作为直接喷射输送。作为另一示例，控制器可以调节到汽缸的燃料喷射的分流比，以相对于进气冲程燃料喷射减少压缩冲程燃料喷射，同时维持燃烧空燃比。
附加地或替代地，在428处，调节参数包括增加燃料压力。通过增加燃料压力，改善了燃料雾化和汽化，从而减少燃料液滴尺寸并改善燃料燃烧。通过选择性地响应于升高的烟粒水平而增加燃料压力(而不是在所有燃料喷射期间使用升高的燃料压力)，降低了与升高的燃料压力维持相关联的成本。例如，如果汽缸运行温度低于正常温度(或比其他汽缸更冷)，并且燃料雾化不足以避免烟粒形成，则可以暂时增加燃料压力以避免过量烟粒形成，同时仅暂时消耗增加燃料压力所需的额外能量。
因此，激光的点火能量可以不对烟粒形成产生太大影响。然而，点火正时可以提前(如果从MBT延迟)以增加燃烧温度。
以这种方式，控制器可以通过操作激光点火设备来开始汽缸中的燃烧；使用经由汽缸燃烧生成的光在操作激光点火设备之后生成汽缸内图像；在车辆显示设备上将生成的图像和参考图像显示给操作员；并且然后经由燃烧估计汽缸中生成的烟粒量。如果排气温度低于阈值，则控制器可以降低汽缸中的燃烧空燃比的富化程度。相比之下，如果排气温度高于阈值，则控制器可以增加汽缸中的燃烧空燃比的富化程度。
应当理解，在422至428处列出的各种调节也可以以各种组合被应用，以在进一步减少烟粒方面提供协同益处。作为一个示例，增加燃料压力可以进一步帮助富化。例如，减少富化(在422处)通常可以增加排气温度，而减少压缩喷射(在426处)可以降低排气温度。通过执行这两个动作，排气温度可以保持不变。替代地，减少富化同时保持压缩喷射有效可以在排气低于阈值温度时更快地加热排气。
在一些发动机系统中，诸如那些配置成没有颗粒物过滤器的发动机系统，如果烟粒水平在延长的时间内(诸如甚至在执行上述调节之后)保持高于阈值，则控制器可以设定诊断代码以指示过量颗粒物生成。响应于设定诊断代码，可以暂时限制发动机输出以减少排气排放。
在上述例程中，基于在显示之后从操作员接收的输入来估计烟粒量。然而，应当理解，虽然上述例程描绘了操作员对分析所生成的(一个或多个)图像和指示是否已经发生过量烟粒生成的需要，但在替代实施例中，分析可以为自动化的。例如，在图像捕获之后，图像可以自动显示在显示设备上，并且对应的参考图像也可以自动显示在显示设备上。然后，控制器可以自动地比较图像，而不需要操作员输入，以确定是否已经生成过量烟粒。该确定可以基于经由更简单的、计算更不密集的像素比较图像(即，生成的图像和参考图像)的相似性或经由先进的、计算更密集的图像分析所述图像的相似性。
将进一步理解的是，虽然上述例程建议使用耦接到发动机的激光系统以用于诊断目的，但是在替代示例中，包括激光激励器、透镜和光电检测器的激光系统可以被配置为移动实验室工具。其中，激光系统可以被配置为便携式工具，其可以耦接到任何发动机并且用于分析发动机。
在一个示例中，发动机控制器可以操作激光点火设备以开始汽缸内的燃烧并照亮汽缸内部；将由操作激光点火设备之后生成的燃烧形成的烟粒颗粒的汽缸内图像传输到车辆显示设备，该图像由汽缸的光电检测器使用经由汽缸燃烧生成的光来生成；以及基于从操作员接收的关于相对于阈值的汽缸烟粒水平的输入，调节燃料喷射量和压力。调节可以包括，例如，当排气温度低于阈值温度时，响应于汽缸烟粒水平超过阈值，减少燃料喷射量，同时比化学计量比更富化地操作汽缸；当排气温度高于阈值温度时，响应于汽缸烟粒水平超过阈值，增加燃料喷射量，同时比化学计量比更富化地操作汽缸。调节还可以包括增加燃料压力。此外，调节可以包括增加在汽缸的进气冲程中直接喷射的燃料相对于汽缸的压缩冲程中直接喷射的燃料的第一分流比；以及减小直接喷射到汽缸中的燃料相对于进气道喷射到汽缸中的燃料的第二分流比。控制器可以在车辆显示设备上显示基于生成的图像所选择的参考图像，参考图像从经由操作激光点火设备预先生成的图像的数据库中检索，其中从操作员接收的输入基于参考图像相对于生成的图像的比较。
以这种方式，可以实时识别过量汽缸烟粒生成并快速解决。因此，可以准确地控制排气烟粒水平，而不依赖于昂贵的烟粒传感器。通过依赖于经由激光点火系统的组件捕获的图像，发动机控制器可以适于任何水平的烟粒产生。此外，排气烟粒水平可以维持在阈值内，而不需要闭环控制。通过将汽缸烟粒形成的图像与参考图像进行比较，可以使烟粒检测自动化。通过使用现有激光点火系统的激光器来生成汽缸内图像，可以区分与每个汽缸相关联的烟粒生成，从而允许使用汽缸特定的燃料供应调节来减少进一步的烟粒形成。总的来说，可以改善排气排放和发动机性能。
一种示例方法包括：响应于在汽缸中生成的烟粒量来调节汽缸燃料供应，该量基于通过激光点火设备生成的图像在控制器处估计。在前述示例中，附加地或任选地，图像是汽缸内图像，并且其中通过激光点火设备估计该量包括通过操作激光点火设备开始汽缸中的燃烧；使用经由汽缸燃烧生成的光在操作激光点火设备之后生成汽缸内图像；在车辆显示设备上将生成的图像和参考图像显示给操作员；以及估计烟粒量。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，该方法还包括基于汽缸中燃烧时的发动机转速负载状况来选择参考图像。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，基于在显示之后从操作员接收的输入来估计烟粒量。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，操作激光点火设备包括以高于仅照亮汽缸所需的阈值功率的功率操作激光点火设备以开始汽缸燃烧，然后转换到以低于开始汽缸燃烧所需的阈值功率的功率操作激光点火设备。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，操作激光点火设备包括将激光脉冲引导到汽缸中以在汽缸的做功冲程和排气冲程的每个期间平面扫描汽缸。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，在完成阈值百分比的燃烧定相之后开始引导激光脉冲。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，在耦接到激光点火设备的光电检测器处生成所生成的图像，并且其中参考图像包括先前由光电检测器生成的参考图像。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，调节汽缸燃料供应包括：如果排气温度低于阈值，则降低汽缸中的燃烧空燃比的富化程度；以及如果排气温度高于阈值，则增加汽缸中的燃烧空燃比的富化程度。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，调节汽缸燃料供应还包括增加燃料喷射压力。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，调节汽缸燃料供应包括调节喷射到汽缸的燃料的分流比以相对于进气冲程燃料喷射减小压缩冲程燃料喷射，同时维持燃烧空燃比。
用于发动机的另一示例方法包括：操作激光点火设备以开始汽缸中的燃烧并照亮汽缸内部；将由操作激光点火设备后生成的燃烧所形成的烟粒颗粒的汽缸内图像传输到车辆显示设备，该图像由汽缸的光电检测器使用经由汽缸燃烧生成的光生成；以及基于从操作员接收的关于相对于阈值的汽缸烟粒水平的输入，调节燃料喷射量和压力。在前述示例中，附加地或任选地，该调节包括：当排气温度低于阈值温度时，响应于汽缸烟粒水平超过阈值，减少燃料喷射量同时比化学计量比更富化地操作汽缸；以及当排气温度高于阈值温度时，响应于汽缸烟粒水平超过阈值，增加燃料喷射量同时比化学计量比更富化地操作汽缸。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，该调节还包括增加燃料压力。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，该调节还包括：增加在汽缸的进气冲程中直接喷射的燃料相对于汽缸的压缩冲程中直接喷射的燃料的第一分流比；以及减小直接喷射到汽缸中的燃料相对于进气道喷射到汽缸中的燃料的第二分流比。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，该方法还包括在车辆显示设备上显示基于生成的图像所选择的参考图像，参考图像从经由操作激光点火设备预先生成的图像的数据库中检索，其中从操作员接收的输入基于参考图像相对于生成的图像的比较。
另一示例混合动力车辆系统包括：包括汽缸的发动机；用于给汽缸供应燃料的直接喷射器；电动马达；车辆的车厢中的显示设备；激光点火系统，其耦接到汽缸盖并配置成将光脉冲引导到汽缸中；光电检测系统，其耦接到激光点火系统和汽缸，以用于使用来自激光点火系统的光脉冲生成汽缸内部的图像，光电检测系统包括相机和透镜；以及控制器，该控制器具有非暂时性存储器和用于以下操作的计算机可读指令：在压缩冲程期间操作激光点火系统以开始汽缸燃烧；在汽缸的做功冲程和排气冲程期间在光电检测系统处捕获汽缸内图像；将生成的图像与从控制器的存储器中检索的参考图像进行比较；基于比较估计汽缸燃烧期间生成的烟粒量；以及响应于估计的烟粒量超过阈值，调节命令给直接喷射器的脉冲宽度，该调节基于排气温度和燃烧空燃比。在前述示例中，附加地或任选地，控制器包括用于以下操作的进一步的指令：在操作激光点火系统时调节电动马达的输出，以在生成汽缸内图像的同时维持限定的发动机转速和负载，并且其中基于限定的发动机转速和负载选择参考图像。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，调节脉冲宽度包括：当排气温度低于阈值温度并且燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于估计的烟粒量超过阈值，减小命令的脉冲宽度；当排气温度高于阈值温度并且燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于估计的烟粒量超过阈值，升高命令的脉冲宽度；以及当排气温度低于阈值温度并且燃烧空燃比处于化学计量比时，响应于估计的烟粒量超过阈值，升高燃料压力并且减小命令的脉冲宽度。在前述示例中的任一个或全部中，附加地或任选地，控制器包括用于以下操作的进一步的指令：在调节命令给直接喷射器的脉冲宽度之后，响应于估计的烟粒量超过阈值，设定诊断代码并限制发动机扭矩输出。
注意，本文包括的示例性控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制系统来实行。本文描述的特定例程可以表示任何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，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的序列执行、并行地执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序并非实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的组合的系统中的指令来实行。
将理解的是本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应当以限制意义考虑，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以引用“一个”元件或“第一”元件或它们的等同物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
响应于汽缸中生成的烟粒量调节汽缸燃料供应，所述量基于通过激光点火设备生成的图像在控制器处估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像是汽缸内图像，并且其中通过所述激光点火设备估计所述量包括：
通过操作所述激光点火设备开始所述汽缸中的燃烧；
使用经由所述汽缸燃烧生成的光在操作所述激光点火设备之后生成所述汽缸内图像；
在车辆显示设备上向操作员显示所生成的图像和参考图像；以及
估计所述烟粒量。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于在所述汽缸中燃烧时的发动机转速负载状况选择所述参考图像。
4.根据权利要求2所述的方法，其中基于在所述显示之后从所述操作员接收的输入估计所述烟粒量。
5.根据权利要求2所述的方法，其中操作所述激光点火设备包括以比仅照亮所述汽缸所需的阈值功率更高的功率操作所述激光点火设备以开始所述燃烧，并且然后转换为以比开始汽缸燃烧所需的阈值功率更低的功率操作所述激光点火设备以照亮所述汽缸。
6.根据权利要求2所述的方法，其中操作所述激光点火设备包括将激光脉冲引导到所述汽缸中以在所述汽缸的做功冲程和排气冲程中的每个期间平面扫描所述汽缸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在完成燃烧定相的阈值百分比之后开始所述激光脉冲的所述引导。
8.根据权利要求2所述的方法，其中在耦接到所述激光点火设备的光电检测器处生成所生成的图像，并且其中所述参考图像包括先前由所述光电检测器生成的参考图像。
9.根据权利要求1所述的方法，其中调节汽缸燃料供应包括：
如果排气温度低于阈值，降低所述汽缸中的燃烧空燃比的富化程度；以及
如果排气温度高于所述阈值，增加所述汽缸中的所述燃烧空燃比的所述富化程度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中调节汽缸燃料供应还包括增加燃料喷射压力。
11.根据权利要求1所述的方法，其中调节汽缸燃料供应包括调节到所述汽缸的燃料喷射的分流比以相对于进气冲程燃料喷射减小压缩冲程燃料喷射，同时维持燃烧空燃比。
12.一种混合动力车辆系统，其包括：
包括汽缸的发动机；
用于为所述汽缸供应燃料的直接喷射器；
电动马达；
所述车辆的车厢内的显示设备；
激光点火系统，所述激光点火系统耦接到汽缸盖并且被配置成将光脉冲引导到所述汽缸中；
光电检测系统，所述光电检测系统耦接到所述激光点火系统和所述汽缸，用于使用来自所述激光点火系统的所述光脉冲生成所述汽缸内部的图像，所述光电检测系统包括相机和透镜；以及
控制器，所述控制器具有非暂时性存储器和计算机可读指令，所述指令用于：
在压缩冲程期间操作所述激光点火系统以开始汽缸燃烧；
在所述汽缸的做功冲程和排气冲程期间在所述光电检测系统处捕获汽缸内图像；
将所生成的图像与从所述控制器的存储器中检索的参考图像进行比较；
基于所述比较估计所述汽缸燃烧期间生成的烟粒量；以及
响应于所估计的烟粒量超过阈值，调节命令给所述直接喷射器的脉冲宽度，所述调节基于排气温度和燃烧空燃比。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器还包括用于以下操作的指令：
当操作所述激光点火系统时调节所述电动马达的输出以在生成所述汽缸内图像的同时维持限定的发动机转速和负载，并且其中基于所述限定的发动机转速和负载选择所述参考图像。
14.根据权利要求13所述的系统，其中调节所述脉冲宽度包括：
当排气温度低于阈值温度并且所述燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于所述估计的烟粒量超过所述阈值，减小所述命令的脉冲宽度；
当排气温度高于所述阈值温度并且所述燃烧空燃比比化学计量比更富化时，响应于所述估计的烟粒量超过所述阈值，提高所述命令的脉冲宽度；以及
当排气温度低于所述阈值温度并且所述燃烧空燃比处于化学计量比时，响应于所述估计的烟粒量超过所述阈值，提高燃料压力并且减小所述命令的脉冲宽度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还包括用于以下操作的指令：
在调节命令给所述直接喷射器的所述脉冲宽度后，响应于所估计的烟粒量超过所述阈值，设定诊断代码并限制发动机扭矩输出。
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