DE102013224114A1

DE102013224114A1 - Kraftmaschine mit laserzündung und -messung

Info

Publication number: DE102013224114A1
Application number: DE102013224114.3A
Authority: DE
Inventors: Douglas Raymond Martin; Kenneth James Miller
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US20140149018A1; RU2013152598A; CN103850853A

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Erhöhung eines Wirkungsgrads eines Kraftmaschinenstarts eines Hybridfahrzeugs offenbart. In einem beispielhaften Lösungsansatz umfasst ein Verfahren Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Kraftmaschinenzylinder und Identifizieren der Kraftmaschinenstellung als Reaktion darauf; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder mit der Laserzündvorrichtung.

Description

Bei Hybridelektrofahrzeugen (HEV – hybrid electric vehicle) und insbesondere Stopp-Start-Fahrzeugen kann eine Brennkraftmaschine unter ausgewählten Bedingungen abgeschaltet oder deaktiviert werden. Das Abschalten der Kraftmaschine kann durch Vermeiden von bestimmten Bedingungen, wie zum Beispiel Leerlaufbedingungen, Kraftstoff einsparen. Ist dies der Fall, können die Kurbelwelle und die Nockenwellen der Kraftmaschine in unbekannten Positionen des Kraftmaschinenzyklus anhalten. Zum Neustart der Kraftmaschine kann die Stellung der Kraftmaschine/Kolben bestimmt werden, so dass eine sequenzielle und genaue Kraftstoffzufuhr und Zündzeitpunktsteuerung bereitgestellt werden kann, um zuverlässige emissionsarme Starts zu erhalten. Somit kann eine genaue und rechtzeitige Kenntnis der Kraftmaschinenkolbenstellung während des Starts eine Koordination der Zündzeitpunktsteuerung und der Kraftstoffzuführung im Motor ermöglichen.
Einige Verfahren zur Bestimmung der Kolben- oder Kraftmaschinenstellung verwenden ein Kurbelwellenzahnrad mit einer finiten Anzahl von Zähnen und einer Lücke zur Bereitstellung von Synchronisierung in Koordination mit Nockenwellenmessungen. Ein Beispiel wird durch die US 7,765,980 gezeigt, in der die Kurbelwellenstellung über einen Kurbelwinkelsensor identifiziert wird.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch Probleme bei solchen Ansätzen erkannt. Zum Beispiel kann in Abhängigkeit von der Kraftmaschinentemperatur die Zeitdauer bis zur Identifikation der Kurbelwellenstellung bezüglich der Nockenwellenstellung variieren. Eine solche Variabilität bei der Bestimmung der relativen Positionierung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle (zur Identifikation der Kraftmaschinen- und Kolbenstellungen) kann zu einer verminderten Fähigkeit des Erreichens und Aufrechterhaltens einer schnellen Synchronisierung, zuverlässigen Verbrennung und von reduzierten Emissionen führen. Des Weiteren können jegliche Verzögerungen bei der Identifizierung der Kraftmaschinenstellung dann den Kraftmaschinenstart verzögern. Beim Neustart der Kraftmaschine als Reaktion auf eine Kraftmaschinenstartanforderung führen solche Verzögerungen dann zu Verzögerungen der Fahrzeugreaktion, wodurch die Kundenzufriedenheit reduziert wird.
In einem beispielhaften Lösungsansatz kann einigen der obigen Probleme durch ein Verfahren begegnet werden, das Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Kraftmaschinenzylinder und Identifizieren der Kraftmaschinenstellung als Reaktion darauf und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder mit der Laserzündvorrichtung umfasst.
Auf diese Weise kann es möglich sein, ein Laserzündsystem zum Erhöhen der Genauigkeit der Kraftmaschinen- und Kolbenstellungsidentifikation, wie zum Beispiel beim Kraftmaschinenstart, auszunutzen. Solch ein Ansatz kann zum Beispiel schnellere und genauere Informationen über die Motor-/Kolbenstellung, Geschwindigkeit usw. bereitstellen. Durch früheres Identifizieren solcher Informationen beim Anlassen der Kraftmaschine (oder sogar vor dem Anlassen) kann eine schnellere Synchronisierung mit der Nockenwelle erreicht werden, was zu einer früheren Kraftstoffzuführung und Kraftmaschinenverbrennung führt.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 zeigt ein Schemadiagramm einer Brennkraftmaschine.
3 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Zylinders einer Kraftmaschine.
4 zeigt einen beispielhaften Vierzylindermotor, der in einer willkürlichen Stellung in seinem Antriebszyklus angehalten ist.
5 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld der Ventilsteuerung und der Kolbenstellung bezüglich einer Kraftmaschinenstellung während eines beispielhaften Kraftmaschinenzyklus für einen Motor mit Direkteinspritzung.
6 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld der Ventilsteuerung und der Kolbenstellung bezüglich einer Kraftmaschinenstellung während eines beispielhaften Kraftmaschinenzyklus für einen Motor mit Einlasskanaleinspritzung.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Durchführung verschiedener Borddiagnoseroutinen während eines Kraftmaschinenbetriebs eines Fahrzeugfahrzyklus.
8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Starten oder Neustarten der Kraftmaschine während eines Betriebs eines beispielhaften Fahrzeugfahrzyklus.
9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Lasersystems in zwei Modi basierend auf dem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine.
10 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Identifizierung einer Kraftmaschinenbeeinträchtigung gemäß der Offenbarung.
Es werden Verfahren und Systeme zur Erhöhung eines Wirkungsgrads eines Kraftmaschinenstarts eines Hybridfahrzeugs, wie zum Beispiel in 1 gezeigt, bereitgestellt. In einem Beispiel kann eine Kolbenstellungsbestimmung und -genauigkeit früher und schneller in einer Kraftmaschinenstartsequenz unter Verwendung eines mit einem Kraftmaschinensystem gekoppelten Laserzündsystems, wie in den 2–4 gezeigt, erreicht werden. 5–6 zeigen zum Beispiel Kennfelder der Kolbenstellungen und Ventilsteuerung für Motoren mit Direkteinspritzung bzw. Einlasskanaleinspritzung. Für die beispielhafte Kraftmaschinenstellung von 4 zeigen diese Kennfelder, wie ein mit einer Steuerung gekoppeltes Lasersystems in zwei Leistungsmodi betrieben werden kann. Der erste Niederleistungsmodus kann verwendet werden, um die Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen, während der zweite Hochleistungsmodus verwendet werden kann, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. 7–10 zeigen verschiedene beispielhafte Steuerroutinen zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Kraftmaschinenstarts, die durch ein Steuersystem der Kraftmaschine der 1–2 durchgeführt werden können.
Auf 1 Bezug nehmend, zeigt die Figur schematisch ein Fahrzeug mit einem Hybridantriebssystem 10. Das Hybridantriebssystem 10 enthält eine mit einem Getriebe 16 gekoppelte Brennkraftmaschine 20. Das Getriebe 16 kann ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe oder Kombinationen daraus sein. Weiterhin können verschiedene zusätzliche Komponenten enthalten sein, wie zum Beispiel ein Drehmomentwandler und/oder andere Getriebe, wie zum Beispiel eine Achsantriebseinheit usw. Das Getriebe 16 ist in der Darstellung mit einem Antriebsrad 14 verbunden, das wiederum mit einer Straßenoberfläche in Kontakt stehen kann.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform enthält das Hybridantriebssystem weiterhin eine Energieumwandlungsvorrichtung 18, die unter anderem einen Motor, einen Generator und Kombinationen daraus enthalten kann. Die Energieumwandlungsvorrichtung 18 ist des Weiteren in der Darstellung mit einer Energiespeichervorrichtung 22 verbunden, die eine Batterie, einen Kondensator, ein Schwungrad, einen Druckbehälter usw. enthalten kann. Die Energieumwandlungsvorrichtung kann dazu betrieben werden, Energie von der Fahrzeugbewegung und/oder der Kraftmaschine zu absorbieren und die absorbierte Energie in eine Energieform umzuwandeln, die zur Speicherung durch die Energiespeichervorrichtung geeignet ist (das heißt, einen Generatorbetrieb bereitzustellen). Die Energieumwandlungsvorrichtung kann auch zur Zuführung einer Ausgabe (Antrieb, Arbeit, Drehmoment, Drehzahl usw.) zu dem Antriebsrad 14 und/oder der Kraftmaschine 20 (mit anderen Worten Bereitstellung eines Motorbetriebs) betrieben werden. Es versteht sich, dass die Energieumwandlungsvorrichtung bei einigen Ausführungsformen neben anderen verschiedenen Komponenten, die zur Bereitstellung der angemessenen Umwandlung der Energie zwischen der Energiespeichervorrichtung und den Fahrzeugantriebsrädern und/oder der Kraftmaschine verwendet werden, einen Motor, einen Generator oder sowohl einen Motor als auch einen Generator enthalten kann.
Die dargestellten Verbindungen zwischen der Kraftmaschine 20, der Energieumwandlungsvorrichtung 18, dem Getriebe 16 und dem Antriebsrad 14 können die Übertragung von mechanischer Energie von einer Komponente auf eine andere zeigen, während die Verbindungen zwischen der Energieumwandlungsvorrichtung 18 und der Energiespeichervorrichtung 22 die Übertragung verschiedener Energieformen, wie zum Beispiel elektrischer, mechanischer usw., zeigen können. Drehmoment kann zum Beispiel von der Kraftmaschine 20 übertragen werden, um das Antriebsrad 14 des Fahrzeugs über das Getriebe 16 anzutreiben. Wie oben beschrieben, kann die Energiespeichervorrichtung 22 dazu konfiguriert sein, in einem Generatormodus und/oder einem Motormodus betrieben zu werden. In einem Generatormodus kann das System 10 einen Teil der oder die ganze Ausgabe von der Kraftmaschine 20 und/oder dem Getriebe 16 aufnehmen, wodurch das Ausmaß an dem Antriebsrad 14 zugeführter Antriebsausgabe reduziert werden kann. Des Weiteren kann die von der Energieumwandlungsvorrichtung empfangene Ausgabe zum Laden der Energiespeichervorrichtung 22 verwendet werden. Als Alternative dazu kann die Energiespeichervorrichtung 22 elektrische Ladung von einer externen Energiequelle 24 empfangen, wie zum Beispiel ein Einstecken in einer Hauptelektrizitätsversorgung. Im Motormodus kann die Energieumwandlungsvorrichtung der Kraftmaschine 20 und/oder dem Getriebe 16 zum Beispiel durch Verwendung von in einer elektrischen Batterie gespeicherter elektrischer Energie eine mechanische Ausgabe zuführen.
Hybridelektroantriebsausführungsformen können Vollhybridsysteme enthalten, bei denen das Fahrzeug nur durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, das Fahrzeug nur durch die Energieumwandlungsvorrichtung (zum Beispiel den Motor) angetrieben wird oder eine Kombination von beiden verwendet. Es können auch Assist- oder Mild-Hybridkonfigurationen eingesetzt werden, bei denen die Brennkraftmaschine die Primärdrehmomentquelle ist, wobei das Hybridantriebssystem dahingehend wirkt, zusätzliches Drehmoment gezielt zuzuführen, zum Beispiel unter Tip-In- oder anderen Bedingungen. Des Weiteren können auch Starter-Generator- und/oder intelligente Lichtmaschinensysteme verwendet werden.
Aus dem Obigen sollte hervorgehen, dass das beispielhafte Hybridelektroantriebssystem verschiedene Betriebsmodi einnehmen kann. Zum Beispiel ist die Brennkraftmaschine 20 in einem ersten Modus eingeschaltet und wirkt als Drehmomentquelle, die das Antriebsrad 14 antreibt. In diesem Fall wird das Fahrzeug in einem "Brennkraftmaschine-an"-Modus betrieben, und der (in 2 ausführlicher gezeigten) Brennkraftmaschine 20 wird Kraftstoff vom Kraftstoffsystem 100 zugeführt. Das Kraftstoffsystem 100 enthält ein Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem 110 zum Speichern von Kraftstoffdämpfen und Reduzieren von Emissionen aus dem Hybridfahrzeugantriebssystem 10.
In einem anderen Modus kann das Antriebssystem unter Verwendung der Energieumwandlungsvorrichtung 18 (zum Beispiel eines Elektromotors) als die das Fahrzeug antreibende Drehmomentquelle betrieben werden. Dieser "Brennkraftmaschine-aus"-Betriebsmodus kann beim Bremsen, bei geringen Drehzahlen, beim Anhalten an Ampeln usw. eingesetzt werden. In noch einem anderen Modus, der als "Assist"-Modus bezeichnet werden kann, kann eine andere Drehmomentquelle das durch die Brennkraftmaschine 20 zugeführte Drehmoment ergänzen und damit zusammenwirken. Wie oben angegeben, kann die Energieumwandlungsvorrichtung 18 auch in einem Generatormodus arbeiten, in dem Drehmoment von der Brennkraftmaschine 20 und/oder dem Getriebe 16 aufgenommen wird. Des Weiteren kann die Energieumwandlungsvorrichtung 18 zum Erhöhen oder Aufnehmen von Drehmoment bei Übergängen der Brennkraftmaschine 20 zwischen verschiedenen Verbrennungsmodi (zum Beispiel bei Übergängen zwischen einem Fremdzündungsmodus und einem Kompressionszündungsmodus) wirken.
Die hier unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen verschiedenen Komponenten können durch ein Fahrzeugsteuersystem 41, das eine Steuerung 12 mit computerlesbaren Anweisungen zur Durchführung von Routinen und Unterroutinen zur Regelung von Fahrzeugsystemen, mehrere Sensoren 42 und mehrere Aktuatoren 44 enthält, gesteuert werden.
2 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Zylinders einer Brennkraftmaschine 20 mit mehreren Zylindern. Die Brennkraftmaschine 20 kann durch ein die Steuerung 12 enthaltendes Steuersystem und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 zumindest teilweise gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalstellungssignals PP.
Die Brennkammer 30 der Kraftmaschine 20 kann Verbrennungszylinderwände 32 mit darin positioniertem Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein. Der Verbrennungszylinder 30 kann Einlassluft vom Einlasskrümmer 45 über den Einlasskanal 43 erhalten und kann Verbrennungsabgase über den Auslasskanal 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 45 und der Auslasskanal 48 können über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 gezielt mit dem Verbrennungszylinder 30 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können ein Nockenprofilumschaltungs-(CPS-) und/oder ein variables Nockensteuerungs-(VCT-) und/oder ein variables Ventilsteuerungs-(VVT-) und/oder ein variables Ventilhub-(VVL-)System verwenden, die durch die Steuerung 12 betätigt werden können, um die Ventilbetätigung zu variieren. Zur Ermöglichung der Detektion der Nockenstellung sollten die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 Zahnräder aufweisen. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch einen Positionssensor 55 bzw. 57 bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 30 kann als Alternative zum Beispiel ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuertes Auslassventil enthalten.
In der Darstellung ist ein Kraftstoffeinspritzventil 66 direkt mit dem Verbrennungszylinder 30 verbunden, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW direkt einzuspritzen. Auf diese Weise stellt das Kraftstoffeinspritzventil 66 eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel an der Seite der Brennkammer oder im Oberteil der Brennkammer angebracht sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch ein nicht gezeigtes Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 als Alternative oder zusätzlich dazu in einer Konfiguration, die eine so genannte Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Verbrennungszylinders 30 bereitstellt, ein im Einlasskanal 43 angeordnetes Kraftstoffeinspritzventil enthalten.
Der Einlasskanal 43 kann ein Ladungsbewegungs-Steuerventil (CMCV – charge motion control valve) 74 und eine CMCV-Platte 72 enthalten und kann weiterhin eine Drosselklappe 62 mit einer Drosselplatte 64 enthalten. In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselplatte 64 durch die Steuerung 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder einem Aktuator, der mit der Drosselklappe 62 enthalten ist, zugeführt wird, wobei diese Konfiguration gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 betätigt werden, um die der Brennkammer 30 unter anderen Kraftmaschinenzylindern zugeführte Einlassluft zu variieren. Der Einlasskanal 43 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Einlasskrümmerabsolutdrucksensor 122 enthalten, um der Steuerung 12 jeweilige Signale MAF und MAP zuzuführen.
In der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts des Katalysators 70 mit dem Auslasskanal 48 verbunden. Der Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor zur Bereitstellung einer Anzeige eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-(universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder ein EGO-, ein HEGO-(heated EGO), ein NO_x-, ein HC- oder ein CO-Sensor, sein. Das Auslasssystem kann Anspringkatalysatoren und Unterbodenkatalysatoren sowie Abgaskrümmer-, stromaufwärtige und/oder stromabwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren enthalten. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungssysteme, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
In der Darstellung von 2 ist die Steuerung 12 ein Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, ein in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicher (ROM) 106 gezeigtes elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 109 und einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale und Informationen von mit der Kraftmaschine 20 gekoppelten Sensoren erhalten, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von dem Luftmassensensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; in einigen Beispielen kann ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Sensor 118 (oder Sensor anderer Art) enthalten sein; die Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor; und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP, von dem Sensor 122. Hall-Sensor 118 kann wahlweise in der Kraftmaschine 20 enthalten sein, da er in ähnlicher Kapazität wie das hier beschriebene Kraftmaschinenlasersystem funktioniert. Das Nurlesespeicher-Speichermedium 106 kann mit rechnerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, welche durch den Prozessor 102 zur Durchführung der unten beschriebenen Verfahren sowie Variationen davon ausführbar sind.
Das Lasersystem 92 enthält einen Laser-Erreger 88 und eine Lasersteuereinheit (LCU – laser control unit) 90. Die LCU 90 bewirkt, dass der Laser-Erreger 88 Laserenergie erzeugt. Die LCU 90 kann Betriebsanweisungen von der Steuerung 12 empfangen. Der Laser-Erreger 88 enthält einen Laserschwingteil 86 und einen Lichtkonvergierteil 84. Der Lichtkonvergierteil 84 konvergiert durch den Laserschwingteil 86 erzeugtes Laserlicht auf einen Laserbrennpunkt 82 des Verbrennungszylinders 30.
Das Lasersystem 92 ist zum Betrieb in mehr als einer Kapazität konfiguriert, wobei die Zeitsteuerung jedes Betriebs auf der Kraftmaschinenstellung eines Viertaktverbrennungszyklus basiert. Zum Beispiel kann Laserenergie zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches während eines Arbeitshubs der Kraftmaschine, einschließlich Anlassen der Kraftmaschine, Kraftmaschinenwarmlaufbetrieb und Betrieb bei warmgelaufener Kraftmaschine, verwendet werden. Durch das Kraftstoffeinspritzventil 66 eingespritzter Kraftstoff kann während mindestens eines Teils eines Einlasshubs ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bilden, wobei das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit vom Laser-Erreger 88 erzeugter Laserenergie die Verbrennung des ansonsten nicht brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches initiiert und den Kolben 36 nach unten treibt.
Die LCU 90 kann den Laser-Erreger 88 anweisen, Laserenergie in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen an verschiedenen Stellen zu fokussieren. Die Laserenergie kann zum Beispiel an einer ersten Stelle in einer Entfernung von der Zylinderwand 32 im inneren Bereich des Zylinders 30 fokussiert werden, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Bei einer Ausführungsform kann sich die erste Stelle in der Nähe des oberen Totpunkts (TDC – top dead center) eines Arbeitshubs befinden. Des Weiteren kann die LCU 90 den Laser-Erreger 88 anweisen, mehrere erste Laserimpulse zu erzeugen, die auf die erste Stelle gerichtet sind, und die erste Verbrennung aus dem Stillstand kann Laserenergie vom Laser-Erreger 88 empfangen, die höher ist als der ersten Stelle für spätere Verbrennungen zugeführte Laserenergie.
Die Steuerung 12 steuert die LCU 90 und weist ein nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium auf, das Code enthält, um die Stelle der Laserenergiezufuhr basierend auf der Temperatur, zum Beispiel der ECT, einzustellen. Laserenergie kann auf verschiedene Stellen im Zylinder 30 gerichtet sein. Die Steuerung 12 kann auch zusätzliche oder alternative Sensoren zur Bestimmung des Betriebsmodus der Kraftmaschine 20, einschließlich zusätzlicher Temperatursensoren, Drucksensoren, Drehmomentsensoren sowie Sensoren, die die Kraftmaschinendrehzahl, die Luftmenge und die Kraftstoffeinspritzmenge detektieren, enthalten. Darüber hinaus oder als Alternative dazu kann die LCU 90 direkt mit verschiedenen Sensoren, wie zum Beispiel den Temperatursensoren zur Detektion der ECT, kommunizieren, um den Betriebsmodus der Kraftmaschine 20 zu bestimmen.
Wie oben beschrieben, zeigt 2 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann ebenso seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventil, Laserzündsystem usw. enthalten.
3 zeigt, wie das Lasersystem 92 Impulse in Richtung des Kolbens 36 in dem oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Zylinder 30 abgeben kann. Von dem Lasersystem 92 abgegebene Impulse, zum Beispiel der in 3 gezeigte Impuls 302, können zu einer Oberseite 313 des Kolbens 306 gerichtet werden. Der Impuls 302 kann von der Oberseite 313 des Kolbens reflektiert werden, und ein Rückkehrimpuls, zum Beispiel Impuls 304, kann durch das Lasersystem 92 empfangen werden und dann zur Bestimmung einer Stellung des Kolbens 36 im Zylinder 30 verwendet werden. Von dem Lasersystem 92 abgegebene Impulse können verschiedene Energien haben, die sich aus verschiedenen Leistungsmodi des Lasers geben. Ein Lasersystem mit mehreren Betriebsmodi bietet klare Vorteile, da der Laser in einem Hochleistungsmodus betrieben werden kann, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, oder in einem Niederleistungsmodus, um die Stellung, die Geschwindigkeit usw. des Kolbens zu überwachen.
Die 3 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf des Lasersystems 92, das einen Laser-Erreger 88, ein Detektionssystem 94 und die LCU 90 enthält. Die LCU 90 bewirkt, dass der Laser-Erreger 88 Laserenergie erzeugt, die dann zur Oberseite 313 des Kolbens 36 gerichtet werden kann, wie bei 302 gezeigt. Die LCU 90 kann Betriebsanweisungen, wie zum Beispiel einen Leistungsmodus, von der Steuerung 12 empfangen. Wenn das Lasersystem 92 das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht mit hoher Energie zündet, kann es einen Niederleistungsimpuls abgeben, um den Abstand von der Oberseite des Zylinders zum Kolben genau zu messen. Zum Beispiel kann der verwendete Laserimpuls während der Zündung mit hoher Energieintensität schnell gepulst werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Umgekehrt kann der verwendete Laserimpuls während einer Bestimmung der Kolbenstellung die Frequenz mit geringer Energieintensität sweepen, um die Kolbenstellung zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Frequenzmodulation eines Lasers mit einer repetitiven linearen Frequenzrampe zum Bestimmen der Stellungen eines oder mehrerer Kolben verwendet werden, in einer Kraftmaschine. Ein Detektionsensor 94 kann im oberen Teil des Zylinders als Teil des Lasers positioniert sein und kann von von der Oberseite 313 des Kolbens 36 reflektierten Rückkehrimpuls 304 empfangen. Nach der Laserabgabe kann die vom Kolben reflektierte Lichtenergie durch den Sensor detektiert werden. Die Zeitdifferenz zwischen der Abgabe eines Lichtimpulses und der Detektion des reflektierten Lichts durch einen Detektor kann ferner mit einem Zeitschwellwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob eine Beeinträchtigung der Laservorrichtung aufgetreten ist. Da der Abstand des Lasersystems 92 zur Oberseite des Kolbens 313 sehr gering ist, kann zum Beispiel eine Detektion eines Laserimpulses durch das Detektionssystem 94 im Pikosekundenzeitbereich erfolgen. Deshalb kann ein Zeitschwellwert weit über dem erwarteten optimalen Pikosekundenzeitbereich, zum Beispiel 1 Nanosekunde, als ein Referenzwert für den Vergleich mit der gemessenen Zeitdifferenz verwendet werden. Folglich kann ein beliebiger abgegebener Laserimpuls, dessen reflektierte Lichtenergie länger als 1 Nanosekunde bis zur Detektion erfordert, eine Beeinträchtigung des Lasersystems anzeigen.
In einigen Beispielen kann die Stellung des Kolbens durch frequenzmodulierte Laserstrahlen mit einer repetitiven linearen Frequenzrampe verwendende Frequenzmodulationsverfahren bestimmt werden. Als Alternative dazu können Phasenshiftverfahren verwendet werden, um den Abstand zu bestimmen. Durch Beobachtung der Dopplerverschiebung oder durch Vergleich von beispielhaften Stellungen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten, können Kolbenstellungs-, Geschwindigkeits- und Kraftmaschinendrehzahlinformationen (RPM-Messungen) abgeleitet werden. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann dann durch die Stellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden, um die Iststellung der Kraftmaschine zu identifizieren. Nach der Bestimmung der Stellung und/oder der Geschwindigkeit jedes Kolbens in der Kraftmaschine kann eine Steuerung, zum Beispiel die Steuerung 12, die Informationen verarbeiten, um einen Positionszustand oder einen Betriebsmodus der Kraftmaschine zu bestimmen. Solche Positionszustände der Kraftmaschine, die auf durch Laser bestimmten Kolbenstellungen basieren, können ferner auf einer Geometrie der Kraftmaschine basieren. Zur Beispiel kann ein Positionszustand der Kraftmaschine davon abhängen, ob es sich bei der Kraftmaschine um einen V-Motor oder einen Reihenmotor handelt. Wenn die relative Kraftmaschinenstellungssignale anzeigen, dass die Kraftmaschine synchronisiert worden ist, können die Systeminformationen auch zur Bestimmung des Kurbelwinkel und der Nockenstellung verwendet werden, um Informationen für den TDC und den unteren Totpunkt (BDC – bottom dead center) für jeden Kolben in einer Kraftmaschine zu finden.
Die Steuerung 12 kann zum Beispiel die LCU 90 steuern und ein nicht flüchtiges computerlesbare Speichermedium enthalten, das Code enthält, um die Stelle der Laserenergiezufuhr basierend auf Betriebsbedingungen, zum Beispiel basierend auf einer Stellung des Kolbens 36 bezüglich des TDC, einzustellen. Laserenergie kann, wie unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, auf verschiedene Stellen im Zylinder 30 gerichtet werden. Die Steuerung 12 kann auch zusätzliche oder alternative Sensoren zur Bestimmung des Betriebsmodus der Kraftmaschine 20 enthalten, darunter zusätzliche Temperatursensoren, Drucksensoren, Drehmomentsensoren sowie Sensoren, die die Kraftmaschinendrehzahl, die Luftmenge und die Kraftstoffeinspritzmenge detektierten, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Zusätzlich oder als Alternative dazu kann die LCU 90 direkt mit verschiedenen Sensoren, wie zum Beispiel Hall-Sensoren 118, die wahlweise enthalten sein können, direkt kommunizieren, um den Betriebsmodus der Kraftmaschine 20 zu bestimmen.
In einigen Beispielen kann das Kraftmaschinensystem 20 in einem Fahrzeug enthalten sein, das zur Durchführung eines Leerlaufstopps, wenn Leerlaufstoppbedingungen erfüllt sind, und eines automatischen Neustarts der Kraftmaschine, wenn Neustartbedingungen erfüllt sind, entwickelt ist. Solche Leerlaufstoppsysteme können die Kraftstoffeinsparungen erhöhen, Abgasemissionen, Lärm reduzieren und dergleichen. Bei solchen Kraftmaschinen kann der Kraftmaschinenbetrieb in einer willkürlichen Stellung innerhalb des Fahrzyklus beendet werden. Bei Beginn des Prozesses zur Zuschaltung der Kraftmaschine kann ein Lasersystem verwendet werden, um die bestimmte Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen. Basierend auf dieser Bewertung, kann ein Lasersystem bestimmen, welchem Zylinder zuerst Kraftstoff zugeführt werden soll, um den Kraftmaschinenzuschaltprozess aus dem Stillstand zu beginnen. Bei Fahrzeugen, die zur Durchführung von Leerlaufstoppbetrieb konfiguriert sind, wobei Kraftmaschinenstopps und -neustarts während eines Fahrbetriebs mehrmals wiederholt werden, kann das Anhalten der Kraftmaschine in einer gewünschten Stellung wiederholbarere Starts gewährleisten, und somit kann das Lasersystem zum Messen der Kraftmaschinenstellung während des Abschaltens (nach der Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung, Funkenzündung usw.) verwendet werden, während die Kraftmaschine in die Ruhestellung herunterfährt, so dass Motordrehmoment oder ein anderes Widerstandsmoment der Kraftmaschine als Reaktion auf die gemessene Kolben-/Kraftmaschinenstellung variabel zugeführt werden kann, um die Kraftmaschinenanhaltstellung auf eine Sollanhaltstellung zu steuern.
Wenn ein Fahrzeug seine Kraftmaschine abschaltet, entweder weil der Motor abgestellt ist oder weil das Fahrzeug entscheidet, im Elektromodus zu arbeiten, können bei einer anderen Ausführungsform die Zylinder der Kraftmaschine letztendlich auf unkontrollierte Weise bezüglich der Position des Kolbens 36 im Verbrennungszylinder 30 und der Positionen des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 anhalten.
Bei einer Kraftmaschine mit 4 oder mehr Zylindern kann es immer einen Zylinder geben, der zwischen Auslassventil schließt (EVC – exhaust valve closing) und Einlassventil schließt (IVC – intake valve closing) positioniert ist, wenn sich die Kurbelwelle im Stillstand befindet.
4 zeigt als Beispiel einen Reihen-Vierzylindermotor, der Kraftstoff direkt in die Kammer einspritzen kann, in seinem Fahrzyklus an einer beliebigen Stelle angehalten, und wie das Laserzündsystem Messungen liefern kann, die zwischen den Zylindern verglichen werden können, um eine potenzielle Beeinträchtigung zu identifizieren. Es versteht sich, dass die in 4 gezeigte beispielhafte Kraftmaschinenstellung nur als Beispiel dient und dass auch andere Kraftmaschinenstellungen möglich sind.
In der Figur ist bei 413 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Reihenmotorblocks 402 eingefügt. In dem Block gibt es vier einzelne Zylinder, wobei die Zylinder 1–4 mit 404, 406, 408 bzw. 410 bezeichnet werden. In einem bei 415 gezeigten beispielhaften Fahrzyklus werden Querschnittsansichten der Zylinder gemäß ihrer Zündfolge angeordnet gezeigt. In diesem Beispiel ist die Kraftmaschinenstellung so, dass sich der Zylinder 404 im Auslasshub des Fahrzyklus befindet. Das Auslassventil 412 befindet sich deshalb in der geöffneten Stellung, und das Einlassventil 414 ist geschlossen. Da der Zylinder 408 als Nächstes im Zyklus zündet, erfolgt dies im Arbeitshub, und somit befinden sich sowohl das Auslassventil 416 als auch das Einlassventil 418 in der geschlossenen Stellung. Der Kolben im Zylinder 408 bis nahe dem BDC (bottom dead center – unterer Totpunkt) positioniert. Der Zylinder 410 befindet sich im Verdichtungshub, und somit befinden sich sowohl das Auslassventil 420 als auch das Einlassventil 422 in der geschlossenen Stellung. In diesem Beispiel zündet der Zylinder 406 als Letztes und befindet sich somit in einer Einlasshubstellung. Demgemäß ist das Auslassventil 424 geschlosse, während das Einlassventil 426 geöffnet ist.
Jeder einzelne Zylinder in einer Kraftmaschine kann ein damit gekoppeltes Lasersystem enthalten, wie in der oben beschriebenen 2 gezeigt, wobei das Lasersystem 92 mit dem Zylinder 30 gekoppelt ist. Diese Lasersysteme können sowohl für Zündung im Zylinder als auch zur Bestimmung der Kolbenstellung in dem Zylinder verwendet werden, wie hier beschrieben. Zum Beispiel zeigt 4 das mit dem Zylinder 404 gekoppelte Lasersystem 451, das mit dem Zylinder 408 gekoppelte Lasersystem 453, das mit dem Zylinder 410 gekoppelte Lasersystem 457 und das mit dem Zylinder 406 gekoppelte Lasersystem 461.
Wie oben beschrieben, kann ein Lasersystem zum Messen der Stellung eines Kolbens verwendet werden.
Die Stellungen der Kolben in einem Zylinder können bezüglich beliebiger geeigneter Bezugspunkte gemessen werden und können beliebige geeignete Skalierungsfaktoren verwenden. Die Stellung eines Zylinders kann zum Beispiel bezüglich einer TDC-Stellung des Zylinders und/oder einer BDC-Stellung des Zylinders gemessen werden. 4 zeigt zum Beispiel die Linie 428 durch Querschnitte der Zylinder an der TDC-Stellung und die Linie 430 durch Querschnitte der Zylinder in der BDC-Stellung. Obgleich mehrere Bezugspunkte und Skalen während einer Bestimmung der Kolbenstellung möglich sind, basieren die hier gezeigten Beispiele auf der Position des Kolbens in einer Kammer. Zum Beispiel kann eine auf einem gemessenen Versatz, verglichen mit bekannten Stellungen in der Kammer, basierende Skala verwendet werden. Mit anderen Worten, der Abstand der Oberseite eines Kolbens, der in 4 bei 432 gezeigt wird, bezüglich der TDC-Stellung, die bei 428 gezeigt wird, und der BDC-Stellung, die bei 430 gezeigt wird, kann zur Bestimmung einer relativen Stellung eines Kolbens im Zylinder verwendet werden. Der Einfachheit halber wird eine beispielhafte Skala gezeigt, die für den Abstand vom Lasersystem zum Kolben kalibriert ist. Auf dieser Skala wird der Anfangspunkt 428 als X (wobei X = 0 entsprechend TDC) dargestellt, und die Position 430 des Kolbens, die am weitesten vom Lasersystem entfernt ist und die der von dem Kolben zurückgelegten maximalen linearen Strecke entspricht, wird als xmax (wobei X = xmax entsprechend BDC) dargestellt. In 4 kann zum Beispiel ein Abstand 471 vom TDC 428 (der als der Ausgangspunkt genommen werden kann) zur Oberseite 432 des Kolbens im Zylinder 404 einem Abstand 432 vom TDC 428 zur Oberseite 432 des Kolbens in Zylinder 410 im Wesentlichen entsprechen. Die Abstände 471 und 432 können (bezüglich TDC 428) kleiner sein als die Abstände 473 und 477 vom TDC 428 zu der Oberseite der Kolben in den Zylindern 408 bzw. 406.
Die Kolben können zyklisch betrieben werden, und somit kann ihre Stellung in der Kammer durch eine einzige Metrik bezüglich TDC und/oder BDC in Beziehung gesetzt werden. Allgemein kann dieser Abstand 432 in der Figur als ∆X dargestellt werden. Ein Lasersystem kann diese Variable für jeden Kolben in seinem Zylinder messen und dann diese Informationen dazu verwenden, zu bestimmen, ob eine weitere Maßnahme notwendig ist. Zum Beispiel könnte ein Lasersystem der Steuerung ein Signal senden, das eine Beeinträchtigung der Kraftmaschinenleistung über einen zulässigen Schwellwert hinaus anzeigt, wenn sich die Variable durch einen Schwellbetrag zwischen zwei oder mehr Zylindern unterscheidet. In diesem Beispiel kann die Steuerung den Code als ein Diagnosesignal interpretieren und eine Nachricht erzeugen, die anzeigt, dass eine Beeinträchtigung aufgetreten ist. Die Variable X wird als mehrere Metriken darstellend verstanden, welche durch das System gemessen werden können, wobei ein Beispiel dafür oben beschrieben wird. Das gegebene Beispiel basiert auf dem durch das Lasersystem gemessenen Abstand, der dazu verwendet werden kann, die Position des Kolbens in seinem Zylinder zu identifizieren.
5 zeigt ein Schaubild 500 einer beispielhaften Ventilsteuerung und Kolbenstellung bezüglich einer Kraftmaschinenstellung (Kurbelwinkelgrad) innerhalb der vier Takte (Einlass, Verdichtung, Arbeit und Auslass) des Kraftmaschinenzyklus für einen Vierzylindermotor mit einer Zündfolge von 1-3-4-2. Basierend auf den Kriterien zur Auswahl eines zuerst zündenden Zylinders kann eine Kraftmaschinensteuerung dazu konfiguriert sein, basierend auf der durch reflektierende Laserimpulse über einen Kolben gemessenen Kraftmaschinenstellung, wie hier beschrieben, Bereiche zu identifizieren, in denen der zuerst zündende Zylinder positioniert sein kann. Ein Kolben bewegt sich von TDC allmählich nach unten und erreicht bei BDC zum Ende des Einlasshubs seinen tiefsten Stand. Dann kehrt der Kolben zum Ende des Verdichtungshubs nach oben bei TDC zurück. Dann bewegt sich der Kolben während des Arbeitshubs wieder nach unten zu BDC und kehrt zum Ende des Auslasshubs in seine ursprüngliche oberste Stellung bei TDC zurück. Wie dargestellt, zeigt das Kennfeld eine Kraftmaschinenstellung entlang der x-Achse in Kurbelwellengrad (CAD – crank angle degrees). Die Kurven 502 und 504 zeigen Ventilhubprofile während eines normalen Kraftmaschinenbetriebs für ein Auslassventil bzw. ein Einlassventil. Ein Auslassventil kann genau dann, wenn der Kolben am Ende des Arbeitshubs unten ankommt, geöffnet werden. Dann kann sich das Auslassventil schließen, wenn der Kolben den Auslasshub beendet, wobei es zumindest so lange geöffnet bleibt, bis ein anschließender Einlasshub des folgenden Zyklus begonnen hat.
Auf die gleiche Weise kann ein Einlassventil bei oder vor dem Start eines Einlasshubs geöffnet werden und mindestens so lange geöffnet bleiben, bis ein anschließender Verdichtungshub begonnen hat.
Wie oben unter Bezugnahme auf die 2–4 beschrieben, kann die Kraftmaschinensteuerung 12 dazu konfiguriert sein, einen zuerst zündenden Zylinder zu identifizieren, in dem bei Kraftmaschinenzuschaltung aus Leerlaufstoppbedingungen Verbrennung eingeleitet werden soll. Wie in 4 kann zum Beispiel der erste zündende Zylinder unter Verwendung eines Lasersystems zum Messen der Position der Kolben in Zylindern als Mittel zur Bestimmung der Stellung der Kraftmaschine bestimmt werden. Diese bestimmte Stellung der Kraftmaschine kann zum Bestimmen der Stellung eines zuerst zündenden Zylinders verwendet werden. Das in 5 gezeigte Beispiel betrifft einen Motor mit Direkteinspritzung (DI – direct injection), wobei der erste zündende Zylinder zur Positionierung hinter EVC, aber vor anschließendem EVO ausgewählt werden kann (nach Identifizierung der Kraftmaschinenstellung und der mit der Nockenwelle synchronisierten Kolbenstellung). Zum Vergleich zeigt 6 den zuerst zündenden Zylinder eines Motors mit Einlasskanaleinspritzung (PFI – port fuel injection), wobei der erste zündende Zylinder zur Positionierung vor IVC ausgewählt werden kann.
5 bezieht sich hier auf 4 zur weiteren Erläuterung, wie eine Bestimmung darüber erfolgt, welcher Zylinder bei Kraftmaschinenzuschaltung zuerst zündet und wie der Laser die verschiedenen Leistungsmodi innerhalb der vier Takte des Fahrzyklus koordinieren kann. Bei der in 4 gezeigten beispielhaften Konfiguration kann die Stellung der Kraftmaschine durch das Lasersystem an der in 5 gezeigten Linie P1 detektiert werden. In diesem Beispiel befindet sich der Zylinder 404 bei P1 im Auslasshub. Bei diesem beispielhaften Kraftmaschinensystem befindet sich der Zylinder 408 demgemäß in einem Arbeitshub, der Zylinder 410 in einem Verdichtungshub und der Zylinder 406 in einem Einlasshub. Bevor eine Kraftmaschine den Zuschaltprozess beginnt, können im Allgemeinen ein oder mehrere Lasersysteme leistungsschwache Impulse abgeben, in 5 bei 510 gezeigt, um die Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen. Da ein DI-Motor in diesem Beispiel verwendet wird, kann ferner Kraftstoff nach IVO in die Zylinderkammer eingespritzt werden. Das Einspritzprofil wird durch 506–509 gegeben. Die Kästen bei 506 in 5 zeigen zum Beispiel, wann während des in 5 gezeigten beispielhaften Kraftmaschinenzyklus Kraftstoff in den Zylinder 404 eingespritzt wird, die Kästen 507 zeigen, wann Kraftstoff in den Zylinder 408 eingespritzt wird, die Kästen 508 zeigen, wann Kraftstoff in den Zylinder 410 eingespritzt wird und Kasten 509 zeigt, wann Kraftstoff in den Zylinder 406 eingespritzt wird.
Wenn ein Zylinder als der als Nächstes zündende Zylinder identifiziert wird, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingeleitet worden ist und der zugehörige Kolben Verdichtung erfahren hat, kann der mit dem identifizierten als Nächstes zündenden Zylinder gekoppelte Laser einen Hochleistungsimpuls erzeugen, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder zur Erzeugung des Arbeitshubs zu zünden. Nach der Kraftstoffeinspritzung 506 in den Zylinder 404 erzeugt zum Beispiel in 5 ein Lasersystem, zum Beispiel das Lasersystem 451, bei 512 einen Hochleistungsimpuls, um den Kraftstoff im Zylinder zu zünden. Ebenso empfängt der Zylinder 408, der in der Zylinderzündfolge als Nächstes hinter Zylinder 404 kommt, einen Hochleistungsimpuls von einem Lasersystem, zum Beispiel dem Lasersystem 453, um den bei 507 in den Zylinder 408 eingespritzten Kraftstoff zu zünden. Der nach Zylinder 408 als Nächstes zündende Zylinder ist Zylinder 410, der einen anschließenden Hochleistungsimpuls von einem Lasersystem, zum Beispiel dem Lasersystem 457, empfängt, um den bei 508 in den Zylinder 408 eingespritzten Kraftstoff zu zünden usw.
In 6 wird zum Vergleich ein beispielhaftes PFI-Motorprofil, das dem in 5 gezeigten ähnelt, für einen DI-Motor bereitgestellt. Ein Unterschied zwischen einem DI-Motor und einem PFI-Motor bezieht sich darauf, ob der Kraftstoff direkt in die Kammer eingespritzt wird oder ob der Kraftstoff in den Einlasskrümmer eingespritzt wird, um vor dem Einspritzen in die Kammer mit Luft vorgemischt zu werden. Bei dem in den 2–4 gezeigten DI-System wird die Luft während des Einlasshubs des Zylinders direkt in die Kammer eingespritzt und vermischt sich so mit Luft. Umgekehrt spritzt ein PFI-System den Kraftstoff während des Auslasshubs in den Einlasskrümmer, so dass die Luft und der Kraftstoff vor Einspritzung in die Zylinderkammer vorgemischt werden. Aufgrund dieses Unterschieds kann die Kraftmaschinensteuerung in Abhängigkeit von der Art des im System vorliegenden Kraftstoffeinspritzsystems einen anderen Satz von Anweisungen senden.
Bei dem in 6 gezeigten PFI-Motorprofil können vor dem Zeitpunkt P1 ein oder mehrere Lasersysteme leistungsschwache Impulse 510 abgeben, um die Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen. Da die Kraftmaschine PFI ist, kann Kraftstoff vor IVO in einen Einlasskrümmer eingespritzt werden. Zum Zeitpunkt P1 hat die Steuerung die Kraftmaschinenkolbenstellung über die Lasermessungen identifiziert und hat die Nockenwellenstellung identifiziert, so dass eine synchronisierte Kraftstoffzuführung festgelegt werden kann. Basierend auf der zuzuführenden Kraftstoffmenge kann die Steuerung den nächsten Zylinder, dem Kraftstoff zugeführt werden soll, vor IVO identifizieren, so dass eine Einspritzung bei geschlossenem Einlassventil von einlasskanaleingespritztem Kraftstoff bereitgestellt werden kann. Die Einspritzprofile werden in 6 bei 606–608 gezeigt.
Auf 4 Bezug nehmend, jedoch im Hinblick auf einen PFI-Motor statt eines DI-Motors, zeigt der Kasten bei 606, wann Kraftstoff in den (in den 2 und 3 allgemein als 45 gezeigten) Einlasskrümmer des zuerst zündenden Zylinders nach Kraftmaschinenzuschaltung eingespritzt werden kann. Wie durch 6 gezeigt, ist der Zylinder 408 der nächste Zylinder, dem Kraftstoff zugeführt werden kann, und somit wird eine Kraftstoffeinspritzung 606 so festgelegt, dass der Zylinder 408 der erste Zylinder ist, der bei Zündung über den Laserzündimpuls 618 aus dem Stillstand zündet. Da der Zylinder 410 in der Zündfolge der Nächste ist, kann die Kraftstoffeinspritzung 607 bei Zuschaltung gemäß der Folge vor IVO erfolgen. Vor EVO kann vom Lasersystem 457 ein Hochleistungsimpuls 620 zugeführt werden, um das Gemisch zu zünden. Der als Nächstes zündende Zylinder in der Folge ist Zylinder 406, der anschließend Kraftstoff 608 vor IVO einspritzt. Obgleich dies nicht gezeigt wird, kann ein Hochleistungslaserimpuls vom Lasersystem 461 zum Zünden dieses Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann basierend auf der Verbrennungszählung vom ersten Zylinderverbrennungsereignis allmählich reduziert werden.
Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird ein beispielhaftes Verfahren 700 zur Durchführung verschiedener Bord-Diagnoseroutinen während eines Kraftmaschinenbetriebs eines Fahrzeugfahrzyklus gezeigt.
Bei 702 können die Fahrzeugbetriebsbedingungen geschätzt und/oder abgeleitet werden. Wie oben beschrieben, kann das Steuersystem 12 Sensorrückkopplung von einem oder mehreren den Fahrzeugantriebssystemkomponenten zugeordneten Sensoren empfangen, zum Beispiel eine Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF) vom Luftmassensensor 120, die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT), die Drosselklappenstellung (TP) usw. Zu den geschätzten Betriebsbedingungen können zum Beispiel eine Anzeige der (des) vom Fahrzeugführer angeforderten Leistung oder Drehmoments (zum Beispiel basierend auf einer Pedalstellung), ein Kraftstofffüllstand im Kraftstofftank, die Kraftstoffverbrauchsrate der Kraftmaschine, die Kraftmaschinentemperatur, der Ladezustand (SOC – state of charge) der Bord-Energiespeichervorrichtung, Umgebungsbedingungen, einschließlich Feuchtigkeit und Temperatur, die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, ein Klimaregelungswunsch (zum Beispiel Luftklimatisierungs- oder Heizungswünsche) usw., gehören.
Bei 704 kann basierend auf den geschätzten Fahrzeugbetriebsbedingungen ein Fahrzeugbetriebsmodus ausgewählt werden. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob das Fahrzeug in einem Elektromodus (mit durch Energie von einer Bordsystem-Energiespeichervorrichtung, wie zum Beispiel einer Batterie, angetriebenem Fahrzeug) oder einem Kraftmaschinenmodus (mit durch Energie von der Kraftmaschine angetriebenem Fahrzeug) oder einem Assist-Modus (mit durch mindestens einen Teil der Energie von der Batterie und mindestens einen Teil der Energie von der Kraftmaschine angetriebenem Fahrzeug) betrieben werden soll.
Bei 706 umfasst das Verfahren 700 Bestimmen, ob das Fahrzeug in einem Elektromodus betrieben werden soll oder nicht. Wenn zum Beispiel die Zeit, während der die Kraftmaschine im Leerlauf war, größer als ein Schwellwert ist, kann die Steuerung wahlweise bestimmen, dass das Fahrzeug in einem Elektromodus betrieben werden sollte. Als Alternative dazu kann das Fahrzeug in den elektrischen Betriebsmodus umschalten, wenn die Kraftmaschinendrehmomentanforderung unter einem Schwellwert liegt.
Wenn das Verfahren 700 bei 706 bestimmt, dass das Fahrzeug in einem Elektromodus betrieben werden soll, dann geht das Verfahren 700 zu 708 über. Bei 708 umfasst das Verfahren 700 Betreiben des Fahrzeugs im Elektromodus, wobei die Systembatterie zum Antrieb des Fahrzeugs und zum Erfüllen der Bedienerdrehmomentanforderungen verwendet wird. Selbst wenn bei 708 ein Elektromodus gewählt wird, kann die Routine in einigen Beispielen die Kraftmaschinendrehmomentanforderung und andere Fahrzeugbetriebsbedingungen weiter überwachen, um zu sehen, ob ein plötzliches Umschalten des Kraftmaschinenmodus (oder Kraftmaschinen-Assist-Modus) durchgeführt werden soll. Im Elektromodus kann insbesondere bei 710 eine Steuerung bestimmen, ob ein Umschalten in den Kraftmaschinenmodus angefordert wird.
Wenn jedoch bei 706 bestimmt wird, dass das Fahrzeug nicht in einem Elektromodus betrieben wird, dann geht das Verfahren 700 zu 712 über. Bei 712 kann das Fahrzeug im Kraftmaschinenmodus betrieben werden, wobei die Kraftmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs und Erfüllen der Bedienerdrehmomentanforderungen verwendet wird. Als Alternative dazu kann das Fahrzeug in einem (nicht gezeigten) Assist-Modus betrieben werden, wobei der Fahrzeugantrieb zumindest teilweise auf Energie von der Batterie und teilweise auf Energie von der Kraftmaschine zurückzuführen ist.
Wenn bei 712 ein Kraftmaschinenmodus angefordert wird, oder wenn bei 710 ein Umschalten vom Elektromodus in den Kraftmaschinenmodus erfolgt, dann zeigt 714, dass das Fahrzeug die Kraftmaschine starten oder erneut starten kann. In 8 wird ein beispielhaftes Verfahren 800 zum Starten oder Neustarten der Kraftmaschine während des Betriebs eines Fahrzeugfahrzyklus gezeigt.
Bei 802 umfasst das Verfahren 800 Bestimmen, ob ein Kraftmaschinenkaltstart durchgeführt werden soll. Zum Beispiel kann ein Kraftmaschinenkaltstart als Reaktion auf einen Kraftmaschinenstart aus dem Stillstand, wenn ein Abgasanspringkatalysator unter einer Schwelltemperatur (zum Beispiel einer Anspringtemperatur) liegt oder während eine Kraftmaschinentemperatur (wie von einer Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur abgeleitet) unter einer Schwelltemperatur liegt, bestätigt werden. In einem Beispiel kann ein erster Kraftmaschinenstart während eines Fahrzyklus ein Kaltstart sein. Das heißt, wenn eine Kraftmaschine gestartet wird, um Fahrzeugbetrieb in einem Kraftmaschinenmodus einzuleiten, kann eine erste Anzahl von Verbrennungsereignissen der Kraftmaschine vom Stillstand bis zum Anlassen auf einer niedrigeren Temperatur liegen und kann einen Kaltstart begründen. Als anderes Beispiel kann ein Fahrzeug in einem Elektromodus gestartet und dann in einen Kraftmaschinenmodus umgeschaltet werden. Hier kann ein erster Kraftmaschinenstart während eines Übergangs vom Elektromodus in den Kraftmaschinenmodus in einem gegebenen Fahrzeugfahrzyklus ein Kaltstart sein.
Wenn bei 802 ein Kraftmaschinenkaltstart bestätigt wird, geht das Verfahren 800 zu 808 über, um einen Motorstarter einzurücken. Eine Kraftmaschinensteuerung kann zum Beispiel als Mittel zum Beginn der Startaktivitäten ein Signal an den Starter senden.
Bei 810 umfasst das Verfahren 800 Bestimmen einer Kraftmaschinenstellung. Zum Beispiel kann die Kraftmaschinensteuerung dazu konfiguriert sein, basierend auf ausgewählten Kriterien die Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen, um einen zuerst zündenden Zylinder zu identifizieren und dazu zu positionieren, die Verbrennung während der Kraftmaschinenaktivierung einzuleiten. Wie oben beschrieben, kann zum Beispiel jeder Zylinder mit einem Lasersystem gekoppelt sein, das ein optisches Signal entweder mit hoher oder geringer Energie erzeugen kann. Bei Betrieb im Hochenergiemodus kann der Laser als Zündsystem verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. In einigen Beispielen kann der Hochenergiemodus auch zum Erwärmen des Zylinders verwendet werden, um Reibung im Zylinder zu reduzieren. Bei Betrieb im Niederenergiemodus kann ein Lasersystem, das auch eine Detektionsvorrichtung enthält, die reflektiertes Licht auffangen kann, dazu verwendet werden, die Stellung des Kolbens in dem Zylinder zu bestimmen. Während bestimmter Betriebsmodi, zum Beispiel wenn die Kraftmaschine läuft, kann reflektiertes Licht weitere vorteilhafte optische Signale erzeugen. Wenn zum Beispiel Licht von dem Lasersystem von einem sich bewegenden Kolben reflektiert wird, wird es eine andere Frequenz als das anfänglich abgegebene Licht haben. Diese detektierbare Frequenzverschiebung ist als Dopplereffekt bekannt und hat eine bekannte Beziehung mit der Geschwindigkeit des Kolbens. Die Position und die Geschwindigkeit des Kolbens können dazu verwendet werden, die Steuerung von Zündereignissen und der Einspritzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu koordinieren. Weiterhin können Positionsinformationen zur Bestimmung, welcher Zylinder bei Startaktivitäten zuerst zündet, verwendet werden.
Bei 812 umfasst das Verfahren 800 Bestimmen einer Nockenwellenstellung. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch die Stellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 20 mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile, die in einem oberen Bereich des Zylinders positioniert sind, enthalten.
Weiterhin kann die Kraftmaschine einen Nockenstellungssensor enthalten, dessen Daten mit dem Lasersystemsensor vereinigt werden können, um eine Kraftmaschinenstellung und Nockensteuerung zu bestimmen. Somit umfasst das Verfahren 800 bei 814 Identifizieren, welcher Zylinder in einem Zyklus zuerst zündet. Zum Beispiel können Kraftmaschinenstellungs- und Ventilstellungsinformationen durch die Steuerung verarbeitet werden, um zu bestimmen, wo sich die Kraftmaschine in ihrem Fahrzyklus befindet. Nach der Bestimmung der Kraftmaschinenstellung kann die Steuerung identifizieren, welcher Zylinder bei Zuschaltung zuerst gezündet werden soll.
Bei 816 umfasst das Verfahren 800 Festlegen der Kraftstoffeinspritzung. Die Steuerung kann zum Beispiel Kraftmaschinenstellungs- und Nockensteuerungsinformationen verarbeiten, um den nächsten Zylinder festzulegen, in den Kraftstoff während des Antriebszyklus eingespritzt werden soll. Bei 818 umfasst das Verfahren 800 Festlegen von Kraftstoffeinspritzung. Nach dem Festlegen der Kraftstoffeinspritzung für den nächsten Zylinder in der Zündfolge kann die Steuerung zum Beispiel anschließend Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch das mit dem nächsten zündenden Zylinder gekoppelte Lasersystem zwecks Beginn des Kraftmaschinenbetriebs festlegen.
Erneut auf 802 Bezug nehmend, geht die Routine, wenn kein Kraftmaschinenkaltstart bei 802 bestätigt wird, zu 804 über, um zu bestimmen, ob ein Kraftmaschinenwarmstart vorliegt. Zum Beispiel kann als Reaktion auf einen Kraftmaschinenstart aus dem Stillstand, wenn ein Abgasanspringkatalysator auf oder über einer Schwelltemperatur (zum Beispiel einer Anspringtemperatur) liegt oder während eine Kraftmaschinentemperatur (wie von einer Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur abgeleitet) auf oder über einer Schwelltemperatur liegt, ein Kraftmaschinenwarmstart bestätigt werden. In einem Beispiel kann eine Kraftmaschine gestartet werden, um Fahrzeugbetrieb in einem Kraftmaschinenmodus einzuleiten, und nach einer Fahrzeugbetriebsdauer kann die Kraftmaschine vorübergehend angehalten werden, um einen Kraftmaschinenleerlaufstopp durchzuführen oder Fahrzeugbetrieb in einem Elektromodus weiterzuführen. Nach einer Betriebsdauer im Elektromodus, oder wenn Neustart bei Leerlaufstoppbedingungen erfüllt wird, kann die Kraftmaschine (aus dem Stillstand) neu gestartet werden, um den Fahrzeugbetrieb im Kraftmaschinenmodus neu einzuleiten. Unter diesen Bedingungen kann sich eine erste Anzahl von Verbrennungsereignissen der Kraftmaschine vom Stillstand bis zum Anlassen (aufgrund des vorherigen Kraftmaschinenbetriebs) auf einer höheren Temperatur befinden und kann einen Warmstart begründen.
Wenn bei 804 basierend auf von den Steuersystemen empfangenen Informationen kein Warmstart bestätigt wird, geht das Verfahren 800 zu 806 über, um Betrieb der Kraftmaschine vorzuführen. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass das Fahrzeugantriebssystem im Kraftmaschinenmodus läuft, kann zum Beispiel Kraftmaschinenbetrieb während des Fahrzeugfahrzyklus weiter überwacht werden.
9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 900 zum Betrieb eines Lasersystems 92 in zwei Leistungsmodi basierend auf dem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine 20. Wie in dem beispielhaften Verfahren von 9 gezeigt, kann ein Lasersystem in zwei Leistungsmodi betrieben werden. Zum Beispiel kann ein mit einem Zylinder gekoppeltes Laserzündsystem in einem Niederleistungsmodus arbeiten, um CID und Kolbenstellung, Geschwindigkeit usw. zu messen, und in einem Hochleistungsmodus, um das in eine Brennkammer 30 eingespritzte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Bei der gezeigten Ausführungsform kann eine Steuerung zur Bestimmung, wo sich die Kraftmaschine in ihrem Fahrzyklus befindet, verwendet werden. Nach der Verarbeitung der Kraftmaschinenstellungsinformationen kann ein Signal zum Lasersystem gesendet werden, um diese Informationen zu kommunizieren. Das Signal kann elektrischer Art sein, oder es kann über optische, mechanische oder irgendwelche anderen Mittel gesendet werden.
Bei 901 umfasst das Verfahren 900 Verwenden mindestens eines Lasersystems zum Überwachen der Kraftmaschinenstellung. In 4 kann zum Beispiel das Lasersystem 451 verwendet werden, um die Stellung des Kolbens in Zylinder 404 zu bestimmen. Die Stellung des Einlassventils 414 und des Auslassventils 412 kann dann durch Nockensensoren zum Identifizieren der Iststellung der Kraftmaschine bestimmt werden.
Bei 902 umfasst das Verfahren 900 Bestimmen, ob eine Laserzündung durchgeführt werden soll. Zum Beispiel kann das Lasersystem 92 Informationen von einer Steuerung empfangen und sie zur Bestimmung, welcher Betriebsmodus verwendet werden soll, verwenden.
Wenn bei 902 bestimmt wird, dass eine Laserzündung durchgeführt werden soll, geht das Verfahren 900 zu 904 über. Bei 904 umfasst das Verfahren 900 Pulsen eines Lasers in einem Hochleistungsmodus in einem Zylinder der Kraftmaschine. Wie oben unter Bezugnahme auf die 2–4 beschrieben, kann die Kraftmaschinensteuerung dazu konfiguriert sein, einen zuerst zündenden Zylinder zu identifizieren, in dem Verbrennung während der Kraftmaschinenzuschaltung aus Leerlaufstoppbedingungen eingeleitet werden soll. Wenn die Steuerung 12 zum Beispiel bestimmt, dass der Zylinderkammer 404 ein Hochleistungsimpuls zugeführt werden soll, kann der Laser-Erreger 88 bei 904 einen Impuls hoher Energie erzeugen, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Kammer zu zünden. Nach der Kraftmaschinenzuschaltung kann das Lasersystem dann zur Bestimmung der Stellung der Kolben verwendet werden.
Wenn jedoch bei 902 bestimmt wird, dass keine Laserzündung durchgeführt werden soll, dann geht das Verfahren 900 zu 906 über. Bei 906 umfasst das Verfahren 900 Bestimmen, ob eine Kolbenstellung angefordert ist. Wenn die Steuerung 12 zum Beispiel bestimmt, dass kein Impuls hoher Energie erforderlich ist, kann sie bei 906 wahlweise entscheiden, ob ein Lasersystem Impulse geringer Energie erzeugen sollte, um zum Beispiel die Stellung der Kraftmaschine vor Zuschaltung aus Kaltstartbedingungen zu messen.
Wenn bei 906 eine Messung der Kolbenstellung angefordert wird, dann geht das Verfahren 900 zu 908 über. Bei 908 kann durch das Lasersystem 451 zum Beispiel ein Niederleistungsimpuls zugeführt werden, um die Stellungen des Kolbens in Zylinder 404 zu bestimmen. Ebenso können die Lasersysteme 453, 457 und 461 Niederleistungsimpulse zuführen, um die Stellungen der Kolben in den Zylindern 408, 410 bzw. 406 zu bestimmen.
Bei 910 umfasst das Verfahren 900 Bestimmen von Positionsinformationen für die Kraftmaschine. Zum Beispiel kann die die Kraftmaschinensteuerung 12 in 4 eine Reihe von Berechnungen durchführen, um die Stellung der Kraftmaschine basierend auf von sowohl Laser- als auch Nockenstellungssensoren empfangenen Daten zu berechnen.
Bei 912 umfasst das Verfahren 900 Verwenden der Kraftmaschinenpositionsinformationen zum Bestimmen anderer Systeminformationen. Die gesammelten Zylinderdaten können zum Beispiel ferner verarbeitet werden, um den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 40 zu berechnen. Als Alternative dazu kann die Steuerung die Stellung der Kraftmaschine dazu verwenden, zu gewährleisten, dass die Kraftstoffzuführung in der Kraftmaschine synchronisiert ist.
Bei 914 umfasst das Verfahren 900 Identifizieren, welcher Zylinder im Zyklus zuerst zündet. Bei der Beschreibung der 5 verwendete die Steuerung zum Beispiel die Lasersysteme zum Messen der Stellungen der Kolben in ihren Zylindern. Diese Informationen wurden dann mit den durch Nockenstellungssensoren detektierten Stellungen der Einlass- und Auslassventile kombiniert, um die Stellung der Kraftmaschine zu bestimmen. Anhand der identifizierten Stellung der Kraftmaschine war die Steuerung in der Lage, den nächsten zu zündenden Zylinder im Fahrzyklus zu identifizieren und festzulegen.
Bei 916 umfasst das Verfahren 900 Bestimmen, ob die Kraftmaschinenüberwachung mit einem Laser fortgesetzt werden soll. Nach der Identifizierung des nächsten zündenden Zylinders kann die Steuerung bestimmen, ob die Kraftmaschinenleistung durch die Lasersysteme überwacht werden soll. Wenn die Steuerung entscheidet, die Lasersysteme nicht zur Überwachung der Kraftmaschinenstellung zu verwenden, kann die Steuerung bei 918 zum Beispiel wahlweise Kurbelwellensensoren 118 zur Überwachung der Stellung der Kraftmaschine verwenden.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 1000 zur Überwachung einer Kraftmaschine unter Verwendung eines oder mehrerer Lasersysteme, wie oben beschrieben, darstellt. Das Verfahren 1000 kann beispielsweise durch das Steuersystem 41 durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst beispielhafte Maßnahmen zur Diagnose einer Kraftmaschine basierend auf einem Lasermessungansatz in Kombination mit anderen erfassten Systeminformationen. Wenn eine Kraftmaschine mindestens zwei Zylinder enthält, deren Kolben über die Kurbelwelle gekoppelt sind, kann beispielsweise bei einer Ausführungsform mindestens ein Lasersystem verwendet werden, um die Stellung mindestens eines Zylinders zu messen und so die Stellung eines Kolbens in seiner Zylinderkammer 30 zu bestimmen. Da die Position eines Kolbens in seiner Zylinderkammer 30 mit der Position mindestens eines anderen Kolbens in Beziehung stehen kann, kann eine Stellungsmessung verwendet werden, um zu bewerten, ob der Kolbensatz innerhalb beispielsweise zulässiger Steuertoleranzgrenzen während des Kraftmaschinenfahrzyklus betrieben wird. Des Weiteren können die Messungen von einem ersten Lasersystem in einem ersten Zylinder dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung der laserbasierenden Messung anderer Zylinder zu identifizieren. Darüber hinaus können die Messungen von einem ersten Lasersystem in einem ersten Zylinder dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung der durch den Sensor 118 bestimmten Kraftmaschinenkurbelwellenstellung zu identifizieren.
Bei 1002 kann das Steuersystem gesammelte Systeminformationen verwenden, um zu bestimmen, ob ein Satz von Bedingungen vorliegt, die eine Überwachung ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann der Bedingungssatz vordefiniert und beispielsweise in Nachschlagetabellen gespeichert sein. In einem anderen Beispiel kann der Bedingungssatz enthalten, ob sich die Kraftmaschine vor der Verbrennung dreht, und mehrere Zylinder jeweils ein Laserzündsystem und einen IR-Sensor enthalten.
Wenn die Steuerung bestimmt, dass eine Diagnoseprozedur berechtigt ist, kann die Steuerung bei 1004 Daten von einem Zylinder sammeln, um zu identifizieren, ob eine Beeinträchtigung aufgetreten ist. Wenn bei einer Abfragung der Systembedingungen keine Diagnoseprozedur ausgelöst wird, endet die Routine.
Bei 1006 vergleicht das Steuersystem bestimmte Metriken mit Daten von anderen Kraftmaschinenzylindern, um die Gesamtkraftmaschinenleistung während des Fahrzyklus zu bewerten. Bei einer Ausführungsform können die verglichenen Daten durch jedes Lasersystem zu einem von dem Lasersystem angewiesenen Zeitpunkt gesammelt werden, oder bestimmte Referenzdaten können bei einer zweiten Ausführungsform in Nachschlagetabellen zum direkten Vergleich mit den gemessenen Daten gespeichert sein. Es werden Diagnosevergleiche unternommen, um den aktuellen Zustand des Kraftmaschinensystems zu bestimmen. In einem Beispiel kann die Routine mehrere Kolbenstellungsmessungen von mehreren Zylindern vergleichen, die zum gleichen Zeitpunkt oder innerhalb einer Schwellzeit bezüglich einander abgefragt wurden. Zum Beispiel kann eine laserbasierende Messung eines ersten Zylinders (∆x1) mit der laserbasierenden Messung eines zweiten Zylinders (∆x2), die gleichzeitig erfolgten, verglichen werden, wobei der erste und der zweite Zylinder bekanntermaßen eine bestimmte Beziehung zwischen den beiden Kolben haben, wie in 4 oder 5 dargestellt. Auf diese Weise können Kolbenstellungen miteinander verglichen werden, und wenn sie um mehr als ein Schwellausmaß voneinander abweichen, dann kann bei 1008 eine Beeinträchtigung angezeigt werden, wie unten besprochen. In einem anderen Beispiel können mehrere laserbasierende Stellungsmessungen von einem ersten Zylinder bei Kraftmaschinendrehung erzeugt und mit von dem Kurbelwellensensor 118 angezeigten Kraftmaschinenstellungsänderungen verglichen werden. Wenn die Stellungsänderungen des Kolbens über die laserbasierende Messung nicht mit der vom Kurbelwellensensor angezeigten Stellungsänderung übereinstimmt, kann wieder eine Beeinträchtigung angezeigt werden. In noch einem anderen Beispiel können drei oder mehr laserbasierende Stellungsmessungen von drei verschiedenen Zylindern der Kraftmaschine erzeugt und miteinander verglichen werden, um zu identifizieren, welche Zylindermessungen, falls überhaupt, um einen Schwellwert von den anderen beiden oder mehr Messungen abweichen. Darüber hinaus können die laserbasierenden Stellungsmessungen mit durch den Nockenwellensensor angezeigten Nockenwellenstellung verglichen werden, um Nichtübereinstimmungen und somit eine potenzielle Beeinträchtigung zu identifizieren.
Wenn eine Entscheidung getroffen wird, dass die Steuerung der Kolben über einer Schwellwertgrenze liegt, zeigt 1008, dass der Steuerung ein Signal gesendet werden kann, das sie anweist, einen Diagnosecode zu setzen, der anzeigt, dass eine Beeinträchtigung der Kraftmaschinensteuerung stattgefunden hat.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7765980 [0002]

Claims

Verfahren, umfassend: Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Kraftmaschinenzylinder und Identifizieren der Kraftmaschinenstellung als Reaktion darauf; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder mit der Laserzündvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserzündvorrichtung dazu betrieben wird, die Kraftmaschinenstellung bei Kraftmaschinenstillstand und vor einem ersten Verbrennungsereignis seit dem Stillstand und nach einer Kraftmaschinendeaktivierung bei Kraftmaschinenabschaltung zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserzündvorrichtung mit geringerer Leistung betrieben wird, um die Kraftmaschinenstellung zu identifizieren, und mit einer höheren Leistung, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Laserzündvorrichtung vor jeglicher Verbrennung im Zylinder seit Kraftmaschinenstillstand mit der geringeren Leistung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Identifizieren der Kraftmaschinenstellung Bestimmen einer Kraftmaschinenkolbenstellung und Identifizieren eines Zylinderhubs des Zylinders umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen der Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf den Laserbetrieb und Einstellen der Kraftstoffeinspritzung basierend auf der bestimmten Kraftmaschinenstellung und Kraftmaschinendrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und -menge auf der identifizierten Kraftmaschinenstellung basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Zylinderwahl für eine erste Kraftstoffeinspritzung auf der Kraftmaschinenstellung basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben der Laservorrichtung Folgendes umfasst: Vergleichen einer Zeitdifferenz zwischen der Abgabe eines Lichtimpulses und der Detektion des reflektierten Lichts durch einen Detektor mit einem Zeitschwellwert, um zu bestimmen, ob es zu einer Beeinträchtigung der Laservorrichtung gekommen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Identifizieren der Kraftmaschinenstellung Frequenzmodulieren des Lasers mit einer repetitiven linearen Frequenzrampe; und Bestimmen der Kolbenstellung basierend auf einem Abstand, der durch einen Versatz der durch einer durch den Kolben erzeugten erfassten Reflexion des Lasers gemessenen Frequenz angezeigt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Identifizieren der Kraftmaschinenstellung Identifizieren einer Dopplerverschiebung in einer durch einen Kolben reflektierten und durch einen Sensor in dem Zylinder gemessenen Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anzeigen der Kraftmaschinendrehzahl basierend auf mehreren identifizierten Kraftmaschinenstellungen über die Laserzündvorrichtung.
Verfahren, umfassend: vor einem ersten Verbrennungsereignis seit Stillstand eines Kraftmaschinenstarts Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Kraftmaschinenzylinder und Identifizieren der Kraftmaschinenstellung als Reaktion auf erfasstes Licht im Zylinder; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder mit der Laserzündvorrichtung, wobei eine Zündsteuerung auf der identifizierten Kraftmaschinenstellung basiert.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Einspritzen von Kraftstoff als Reaktion auf die identifizierte Kraftmaschinenstellung zur Erzeugung des Gemisches.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend Anzeigen einer Beeinträchtigung des Laserzündsystems als Reaktion auf mehrere identifizierte Kraftmaschinenstellungen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kraftmaschinenstellung ferner basierend auf der Nockenwellen- und Kurbelwellenposition identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Kraftmaschine automatisch abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Kraftmaschinenstart ein Kraftmaschinenneustart ist.
Verfahren, umfassend: Abschalten einer Kraftmaschine als Reaktion auf Leerlaufstoppbedingungen; vor einem ersten Verbrennungsereignis seit Abschalten eines Kraftmaschinenneustarts, Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Kraftmaschinenzylinder und Identifizieren einer Kraftmaschinenstellung als Reaktion auf das erfasste Licht im Zylinder; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder mit der Laserzündvorrichtung, wobei eine Steuerung der Zündung auf der identifizierten Kraftmaschinenstellung basiert.